泄洪闸门与动态负荷及水位自动联动研究应用

樊婉婉 陈松

黄河水利委员会黄河机械厂 河南郑州 450006

流域梯级集控模式有效的精简了电厂运行人员，水电厂实现“无人值班”、“夜间关门运行”，大大提高了流域梯级水电厂远程集控运行的工作效率和经济效益。但因水电厂泄洪闸门的重要性和特殊性，大多数流域梯级集控中心未真正实现泄洪闸门的远程监控,而部分电厂为贯流式机组，水头低、库容小，汛期闸门调节操作频繁，当上游来水过大或发生线路跳闸、机组甩负荷等情况时，电厂下泄流量小于来水量，将导致大坝水位迅速上涨，如果不能及时开闸泄洪，将会出现水漫大坝、水淹厂房的风险。因此，实现泄洪闸门与动态负荷及水位自动联动尤为重要[1]。

1 闸门泄洪的作用

闸门运行图是根据闸门开度曲线绘制而成，对于相同的工程来说，随着闸门开度的不断增加，可以根据开度绘制出不同的曲线图，在保障河流断面能够均匀分布的情况下，能够实现闸后消能、整流的双向作用。一般情况下，为了提升抗冲效果，主要采用护岸措施、消能工、闸门管理等方面，这样不但能够获得良好的抗冲效果，还能够为工程节省大量的费用投入。在闸门开启方式的选择上，将其应用到抗冲方面具有成本低、可行性强等特征，主要具备以下功能：（1）增加水流能量的消耗，促进下游断面的均匀分布；（2）避免和减轻泄洪始流的冲刷；（3）提升闸下潮感河道抗冲能力，形成高效的面流消能。通常情况下，闸下抗冲最关键的便是下游的纯面流与淹没面流，免流的形成与水面深度、下游水位、单宽流量等多个因素存在较大联系，而这些因素又会对闸门的开启方式起到决定性作用。由此可见，对闸门开启方式进行调整，能够起到其他抗冲方式难以替代的效果。

2 口水电站泄洪闸门远方自动控制现状与存在问题

接力式液压启闭机经受了历年的启闭运行考验，表明该机型工作原理正确，总体布置方案可行，但运行中尚存在如下问题，导致远方自动控制无法正常运行：①受当时技术水平的限制，双吊点采用了开环同步纠偏系统，导致闸门启闭过程出现偏斜而损坏侧水封；②由于部分弧门面板上导轨表面平整度不够，存在换钩不可靠的隐患，启闭过程需要操作人员现场监视；③国产液压泵运行多年，容积效率低，闸门启闭速度比设计值降低较多；④油箱容积偏小，运行时油液温升偏高；⑤部分液压缸活塞杆存在镀铬层剥落现象。因此，需应用现有的技术及设计理念对设备进行有针对性的改造，以达到远方自动控制及提升运行安全可靠性的目的。

3 电厂闸门联动功能设计

3.1 闸门精细化调节

正常情况水位过高自动提门和事故情况下的应急提门有效地保障了大坝运行安全，为提高电厂经济运行，系统设置精细化调节功能，结合水库来水及机组负荷信息，提高水库运行水位在安全范围内。同时在保证电厂安全的前提下，尽量减少闸门启闭次数，延长闸门使用寿命。

3.2 正常情况下，水位过高自动提门

上游水位是闸门启闭的唯一条件，水位信号的准确性、稳定性至关重要。建设3个不同测量原理的水位计，单个水位信号经容错滤波处理后取10s内的平均值作为有效水位值，再经3取2计算作为程序计算水位。同时设置水位计之间偏差过大告警并自动退程序功能，有效地确保水位信号的准确、无误。电厂侧实时监视水库水位，设置警戒水位，当水位达到警戒水位时，程序发出告警信息自动联动泄洪警报系统（按电厂闸门调度规程提前30min），警示上下游泄洪区域人员撤离，在计算机监控系统上位机告警提示运行人员。当达到提门水位时，程序下发指令进行提门操作，期间运行人员可以干预终止预警、终止提门操作。

3.3 增加防脱轨导轮装置

为解决空载液压缸升降运行全程的平稳性，需设置防脱轨导轮装置。原设计利用弧门面板上的两片吊耳板作为导轮轨道，由于吊耳板切割端面未进行机械加工，作为导轮的两轨顶面存在高差，使得空载缸吊钩在运行时出现摇摆现象，严重时还会出现脱轨倾向。

4 集控中心闸门中长期调度功能设计

4.1 闸门启闭实施方案

系统以当前时段所处状态为前提条件，与集控侧水情水调通信获得未来24h内上游电厂的出库流量、以及经区间降雨产流计算得到的区间流量（若水情系统里存在24h计算时段入库流量，也可直接采用），以水量平衡方程为基础，以24h电厂控制水位为边界条件，以15min为间隔制定闸门启闭计划。

4.2 闸门水封喷淋装置控制

液压启闭机电控柜设有闸门水封喷淋润滑装置操作程序，开启或关闭闸门前应先开启喷淋装置，闸门开启或关闭到位，液压系统停机后，关闭喷淋装置，并具备自动与手动切换的开关[2]。

4.3 闸门启闭计划制定

闸门启闭计划原则：水库水位维持在安全的高水位，以当前时段电厂所处状态为决策前提，结合来水预报信息、既定负荷曲线，以电厂发电效益最大化为目标，遵守水库调度规程，制定24h闸门启闭计划。同时根据滚动更新变化的来水信息，按不同时长（1h、30min、15min等）对启停计划滚动调整，自动生成闸门启闭方案。在方案生成之后，可对方案按照闭环、开环两种方式，在集控模式下直接下发到电厂执行。

5 结语

水电站泄洪闸门远方集中控制是智能化电站建设的趋势。本文根据运行中存在问题，提出对应措施，以期设备通过升级改造能达到远方自动控制的运行方式。提高水能利用率，同时大大减轻现场劳动强度，真正意义上实现电厂夜间关门运行，充分适应“远程集控，无人值班”的要求，值得在全国同类型低水头电厂全面推广。