论弧门开度检测方式对弧门同步控制的影响

李满喜

摘 要：崔家营航电枢纽泄水闸工作闸门采用弧形门，启闭形式为双缸液压启闭机，自投入运行以来，启闭方式已由原来的现地手动操作逐步过渡到远方自动控制，在弧门启闭过程中，由于工况的不同，经常出现因双缸不同步造成弧门卡死的现象，因此，在枢纽正式运营之后，对弧门同步控制系统进行了技改。该文简要介绍了崔家营航电枢纽泄水闸液压启闭机的工作原理以及技改前后弧门开度检测方案的对比，运行结果表明，此次技改达到了预期效果。

关键词：弧门 同步控制 位移检测方式

中图分类号：TV73 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（a）-0064-03

崔家营航电枢纽位于湖北省襄阳市境内汉江中游，是湖北省境内汉江干流8级梯级开发中的第5级，坝址位于湖北省襄阳市下游17 km处，上距丹江口水利枢纽134 km，下距汉江河口515 km，是一个以航运和发电为主，兼顾灌溉、供水、旅游及水产养殖等综合效益的航电枢纽，其主要建筑物为：船闸、泄水闸、电站厂房、土石坝，泄水闸位于船闸与电站厂房之间，闸址位于主河床上，前缘总宽474.5 m，泄水闸采用宽顶堰平底闸型式，共布置20孔20×14.5（宽×高）泄水孔口，泄水闸工作闸门采用露顶式弧形闸门，采用2×2 500 kN双缸液压启闭机进行启闭，启闭方式为后拉式。

1 设备参数

崔家营航电枢纽泄水闸QHLY-2×2500 kN-8.0m液压启闭机用于操作泄水闸20孔工作闸门—— 弧形门。液压启闭机由油缸、液压泵站、支铰座、行程检测装置、行程限位装置、液压管路及附件组成，每孔液压启闭机布置有一套液压泵站、两套液压缸，液压泵站位于弧门两侧闸墩内部启闭机室内，该系统工作制为一用一备，即一台泵组主用，一台泵组备用，并能自动切换（如图1所示）。

2 液压启闭机工作原理

2.1 弧门开启

空载启动油泵电动机，延时5 s，打开启门电磁阀，压力油经过插装阀进入整流调速阀粗调同步后进入液压缸有杆腔，同时液压缸无杆腔的液压油经过背压单向阀流回油箱，提升弧门至预先设定值，油泵电动机停机。

2.2 弧门关闭

空载启动油泵电动机，延时5 s，打开闭门电磁阀，压力油打开缸旁液控单向阀，液压缸有杆腔液压油经整流调速阀和插装阀后流回液压缸无杆腔，同时压力油向液压缸无杆腔补油，弧门依靠自重关闭到位，油泵电动机停机。

2.3 弧门同步纠偏

液压系统采用“桥式流量控制+旁路纠偏”同步回路对油缸进行同步纠偏。其控制原理为：先调节桥式流量板上的主调速阀，粗调液压缸基本同步。在弧门启闭过程中，位移传感器实时检测2根油缸活塞杆位移量，并传给PLC，由PLC即时计算出左、右液压缸位移差。若位移差不超过纠偏起调值，则属于同步正常；若位移差超过纠偏起调值，则由PLC控制打开纠偏比例电磁阀实施旁路分流，使其中伸缩较快的液压缸减速，直至位移差回到误差允许范围内，PLC停止纠偏，实现精调同步，系统继续按同步正常状态运行。

3 弧门开度检测方式比较

3.1 副拉缸式弧门开度检测方式（技改前）

起初，弧门开度检测采用副拉缸内置式磁滞伸缩位移测量方案。传感器安装方式，采取了副拉缸形式，选用意大利GEFRAN非接触式IK4AF1300E1磁滞伸缩线性位移传感器，并通过一个三角变换结构安装在油缸尾部，此三角变换结构示意图如图2所示，应该指出，采用此方案，传感器的量程最小。

弧门启闭时，液压启闭机主油缸拉动弧门以支铰为圆心，以支臂为半径，沿导轨做升降转动，同时，主油缸带动副拉缸活塞杆伸缩，副拉缸内置模拟式位移传感器将位移转换成4～20 mA电流信号输送至PLC模块，经过A/D转换后，PLC程序将其换算成弧门开度，并实时计算出左、右两侧的开度差，当开度差达到纠偏起调值时，PLC控制打开纠偏比例电磁阀对油缸进行纠偏，确保弧门同步运行。

此副拉缸式开度检测方式主要存在以下两个方面的问题。

（1）副拉缸的位移与主油缸的位移呈非线性关系，转换中存在较大误差；尤其是检测装置的三角变换结构，更是将误差放大了大约7倍，导致PLC程序无法获得准确的弧门开度。

（2）选用的传感器是模拟量位移传感器，其输出信号容易受外界环境的干扰而发生温度漂移和零点漂移，每次均需要技术人员现场重新设定，加大了技术人员的工作量。

上述两方面的缺陷导致泄水闸弧门在实际运行过程中经常出现因不同步而卡死的现象，严重影响弧门启闭自动控制，因此，有必要对原弧门开度检测方案进行改造。

3.2 旁位式弧门开度检测方式（技改后）

技改主要从两个方面进行：一是选用合适的传感器；二是选择恰当的传感器安装方式。在现场选择两孔弧门分别试验格雷母线开度检测方案和旁位式拉绳传感器开度检测方案，试验结果表明，两种方案均满足技术要求；但从稳定性、可靠性、经济性、维护工作量大小及操作简单等方面综合考虑后，最终选择采用旁位式弧门开度检测方式。具体做法是：在泄水闸闸墩顶部、距离主油缸支铰中心水平距离3.4 m处安装一个由角钢焊接而成，约1.2 m高的传感器固定支架，用于固定拉绳式位移传感器，并将传感器的测量钢丝绳下端固定在与弧门支臂焊接为一体的测量支架上，通过测量弧门支臂固定点的位移，换算得出弧门开度。

技改后的檢测方案主要有以下3个方面的优点：第一，由于位移测量点直接选在弧门支臂上，与原来三角变换结构将测量点选在主油缸上相比，减少了中间环节，减小了位移转换过程中的误差。第二，此种安装方式，传感器钢丝绳位于弧门下游侧，离水面有一定的安全距离，既避免了部分钢丝绳长期浸泡在水中发生腐蚀从而降低传感器使用寿命，又避免了钢丝绳被水中漂浮物和流水干扰而影响测量精度。第三，选用德国公司生产的型号为SL3010-X1/GS130-333拉绳传感器，该传感器不仅测量精度高、检测量程大、使用寿命长、安装简便，而且该传感器采用绝对值位移编码，具有掉电位置保护功能，即使实然断电，在系统上电后传感器仍能准确测量出弧门当前开度，非常符合技改要求。

4 结语

崔家营航电枢纽弧门开度检测系统改造工作基本上保持了系统原貌，仅增加了两个测量支架，改用拉绳传感器，以最节省的方案完成了改造，并且经无水启闭和汛期启闭试验，效果良好，实现了弧门开度的准确测量及弧门启闭的远方自动控制。整套系统运行稳定、可靠，操作简单，极大地降低了运行、维护人员的工作量，可供其他径流式水电站泄水闸弧门同步控制系统借鉴。

参考文献

[1] 文德合.弧门开度检测装置改造[J].湖南水利水电，2014（6）：67-69.

[2] 王小峰.崔家营航电枢纽泄水闸弧形闸门同步超差改造[J].水电与新能源，2016（4）：45-49.

[3] 杨彦海，周维亚.弧门开度仪器安装探讨[J].文摘版：工程技术，2015（18）：114-115.