液压式泄水闸门控制系统的优化与完善

文亚琼

（碧口水力发电厂，甘肃 文县746412）

碧口水电厂大坝为壤土心墙土石混合坝，最高坝高105.3m，是全国最高的土石坝，设计库容5.21亿m3，控制流域面积26000km2，占全流域面积31812km2的81.7%。碧口水库除供发电外，还兼有防洪、水运、灌溉、养殖等综合效能。

碧口水电厂泄水建筑物包括左泄工作门和检修门、右泄工作门和检修门、排沙洞工作门和检修门、溢洪道、电检门等。其中各检修门、电检门为卷扬式。右泄工作门、排沙洞工作门为液压式。下面将通过介绍油缸式右泄工作门泄水闸门的动作原理及控制系统，说明如何实现油缸式闸门长期稳定运行、操作简便、易于维护的控制方式。

1 液压式右泄工作门系统

1.1 液动系统

右泄工作门位于碧口水电厂右岸右泄启闭室内，右泄工作门宽8m，高10m，为平板式泄水闸门，总重量245t，闸门接力器动作行程为11.5m。整个右泄工作门液动部分包括1个5m3的储油罐，2台油泵及100kW的电机，油箱，电动回转阀，闸门接力器活塞及相关的油管路和阀门。每台油泵安装在容积为1.5m3的油箱上。

1.1.1 闸门提门过程

油泵运行输出液压油，动作提门电磁阀使三位四通阀转换至提门状态，液压油经三位四通阀转换进入闸门接力器下腔，接力器上腔的液压油经三位四通阀转换至回油箱，闸门在压力油作用下上升，同时储油罐将通过电动回转阀为每台泵的油箱供油。

1.1.2 闸门下降过程

由于闸门自重原因，在下落过程中需要的液压油压力相对较低。油泵工作输出液压油，动作提门电磁阀使三位四通阀转换至落门状态，液压油经三位四通阀转换进入闸门接力器上腔，接力器下腔的液压油经三位四通阀转换至储油罐，闸门在压力油和闸门自重作用下下落。

闸门靠自重，可手动操作相应阀门沟通油路，实现闸门下落。

1.2 闸门控制系统

右泄工作门操作方式有现地手动操作和远程自动操作两种操作方式，其中闸门远方操作通过远程上位机实现。两种操作方式可互相切换，相互备用。

1.2.1 现地手动控制

现地手动提门操作过程中，首先将控制方式切至“现地”，在确定用哪一台泵提门后，将该泵切至“自动”启动位置，手动“开启”对应的电动回转阀，使回油箱内的油流入该油箱。

操作“提门”把手，软启动器启动该泵运行打压，通过延时继电器延时启动该泵旁路接触器，增大回路带载能力。

油泵出口压力正常后，出口压力开关接点闭合，动作提门电磁阀，将压力油源打至闸门接力器油缸提门腔，使闸门提升。

在闸门动作过程中若出现闸门至上下限、电机故障等信号则将自动停泵，使闸门停止动作。如遇运行泵油箱油位低于下限时，则需换台泵继续提门，双泵互为备用。

现地手动落门过程中，泵的操作与提门过程一致，操作“落门”把手，泵启动运行正常后，启动落门电磁阀，压力油作用于闸门落门腔，提门腔内的压力油通过三位四通阀回到储油罐内，闸门下落。在闸门落至全关或预定高度后，停止落门。

落门操作需要的供油量相对较少，若单台泵没有落门到预置值，同样需启动另一台泵继续落门。

如果补油回路出现问题或紧急情况需要快速落门时，可手动操作相应阀门沟通油路，闸门靠自重实现下落动作。闸门提升操作流程见图1。

闸门下降流程与闸门提升流程基本一致，在闸门下降流程中，在启动油泵后，需动作闸门下降电磁阀。另外，用一台油泵即可满足闸门从全开至全关的动作需要。

图1 闸门提升操作流程

1.2.2 远程集中控制

远控系统由现地PLC控制系统、光纤传输系统、上位机监控系统组成。现地监控站系统由闸门开度传感器、电量传感器、PLC控制器及闸门启闭电气设施等组成。上位机监控系统由10M/100M工业以太网交换机、工程师站及闸控操作站、打印机、UPS电源、上位机监控软件及防雷设备等组成。PLC采用GE90-30可编程序控制器。

在远控提门过程中，首先登录闸门控制软件，闸门控制软件为IFIX软件。在确认右泄工作门无任何报警信息，显示各状态指示正常后进行提门操作。

先进行远控提门预设高度的设置，确认后，选择用哪台泵首先进行提门操作，确认后开始提门操作，在提门过程中如闸门至预设高度后，则自动停止提门，提门完成。如未至预设高度而该泵油箱油位低于下限值时，自动停泵，并提示是否用另一台泵提门，确认后继续提门。

在提门过程中如遇意外还可按“紧急停泵”按钮，切断动力电源开关。在提门过程中还进行了闸门发卡保护、电机过载、各元器件故障等判断。使整个操作过程简单可靠，在现地无人监护的条件下可实现闸门操作。

远控落门基本操作与提门过程基本一致，同样按照预设高度，选择操作泵等，由于落门时需用的压力油较少，落门过程较提门动作快，在动作过程中需要加强监控。

2 系统优化与完善

2.1 控制系统优化

通过改造完善，控制油泵电机的启停、运行控制由原接触器+启动电阻的控制方式改造为采用PST250型重载型软启动器+接触器控制，使闸门的提落过程中更加可靠、安全。闸门动作将通过电磁阀动作切换油路进行。

该控制系统由原来的继电器控制改为继电器控制和远程计算机+PLC控制，可实现闸门的远程、现地控制。用于油箱进油控制的电动回转阀由独立的PLC控制回路控制。可实现现地手动、远程自动开启关闭控制。

用于控制回路指示闸门全开、全关等位置接点，由原主令控制器改造为主令控制器与闸控仪+光电编码器双重控制。主令控制器及闸控仪采用钢丝绳+重锤的测量方式，可靠直观。

2.2 控制电源完善

闸门控制系统采用交流220V电源供电，为了保证在闸门操作过程中能可靠动作，在闸门控制柜内安装了UPS，并安装了220V的蓄电池组对UPS进行供电，保证了供电电源的可靠性。另在UPS交流电源输入回路上加装了浪涌保护装置。

2.3 控制系统信号回路优化

闸门上下限位置信号、电机故障、油箱油位高低限信号、软启动器故障、手动急停按钮等闸门控制信号回路经中间继电器扩展后，作为公用分别送入现地继电器控制回路和PLC控制回路。PLC控制系统与现地手动控制的状态指示信号相互独立，确保了信号指示的独立性和完整性。

2.4 闸门远控系统完善

右泄工作闸门远控系统采用了工业计算机控制、PLC控制、网络通讯、光电编码、测控软件等多种现代技术，能实现实时采集、显示闸门开启高度并自动处理，自动调节闸门高度等功能，实现闸门动作过程中的全面全程监视，具有自动化程度高、功能齐全、操作简单、运行可靠等优点。

3 结语

用现地手动控制操作和远程自动控制操作来实现油缸式泄水闸门的控制，其中现地操作采用仪表继电器控制，远程控制为计算机监控+PLC控制的方式，采用现地手动控制作为远程自动控制的备用的方式。实践运行说明，其运行可靠，可基本实现闸门的远程操作。为电站实现“无人值守，少人值班”提供了保障，提高了水电厂大坝防洪度汛的能力。

［1］SDJ336—89，砼坝安全监测技术规范（试行）［S］.

［2］DL/T5065—1996，水力发电厂计算机监控系统设计规定［S］.

［3］DL/T5081—1997，水力发电厂自动化设计技术规范［S］.

［4］SL/T292—2204，水利系统通信业务导则［S］.

［5］GB/T5065—1996，计算机软件可靠性和可维护性管理［S］.