論弧門開度檢測方式對弧門同步控制的影響

李滿喜

摘 要：崔家營航電樞紐泄水閘工作閘門采用弧形門，啟閉形式為雙缸液壓啟閉機(jī)，自投入運(yùn)行以來，啟閉方式已由原來的現(xiàn)地手動(dòng)操作逐步過渡到遠(yuǎn)方自動(dòng)控制，在弧門啟閉過程中，由于工況的不同，經(jīng)常出現(xiàn)因雙缸不同步造成弧門卡死的現(xiàn)象，因此，在樞紐正式運(yùn)營之后，對弧門同步控制系統(tǒng)進(jìn)行了技改。該文簡要介紹了崔家營航電樞紐泄水閘液壓啟閉機(jī)的工作原理以及技改前后弧門開度檢測方案的對比，運(yùn)行結(jié)果表明，此次技改達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：弧門 同步控制 位移檢測方式

中圖分類號：TV73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（a）-0064-03

崔家營航電樞紐位于湖北省襄陽市境內(nèi)漢江中游，是湖北省境內(nèi)漢江干流8級梯級開發(fā)中的第5級，壩址位于湖北省襄陽市下游17 km處，上距丹江口水利樞紐134 km，下距漢江河口515 km，是一個(gè)以航運(yùn)和發(fā)電為主，兼顧灌溉、供水、旅游及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益的航電樞紐，其主要建筑物為：船閘、泄水閘、電站廠房、土石壩，泄水閘位于船閘與電站廠房之間，閘址位于主河床上，前緣總寬474.5 m，泄水閘采用寬頂堰平底閘型式，共布置20孔20×14.5（寬×高）泄水孔口，泄水閘工作閘門采用露頂式弧形閘門，采用2×2 500 kN雙缸液壓啟閉機(jī)進(jìn)行啟閉，啟閉方式為后拉式。

1 設(shè)備參數(shù)

崔家營航電樞紐泄水閘QHLY-2×2500 kN-8.0m液壓啟閉機(jī)用于操作泄水閘20孔工作閘門—— 弧形門。液壓啟閉機(jī)由油缸、液壓泵站、支鉸座、行程檢測裝置、行程限位裝置、液壓管路及附件組成，每孔液壓啟閉機(jī)布置有一套液壓泵站、兩套液壓缸，液壓泵站位于弧門兩側(cè)閘墩內(nèi)部啟閉機(jī)室內(nèi)，該系統(tǒng)工作制為一用一備，即一臺(tái)泵組主用，一臺(tái)泵組備用，并能自動(dòng)切換（如圖1所示）。

2 液壓啟閉機(jī)工作原理

2.1 弧門開啟

空載啟動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)，延時(shí)5 s，打開啟門電磁閥，壓力油經(jīng)過插裝閥進(jìn)入整流調(diào)速閥粗調(diào)同步后進(jìn)入液壓缸有桿腔，同時(shí)液壓缸無桿腔的液壓油經(jīng)過背壓單向閥流回油箱，提升弧門至預(yù)先設(shè)定值，油泵電動(dòng)機(jī)停機(jī)。

2.2 弧門關(guān)閉

空載啟動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)，延時(shí)5 s，打開閉門電磁閥，壓力油打開缸旁液控單向閥，液壓缸有桿腔液壓油經(jīng)整流調(diào)速閥和插裝閥后流回液壓缸無桿腔，同時(shí)壓力油向液壓缸無桿腔補(bǔ)油，弧門依靠自重關(guān)閉到位，油泵電動(dòng)機(jī)停機(jī)。

2.3 弧門同步糾偏

液壓系統(tǒng)采用“橋式流量控制+旁路糾偏”同步回路對油缸進(jìn)行同步糾偏。其控制原理為：先調(diào)節(jié)橋式流量板上的主調(diào)速閥，粗調(diào)液壓缸基本同步。在弧門啟閉過程中，位移傳感器實(shí)時(shí)檢測2根油缸活塞桿位移量，并傳給PLC，由PLC即時(shí)計(jì)算出左、右液壓缸位移差。若位移差不超過糾偏起調(diào)值，則屬于同步正常；若位移差超過糾偏起調(diào)值，則由PLC控制打開糾偏比例電磁閥實(shí)施旁路分流，使其中伸縮較快的液壓缸減速，直至位移差回到誤差允許范圍內(nèi)，PLC停止糾偏，實(shí)現(xiàn)精調(diào)同步，系統(tǒng)繼續(xù)按同步正常狀態(tài)運(yùn)行。

3 弧門開度檢測方式比較

3.1 副拉缸式弧門開度檢測方式（技改前）

起初，弧門開度檢測采用副拉缸內(nèi)置式磁滯伸縮位移測量方案。傳感器安裝方式，采取了副拉缸形式，選用意大利GEFRAN非接觸式IK4AF1300E1磁滯伸縮線性位移傳感器，并通過一個(gè)三角變換結(jié)構(gòu)安裝在油缸尾部，此三角變換結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，應(yīng)該指出，采用此方案，傳感器的量程最小。

弧門啟閉時(shí)，液壓啟閉機(jī)主油缸拉動(dòng)弧門以支鉸為圓心，以支臂為半徑，沿導(dǎo)軌做升降轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，主油缸帶動(dòng)副拉缸活塞桿伸縮，副拉缸內(nèi)置模擬式位移傳感器將位移轉(zhuǎn)換成4～20 mA電流信號輸送至PLC模塊，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，PLC程序?qū)⑵鋼Q算成弧門開度，并實(shí)時(shí)計(jì)算出左、右兩側(cè)的開度差，當(dāng)開度差達(dá)到糾偏起調(diào)值時(shí)，PLC控制打開糾偏比例電磁閥對油缸進(jìn)行糾偏，確?；￠T同步運(yùn)行。

此副拉缸式開度檢測方式主要存在以下兩個(gè)方面的問題。

（1）副拉缸的位移與主油缸的位移呈非線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換中存在較大誤差；尤其是檢測裝置的三角變換結(jié)構(gòu)，更是將誤差放大了大約7倍，導(dǎo)致PLC程序無法獲得準(zhǔn)確的弧門開度。

（2）選用的傳感器是模擬量位移傳感器，其輸出信號容易受外界環(huán)境的干擾而發(fā)生溫度漂移和零點(diǎn)漂移，每次均需要技術(shù)人員現(xiàn)場重新設(shè)定，加大了技術(shù)人員的工作量。

上述兩方面的缺陷導(dǎo)致泄水閘弧門在實(shí)際運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)因不同步而卡死的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響弧門啟閉自動(dòng)控制，因此，有必要對原弧門開度檢測方案進(jìn)行改造。

3.2 旁位式弧門開度檢測方式（技改后）

技改主要從兩個(gè)方面進(jìn)行：一是選用合適的傳感器；二是選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅靼惭b方式。在現(xiàn)場選擇兩孔弧門分別試驗(yàn)格雷母線開度檢測方案和旁位式拉繩傳感器開度檢測方案，試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種方案均滿足技術(shù)要求；但從穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)工作量大小及操作簡單等方面綜合考慮后，最終選擇采用旁位式弧門開度檢測方式。具體做法是：在泄水閘閘墩頂部、距離主油缸支鉸中心水平距離3.4 m處安裝一個(gè)由角鋼焊接而成，約1.2 m高的傳感器固定支架，用于固定拉繩式位移傳感器，并將傳感器的測量鋼絲繩下端固定在與弧門支臂焊接為一體的測量支架上，通過測量弧門支臂固定點(diǎn)的位移，換算得出弧門開度。

技改后的檢測方案主要有以下3個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：第一，由于位移測量點(diǎn)直接選在弧門支臂上，與原來三角變換結(jié)構(gòu)將測量點(diǎn)選在主油缸上相比，減少了中間環(huán)節(jié)，減小了位移轉(zhuǎn)換過程中的誤差。第二，此種安裝方式，傳感器鋼絲繩位于弧門下游側(cè)，離水面有一定的安全距離，既避免了部分鋼絲繩長期浸泡在水中發(fā)生腐蝕從而降低傳感器使用壽命，又避免了鋼絲繩被水中漂浮物和流水干擾而影響測量精度。第三，選用德國公司生產(chǎn)的型號為SL3010-X1/GS130-333拉繩傳感器，該傳感器不僅測量精度高、檢測量程大、使用壽命長、安裝簡便，而且該傳感器采用絕對值位移編碼，具有掉電位置保護(hù)功能，即使實(shí)然斷電，在系統(tǒng)上電后傳感器仍能準(zhǔn)確測量出弧門當(dāng)前開度，非常符合技改要求。

4 結(jié)語

崔家營航電樞紐弧門開度檢測系統(tǒng)改造工作基本上保持了系統(tǒng)原貌，僅增加了兩個(gè)測量支架，改用拉繩傳感器，以最節(jié)省的方案完成了改造，并且經(jīng)無水啟閉和汛期啟閉試驗(yàn)，效果良好，實(shí)現(xiàn)了弧門開度的準(zhǔn)確測量及弧門啟閉的遠(yuǎn)方自動(dòng)控制。整套系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，操作簡單，極大地降低了運(yùn)行、維護(hù)人員的工作量，可供其他徑流式水電站泄水閘弧門同步控制系統(tǒng)借鑒。

參考文獻(xiàn)

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