液壓?jiǎn)㈤]機(jī)及控制系統(tǒng)常見(jiàn)故障及對(duì)策分析

柴麗莎 廣州市流溪河灌區(qū)管理中心

目前，水庫(kù)、水閘等水利工程閘門(mén)普遍采用液壓?jiǎn)㈤]及自動(dòng)化控制。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)由液壓系統(tǒng)和液壓缸組成，液壓缸連接閘門(mén)，液壓系統(tǒng)控制液壓缸內(nèi)的活塞桿帶動(dòng)閘門(mén)做上下運(yùn)動(dòng)，以開(kāi)啟和關(guān)閉閘門(mén)。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)具有相對(duì)靈活，既可上拉也可下推，控制精準(zhǔn)，運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，且方便實(shí)現(xiàn)智能化控制。近年來(lái)隨著水利信息化的快速發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)在控制室集中操控閘門(mén)，大大提高了工作效率、操作精準(zhǔn)程度，節(jié)省了人力成本，保障了人員安全。但由于液壓?jiǎn)㈤]機(jī)及自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成較復(fù)雜、專業(yè)性較強(qiáng)、技術(shù)難度大，要做好其維護(hù)和管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決出現(xiàn)的故障，保障設(shè)備正常運(yùn)行使用，對(duì)閘門(mén)運(yùn)行管理和維護(hù)人員提出了更高的要求。

1.工程概況

李溪攔河閘壩位于流溪河中下游，是一座以灌溉、供水為主，兼具發(fā)電、改善水環(huán)境等功能的水利樞紐工程。工程規(guī)模屬大（2）型水閘，工程等級(jí)為Ⅱ等，主要建筑物水閘、消能防沖設(shè)施為2 級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水采用50年一遇標(biāo)準(zhǔn)，洪峰流量2270m/s，校核洪水采用100年一遇標(biāo)準(zhǔn)，洪峰流量2560m/s。

李溪攔河閘壩于2013年完成加固改造，采用開(kāi)敞式寬頂堰結(jié)構(gòu)，提升式平板鋼閘門(mén)及液壓?jiǎn)㈤]機(jī)控制。共設(shè)置19孔閘門(mén)，水閘總寬276.5m，閘孔凈寬225.5m。

液壓?jiǎn)㈤]機(jī)由每孔工作閘閘門(mén)配置1套2×250kN/2×160kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，兩套液壓缸懸掛在孔口兩側(cè)閘墩上。19孔閘門(mén)共設(shè)置6套液壓泵站，幾孔閘門(mén)共用一個(gè)液壓泵站。液壓泵站設(shè)備和現(xiàn)地控制設(shè)備布置在水閘邊控制室內(nèi)，液壓管路敷設(shè)在油管溝內(nèi)，每個(gè)液壓泵站配置一備一用兩套電動(dòng)機(jī)和液壓泵。閘門(mén)啟閉運(yùn)行時(shí)設(shè)有同步控制系統(tǒng)，閘門(mén)左右不同步時(shí)自動(dòng)進(jìn)行糾偏，保證閘門(mén)的同步運(yùn)行。開(kāi)度位移傳感器采用進(jìn)口內(nèi)置恒力彈簧傳感器，以檢測(cè)行程。

閘門(mén)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)分為現(xiàn)地控制和集中控制兩部分。在中控室建立集中監(jiān)控系統(tǒng)，正常運(yùn)行時(shí)，管理人員使用集中控制系統(tǒng)對(duì)閘門(mén)進(jìn)行控制，集中自動(dòng)控制出故障時(shí)，轉(zhuǎn)換為現(xiàn)地手動(dòng)控制系統(tǒng)的控制，從而保證了自動(dòng)控制系統(tǒng)的高可靠性。

現(xiàn)地控制系統(tǒng)由水閘工作長(zhǎng)廊上的閘門(mén)現(xiàn)地控制箱及液壓設(shè)備室的閘門(mén)電氣控制柜等組成。每套液壓?jiǎn)㈤]泵站設(shè)置一套電氣控制柜，作為閘門(mén)控制的操作機(jī)構(gòu)，內(nèi)部布置PLC模塊，采集液壓設(shè)備各油路電磁閥、壓力監(jiān)測(cè)儀表、閘門(mén)開(kāi)度位移傳感器等信號(hào)，接受集中控制系統(tǒng)的指令，控制啟閉電機(jī)開(kāi)停及各油路電磁閥的啟閉。柜內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地控制及遠(yuǎn)程控制的切換。接受遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的指令，判斷設(shè)備運(yùn)行條件，符合要求后系統(tǒng)自動(dòng)將確定需要?jiǎng)幼鲾?shù)量及啟閉閘門(mén)到規(guī)定的開(kāi)度。在閘門(mén)工作長(zhǎng)廊內(nèi)各閘門(mén)組設(shè)置現(xiàn)地控制箱，布置小型PLC、常規(guī)按鈕，通過(guò)光纜連接至閘門(mén)電氣控制柜，設(shè)備調(diào)試或檢修時(shí)，實(shí)現(xiàn)在水閘工作長(zhǎng)廊上控制啟閉閘門(mén)。閘門(mén)電氣控制柜與閘門(mén)現(xiàn)地控制箱之間控制相互轉(zhuǎn)換，互為聯(lián)鎖。

集中控制系統(tǒng)布置在中控室內(nèi)?？刂浦鳈C(jī)通過(guò)以太網(wǎng)通信方式與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。運(yùn)行管理人員通過(guò)控制系統(tǒng)查看閘門(mén)啟閉信息，發(fā)出閘門(mén)啟閉指令。啟閉指令發(fā)出后由閘門(mén)電氣控制柜的PLC根據(jù)控制邏輯，向液壓系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，液壓系統(tǒng)開(kāi)始工作，達(dá)到閘門(mén)控制目的。

閘門(mén)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能有：自動(dòng)監(jiān)測(cè)閘門(mén)開(kāi)度及工況、自動(dòng)采集閘門(mén)上下游水位、根據(jù)操作規(guī)程自動(dòng)控制（遠(yuǎn)程/手動(dòng)兼容）閘門(mén)啟動(dòng)、可設(shè)定開(kāi)度或流量自動(dòng)控制閘門(mén)啟閉、故障報(bào)警、記錄操作過(guò)程功能等。

2.常見(jiàn)故障

根據(jù)2019年、2020年兩年李溪攔河閘壩閘門(mén)啟閉系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)分析，液壓?jiǎn)㈤]機(jī)相對(duì)穩(wěn)定，故障發(fā)生率較低，主要問(wèn)題有電磁閥損壞、油缸油管油箱滲油及閘門(mén)糾偏不夠同步，其中油缸油管油箱滲油是由密封件使用年限已久老化磨損造成，在2021年更換全部密封件后不再滲油。自動(dòng)控制系統(tǒng)故障主要為雷擊引起的各類電子設(shè)備元件的損壞，如PLC模塊故障、通訊故障、閘門(mén)開(kāi)度位移傳感器損壞等，2020年底該工程建筑物及設(shè)備開(kāi)展防雷設(shè)施改造后近兩年未發(fā)生雷擊破壞。

所送檢標(biāo)本有痰、血液、尿液、胸腔引流液、腹腔引流液、手術(shù)切口分泌液等。按照《臨床檢驗(yàn)操作規(guī)程》中的操作方法進(jìn)行菌株測(cè)定和藥敏試驗(yàn)。

2.1 液壓?jiǎn)㈤]機(jī)常見(jiàn)故障

（1）電磁閥等控制元件損壞。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)控制元件由各類閥組組成。單向閥、換向閥等方向控制閥控制液壓油的流向，減壓閥、順序閥等壓力控制閥調(diào)節(jié)控制油壓的壓力，節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流閥等流量控制閥控制液壓油的流量。任何一個(gè)元件故障液壓系統(tǒng)都不能正常工作。

（2）油缸、油管、油箱漏油滲油。這是液壓?jiǎn)㈤]機(jī)普遍存在的問(wèn)題，通常由于接口處密封圈老化磨損引起，漏油嚴(yán)重會(huì)造成液壓系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)油壓不足，無(wú)法正常啟閉閘門(mén)。

（3）糾偏不同步。閘門(mén)的運(yùn)行過(guò)程中，若閘門(mén)左右開(kāi)度不一致，糾偏不及時(shí)，會(huì)造成閘門(mén)單邊卡死或閘門(mén)全關(guān)時(shí)漏水。該水閘為雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，采用自動(dòng)糾偏方式，閘門(mén)左右開(kāi)度差超出設(shè)定的控制值時(shí)，通過(guò)PLC發(fā)出指令調(diào)節(jié)左右電磁閥以達(dá)到同步。偶爾出現(xiàn)自動(dòng)糾偏系統(tǒng)誤差導(dǎo)致閘底關(guān)閉不嚴(yán)漏水，不影響閘門(mén)安全運(yùn)行，采用手動(dòng)糾偏解決。

（4）系統(tǒng)油壓不足，流量偏小。油管或液壓元件內(nèi)的型砂、毛刺切屑等污染物在液壓油的沖擊下脫落，堵塞阻尼孔和濾油器，會(huì)造成壓力和速度不穩(wěn)定。

2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)常見(jiàn)故障

（1）可編程控制器PLC故障。可編程控制器屬于編程控制單元，是整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心，完成 PLC的信號(hào)處理、邏輯運(yùn)算、Profibus通訊、控制輸出等功能，PLC故障會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)控制系統(tǒng)癱瘓。

（2）通訊故障。監(jiān)控主機(jī)與控制柜通過(guò)光纜連接，通訊故障是閘門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)、指令、信號(hào)無(wú)法正常傳輸接收，通常由光纖收發(fā)器損壞、光纜接頭松動(dòng)、供電異常等引起。

（3）傳感器故障。每臺(tái)啟閉機(jī)在閘門(mén)兩側(cè)油缸上各配有一套閘門(mén)開(kāi)度位移傳感器，在顯示閘門(mén)開(kāi)度的同時(shí)，及時(shí)為控制器提供閘門(mén)左右2個(gè)活塞桿運(yùn)行高度和速度信號(hào)，使控制器隨時(shí)對(duì)兩活塞桿進(jìn)行糾偏處理，保證其工作的同步狀態(tài)。閘門(mén)開(kāi)度位移傳感器是自動(dòng)控制重要的傳感器，較容易出現(xiàn)故障。

3.原因分析

根據(jù)工程多年運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，閘門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)及自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障的原因主要分為以下幾類。

3.1 設(shè)備的使用壽命有限或存在質(zhì)量缺陷

3.2 防雷不足，雷擊造成電子設(shè)備損壞

水利工程多處于空曠的野外或河岸水域，水工建筑物相對(duì)較高，雷擊災(zāi)害事故發(fā)生相對(duì)頻繁，特別是位于強(qiáng)雷區(qū)的水利工程，機(jī)電設(shè)備、通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備遭受雷擊損壞的風(fēng)險(xiǎn)尤為突出。感應(yīng)雷對(duì)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)及自動(dòng)控制系統(tǒng)的各類電子設(shè)備元件有極大的破壞力，直擊雷可以直接擊中建構(gòu)筑物或擊中線路及電子設(shè)備造成損壞。若水利工程建構(gòu)筑物及各類電子設(shè)備防雷設(shè)施性能不滿足現(xiàn)有防雷規(guī)范要求，會(huì)導(dǎo)致雷擊破壞的概率大大增加，影響閘門(mén)的正常啟閉和水利工程的安全運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，李溪攔河壩通訊設(shè)備、電源開(kāi)關(guān)、PLC、傳感器、啟動(dòng)裝置等均發(fā)生過(guò)不同程度的雷擊破壞。

3.3 維護(hù)管理不到位，未能及時(shí)排除隱患

日常管理中對(duì)設(shè)備的檢查和保養(yǎng)不到位，對(duì)存在的隱患和小問(wèn)題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決，導(dǎo)致出現(xiàn)故障影響運(yùn)行。在設(shè)備有故障時(shí)，由于管理人員專業(yè)能力不足，不熟悉液壓?jiǎn)㈤]機(jī)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理和常見(jiàn)問(wèn)題，不能及時(shí)分析故障原因，修復(fù)損壞設(shè)備 。

4.經(jīng)驗(yàn)對(duì)策

4.1 完善和提升水利工程防雷能力，減少雷電災(zāi)害引起的液壓?jiǎn)㈤]及控制系統(tǒng)故障

（1）定期開(kāi)展防雷檢測(cè)，掌握防雷性能。每年度委托具有專業(yè)雷電防護(hù)裝置檢測(cè)資質(zhì)的單位對(duì)水利工程防雷設(shè)施開(kāi)展一次全面、詳細(xì)、規(guī)范的檢測(cè)，摸清工程防雷設(shè)施現(xiàn)狀情況，對(duì)于不符合規(guī)范要求的及時(shí)分析原因采取措施消除隱患。防雷檢測(cè)主要檢測(cè)防雷裝置是否有效可靠，接閃器、引下線、接地裝置等是否連通，接地系統(tǒng)的有效接地電阻是否在允許范圍，電源防雷系統(tǒng)、信息系統(tǒng)信號(hào)防雷系統(tǒng)的對(duì)地絕緣阻抗是否在允許范圍。

（2）開(kāi)展防雷改造，保障防雷設(shè)施發(fā)揮實(shí)效。按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50057-2010）》《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范（GB50343-2012）》等規(guī)范，根據(jù)水利工程地理位置，受雷擊密度頻率及重要性等，計(jì)算得出工程的防雷設(shè)防類別，按規(guī)范完善防直擊雷設(shè)施及雷電感應(yīng)防護(hù)裝置。在直擊雷防護(hù)方面，可針對(duì)接閃帶、接閃網(wǎng)格、防雷引下線、等電位連接、接地裝置布置進(jìn)行優(yōu)化完善；在雷電電磁脈沖防護(hù)方面，室內(nèi)供電設(shè)備、控制設(shè)備、通信設(shè)備安裝適用的浪涌保護(hù)器，做好等電位連接、屏蔽等措施，從內(nèi)到位，從遠(yuǎn)到近，從整體到細(xì)節(jié)，全方位為液壓?jiǎn)㈤]機(jī)及自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置雷電防御屏障。

4.2 加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的檢查和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)消除隱患問(wèn)題，提高設(shè)備的可靠性、安全性，降低故障的發(fā)生率

（1）定期進(jìn)行閘門(mén)啟閉試動(dòng)，系統(tǒng)檢查液壓?jiǎn)㈤]和控制系統(tǒng)。非汛期閘門(mén)的運(yùn)行調(diào)度較少，應(yīng)在每年汛前組織一次閘門(mén)啟閉試動(dòng)，所有閘門(mén)開(kāi)啟至最大開(kāi)度，以檢驗(yàn)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)和自動(dòng)控制系統(tǒng)能否正常工作，確保在汛期過(guò)洪時(shí)能迅速啟閉閘門(mén)。

（2）液壓油的維護(hù)。油液中顆粒污染物引起的污染磨損是引起液壓元件失效的主要原因，因此保持液壓油的潔凈對(duì)保證液壓系統(tǒng)正常運(yùn)作至關(guān)重要。每年對(duì)油箱中液壓油做一次全面過(guò)濾。定期清洗濾油器濾芯，防止濾芯堵塞，若濾芯已損壞，必須及時(shí)進(jìn)行更換。每年委托具有相應(yīng)資質(zhì)的單位對(duì)液壓油的品質(zhì)進(jìn)行取樣檢測(cè)，出具檢測(cè)報(bào)告，液壓油的取樣應(yīng)在系統(tǒng)正在運(yùn)行或剛剛停止工作時(shí)進(jìn)行。若液壓油品質(zhì)不符合要求，必須進(jìn)行更換。

（3）對(duì)油管油缸的維護(hù)。油管油缸的維護(hù)是液壓?jiǎn)㈤]機(jī)日常養(yǎng)護(hù)的重要內(nèi)容，每年汛前打開(kāi)油管溝蓋板，檢查油管夾是否穩(wěn)固，油管的接口處、焊縫處、與閥組的連接處是否有漏油現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)油管夾松動(dòng)或者油管漏油，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整、加固，確保設(shè)備正常工作。檢查油缸是否滲油漏油，油缸漏油由密封件的磨損老化引起，應(yīng)及時(shí)更換密封件。

4.3 做足應(yīng)對(duì)故障的各項(xiàng)措施，在故障出現(xiàn)時(shí)能快速處理問(wèn)題和保障運(yùn)行，提高應(yīng)急處置能力

（1）對(duì)于易損壞元件，儲(chǔ)備一定數(shù)量的備品備件，如濾油器濾芯、液壓缸密封圈、液壓閥組、PLC模塊、光纖收發(fā)器、開(kāi)度位移傳感器、位置開(kāi)關(guān)等，以便于發(fā)生故障迅速維修更換。備品備件與各類元件應(yīng)具有互換性，由相同的材料制成，采用相同的工藝標(biāo)準(zhǔn)。

（2）對(duì)于一些建設(shè)年限較長(zhǎng)，液壓?jiǎn)㈤]系統(tǒng)老舊，故障率高難以快速修復(fù)的水利工程，可配備移動(dòng)式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，移動(dòng)式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)是將發(fā)電機(jī)和液壓裝置組合在一起的應(yīng)急設(shè)備，直接控制液壓油缸來(lái)啟閉閘門(mén)，為汛期安全行洪提供應(yīng)急保障。配備柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源，在市電斷電時(shí)啟用備用電源保障電力供應(yīng)。

（3）制定應(yīng)急預(yù)案，明確液壓?jiǎn)㈤]機(jī)和自動(dòng)控制系統(tǒng)異常時(shí)的應(yīng)急處置方法，處理人員和職責(zé)；舉行應(yīng)急演練，模擬在液壓?jiǎn)㈤]機(jī)和自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)各種故障情況下，組織操作人員高效有序的以應(yīng)急方式啟閉閘門(mén)，迅速排查修復(fù)系統(tǒng)故障，提高工作人員操作熟練程度和問(wèn)題處理能力。

4.4 建立健全制度規(guī)程，促進(jìn)液壓系統(tǒng)管理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，強(qiáng)化管理隊(duì)伍能力建設(shè)，加強(qiáng)運(yùn)行管理人員培訓(xùn)

（1）科學(xué)、規(guī)范、精細(xì)的管理和維護(hù)能有效降低液壓?jiǎn)㈤]機(jī)和自動(dòng)控制系統(tǒng)故障率，通過(guò)對(duì)設(shè)備的經(jīng)常養(yǎng)護(hù)和規(guī)范操作，延長(zhǎng)元件的使用壽命。設(shè)備系統(tǒng)的操作、巡檢、養(yǎng)護(hù)、維修需要一套操作性強(qiáng)、適用性高的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，要根據(jù)相關(guān)規(guī)范，結(jié)合各水利工程的實(shí)際情況，制定相應(yīng)的設(shè)備操作規(guī)程、巡查檢修制度、維修養(yǎng)護(hù)制度、檢查操作維修記錄表等，并確保各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行到位。

（2）管理水平的高低取決于人員的素質(zhì)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管理運(yùn)行人員的技術(shù)培訓(xùn)，提高技能水平和履職能力。一線運(yùn)行操作人員重在實(shí)操，應(yīng)持證上崗，具備閘門(mén)操作工等資質(zhì)，定期參加業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，熟練掌握液壓?jiǎn)㈤]機(jī)及自動(dòng)控制系統(tǒng)日常操作方法、常見(jiàn)故障識(shí)別處理、應(yīng)急操作辦法等。管理人員應(yīng)具有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和快速應(yīng)急處置能力，學(xué)習(xí)掌握水閘及啟閉機(jī)系統(tǒng)各類技術(shù)規(guī)程和工程特性，提升管理水平。

（3）建立液壓?jiǎn)㈤]機(jī)和自動(dòng)控制系統(tǒng)故障臺(tái)賬，詳細(xì)記錄故障表現(xiàn)、發(fā)生原因、處理措施等，定期對(duì)故障情況統(tǒng)計(jì)歸納，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)查找短板，為之后管理的改進(jìn)和提升提供經(jīng)驗(yàn)建議。