论黄金坪水电站溢洪道弧门控制

赵 俊 涛

(四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川.甘孜　626001)



论黄金坪水电站溢洪道弧门控制

赵 俊 涛

(四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川.甘孜626001)

摘要：论述了黄金坪水电站溢洪道弧门开启、关闭、弧门同步、弧门自动复位控制等功能，通过与传统弧门控制对比，突出了黄金坪水电站溢洪道弧门控制的优越性，具有重要意义及推广应用价值。

关键词：弧门；开度；活塞杆；黄金坪水电站

1概述

黄金坪水电站位于甘孜藏族自治州康定市黄金坪乡境内，为大渡河干流规划调整推荐二十二级方案中的第十一级电站，上游接长河坝水电站，下游接泸定水电站。电站总装机容量为850 MW，采用左岸大厂房、右岸小厂房两个地下厂房开发的布置方式，其中左岸大厂房总装机容量为800 MW，从水库左岸引水发电，多年平均年发电量35亿 kW·h，年利用小时数为4 370 h，主要任务为发电；右岸小厂房总装机容量为50 MW，从水库右岸引水发电，多年平均年发电量3.61 亿 kW·h，年利用小时数为7 220 h，主要任务为承担电站脱水段环保供水。

溢洪道位于大坝的左岸，共3孔，每孔设工作弧门一扇，工作弧门前设有检修弧门门槽，3孔共用一扇检修弧门门叶。工作弧门孔口尺寸为13 m×15.85 m-15.35 m(孔口宽度×孔口高度-设计水头，下同)，底坎高程为1 460.65 m，弧门按正常蓄水位高程1 476 m设计。门型为露顶弧形弧门，采用主横梁、斜支臂的框架型式，支铰采用自润滑球面滑动轴承支承。支铰布置在底坎以上8.5 m处，支铰高程为1 469.15 m，面板弧面半径为18 m。弧门为动水启闭，可局部开启。每孔弧门由一台容量为2×1 600 kN的悬挂后拉式液压启闭机操作。

2弧门的主要技术参数、组成与结构

2.1弧门的主要技术参数

(1)型式后拉式(油缸上支承)液压启闭机

(2)额定启门力2×1 600 kN

(3)工作行程6.891 m

(4)最大行程7.19 m

(5)油缸内径400 mm

(6)油缸壁厚≥40 mm

(7)活塞杆杆径220 mm

(8)上铰点到下铰点距离最小9.5 m，最大16.391 m

(9)启门速度(活塞速度)0.7/0.35 m/min左右(双速)

(10)闭门速度(活塞速度)0.7 m/min左右(可调)

(11)吊点间距12 m。

2.2弧门的组成与结构

2.2.1启闭机的组成

黄金坪水电站溢洪道每个弧门配置一台液压启闭机，每台启闭机的组成包括：油缸、支铰座、行程检测及限位装置、与弧门的连接轴、液压泵站、液压管路系统、电气控制系统等。

2.2.2启闭机的主要结构

(1)溢洪道共设三台液压启闭机，每台液压启闭机设置一套油泵站。

(2)油缸支铰座用二期混凝土固定在工作弧门两侧的闸墩内。

(3)油缸上端与支座铰接，油缸沿水流方向摆动，支承铰处采用知名品牌的自润滑球面滑动轴承。

(4)活塞杆下端设有吊头及吊头轴，与弧门吊耳相连，吊头的支承采用知名品牌的自润滑球面滑动轴承。

(5)活塞杆采用陶瓷活塞杆。

(6)行程检测采用非接触式扫描检测行程装置,检测精度≤1 mm，具有模拟和数字两种输出模式，防护等级为IP68。

(7)在油缸摆动的工作平面内，油缸的摆动范围满足弧门启闭全过程的要求。

(8)为保证在特殊情况下启闭机在失去主供电源和外来备用电源的情况下仍能开启弧门，三台溢流坝液压启闭机均设一台移动泵站。移动泵站启门速度为0.07 m/min左右，具有结构简单、性能可靠、携带方便、机动性强等特点。各液压泵站均留有与移动泵站连接的快速接头。

3运行与操作

(1)每一套液压泵站设两台手动变量油泵-电动机组。正常工作时，两组油泵-电机组同时投入工作，启闭速度为额定值；当一套油泵-电动机组出现故障时，另一套仍然可以投入工作，但启闭速度为额定值的一半。该油泵站同时设一台移动泵站，以保证在特殊情况下启闭机失去主供电源和外来备用电源后仍能开启弧门。

(2)关闭弧门时，油泵-电动机组启动，压力油打开下腔油路闭锁块，弧门依靠自重下降。

(3)该机设置有上、下极限限位开关并能自动切断油泵-电动机组电源。 如弧门需要在某一开度位置停留，操作前，可在位置控制装置预置开度值，当弧门到达预置开度时，自动切断油泵-电动机组电源，下腔油路闭锁块投入工作。

(4)由于液压系统的泄漏，要求将弧门下滑的速率控制在48 h内下滑量不大于200 mm。

(5)弧门在全开或局开位置下滑达150 mm且两缸行程偏差小于20 mm时，主用油泵-电动机组自动投入运行，将弧门提升恢复原位。如果油泵-电动机组未投入运行、继续下滑50 mm时，将自动接通备用油泵-电动机组，将弧门提升恢复原位。此时，PLC自动向集控室及机旁发出声光报警信号。

(6)弧门在启闭过程中，行程指示及位置控制装置全程连续检测两只液压缸的行程偏差，当偏差值大于10 mm时将自动纠偏；当偏差值大于20 mm时，自动停机并发出声光报警信号。

(7)电气控制为三种方式:即远控、现地、检修三种模式，且三种模式相互闭锁。

4活塞杆与开度检测装置

过去经常采用的传统内置式行程检测手段有两种：一种是钢丝绳形式，另一种为磁感式，它们均存在一定的局限性和缺陷。钢丝绳内置式行程检测装置是将旋转编码器与恒力弹簧机构组合成一种能安装于液压缸上盖顶部的装置，带动编码器旋转的钢丝绳通过连接螺钉与活塞杆头部连接，随活塞杆的伸出与缩回而带动编码器旋转，从而检测出油缸的行程。由于钢丝绳易绕曲而造成测值偏差且故障率高，稳定性差，其应用范围较为有限；磁感式线性位移传感器由于受到长度的限制，无法满足某些液压启闭机的行程检测要求，而且当液压缸的布置形式为倾斜或水平时，传感器就会产生一定的自由挠度，从而直接影响到行程检测的精度；另外，其必须且只能安装于液压缸上盖顶部，活塞杆中间也必须留有用于安装线性位移传感器的长孔。鉴于以上因素，磁感式线性位移传感器的应用范围也较为有限。上述两种内置式行程检测装置不但外形较大、必须有充裕的空间方能使用，而且安装过程较为麻烦，特别是在检修时，需要将液压缸上盖打开，整个过程费时、费力。

黄金坪水电站溢洪道弧门液压启闭机采用了一种输出脉冲信号的传感器与带内置式行程检测装置的陶瓷活塞杆相结合使用的行程检测方式，其可以解决以往行程检测的不足之处。这种集成于陶瓷活塞扦上的内置式行程检测装置可以直接检测出活塞杆的位移而不需转换，故不存在累积误差，所以其行程检测长度不受限制，任意行程均可检测，而且其检测精度可以达到1 mm；另外，由于其结构紧凑、体积小，只需直接安装于液压缸的下端盖上，在液压缸外部不需要增设另外的装置，因此检修非常方便，不仅保证了黄金坪水电站溢洪道弧门的开度检测精度，提高了其防腐耐磨性能，也为后续的检修维护工作带来了很大的方便。具体原理如下：

陶瓷活塞杆内置式行程检测装置是在活塞杆基体上加工沟槽，采用脉冲信号的传感器对活塞杆进行行程检测。其具体方法是：先在活塞杆基体表面加工等距离的、具有一定深度的沟槽，然后在其表面喷涂陶瓷材料。其原理是由于活塞杆基体具有导磁性，而表面喷涂的陶瓷材料是非金属

材料，不具有导磁性，当传感器通过高低不一的沟槽时，气隙是不一样的，气隙的变化将引起磁阻、磁场和电流等的变化而输出脉冲信号，传感器就可以检测出活塞杆基体上沟槽的间距，而活塞杆基体上的沟槽是等距离的，从而可以将其转换成活塞杆的行程。

5结语

黄金坪水电站溢洪道弧门已于2015年6月安装调试完成，从6个月以来的运行情况看，设备开度测量精度、弧门控制等完全达到了设计要求，为黄金坪水电站的安全、稳定运行打下了坚实的基础，亦为今后类似工程设计与施工提供了很好的参考和借鉴。

参考文献：

[1]李典基，于一鸣.一种用霍尔传感器控制行程的液压启闭机研制[J].装备制造技术，2015，43(5)：148-150.

[2]陈光，李霄琳，李跃年.国产陶瓷活塞杆液压缸在白沙滩泵站输水总干渠扩建工程的应用[J].水利水电技术，2008,39(7)：58-60.

(责任编辑：李燕辉)

赵俊涛(1989-)，男，河南洛阳人，助理工程师，学士，从事水电厂技术与管理工作.

作者简介:

文章编号:1001-2184(2016)02-0022-02

文献标识码:B

中图分类号:TV7;TV737

收稿日期:2015-12-31