水口水电站泄洪闸门远方自动控制研究

刘剑彬 福建水口发电集团有限公司

水口水电站溢洪道每孔设有一扇弧形工作闸门，采用液压启闭机操作，由于孔口尺寸比较大，所以启闭过程中存在问题，为了有效解决，研发出了接力式液压启闭机，实际运用效果比较好。泄洪闸门在开启或者关闭时需要人员进行远方自动控制，有利于提升工作效率，因此要加强技术研究，不断提高泄洪水平。

一、水口水电站泄洪闸门远方自动控制基本现状

水口水电站于1993 年建成并投入运营，对于泄洪闸门远方自动控制而言，主要采用接力式液压启闭机，在实际运行中取得了良好成效，但是依然存在一些问题，对远方自动控制工作产生不利影响。一是受到当时技术条件限制，双吊点采用开环同步纠偏系统，闸门在启闭过程中会发生偏斜，导致对侧水封造成损坏。二是有的弧门面板上导轨表面不够平整，换钩质量得不到保障，所以启闭时人员要进行监视。三是国产液压泵存在容积效率低、启闭速度不达标的问题。四是油箱容积有限，在运行过程中油温会快速升高。由此可见，目前水口水电站泄洪闸门远方自动控制问题较多，为了适应发展需求，要创新技术理念，对设备进行改造升级，优化远方自动控制效果[1]。

二、水口水电站泄洪闸门远方自动控制优化措施

（一）改进液压系统

方案一：每台启闭机配置5 套泵组，其中包括3 套高压泵组，保证向液压缸有杆腔供油，两用一备工作。2 套低压泵组，向液压缸无杆腔供油，一用一备工作。将闭环纠偏控制系统运用到双吊点同步偏差控制中去，每个吊点有2 套液压缸，保证有杆腔和无杆腔的独立供油，发挥出拉杆的作用，解决了原液压系统存在的问题，有效提高每个吊点2 缸反向运动的同步控制能力。

方案二：每个吊点的2 套液压缸无杆腔采用可控的串联方式，每台启闭机配置2 套泵组，向液压缸有杆腔供油，一用一备工作。方案二油源系统电动机功率配置相比较于方案一小，所以提升了整体经济效益。

优化内容。用闭环纠偏控制系统代替双吊点同步偏差控制，双吊点同步偏差信号主要取自闸门。在调试过程中结合具体情况对闸门启闭时的运行姿态作出适当调整，主要目的是减少对侧水封的损伤。

方案一：高压泵组与低压泵组分别控制提升缸和下降缸，改善系统对液压缸反向同步性能的控制效果。

方案二：每个吊点2 套液压缸无杆腔采用可控串联方式，空载缸双缸同步只需要在行程末端进行纠偏，启动闸门提升缸先动作，关闭闸门时下行缸先动作，有助于改善运行效果。

（二）设置闭环同步偏差控制功能及双吊点同步偏差检测装置

为了对闸门启闭运行姿态进行控制，要在系统中设置双比例调速阀并联二通调速阀的闭环同步偏差控制回路，控制有杆进、出油量，可以达到闸门启闭中双缸同步纠偏目的。

通过分析发现，液压缸和液压系统中存在内外泄露和液压管道液阻差的问题，是出现弧形双吊点不同步的主要原因。另外设备在运行中会产生偏差，对弧形闸门双吊点会产生一定影响。

为了消除过程中存在误差，采用2 套外置式双吊点同步偏差检测装置，安装在孔口闸墩两侧的墙上，传动钢丝绳与布置在闸门边梁后翼缘上的固定点连接。

（三）设置防脱轨导轮装置

通过设置防脱轨导轮装置，可以提升空载液压缸升降运行的平稳性。在传统设计理念下，受到技术条件限制，导轮的两轨顶面存在高差，在这种情况下，空载缸吊钩运行时无法保证稳定，甚至还会出现脱轨情况。

增加防脱轨导轮装置，可以保证空载液压缸升降运行过程中的稳定性。在吊钩与活塞杆吊头连接轴两端跨弧门面板上两条吊耳板各安装一个导向轮，将弧门面板作为导轮的滚动面，弧门面板非常平整，防止过程中出现摇摆问题。运行过程中控制好导轮和吊耳板之间的侧向限位高度，有效预防脱轨现象。

（四）改进液压缸行程检测装置

液压缸行程检测装置主要作用时检测空载缸行程偏差值信号，以及电液控制系统提供接力转换信号。根据实际情况出发，选择内置式行程检测装置，安装在拉杆结构端部，用绝对型光电编码器检测元件。

（五）提升电气同步技术

闸门同步控制。在闸门启闭过程中，全程中用行程检测装置检测弧形闸门左右两边的行程偏差，对偏差值进行分析，当大于20mm 时系统会自动调整，当偏差值小于10mm 时纠偏调整就会停止，如果两只液压缸行程偏差值大于30mm，液压系统会自动停机并且发出报警信号。

空载缸同步控制。液压缸行程检测装置检测闸门启闭全程中空载缸的行程偏差，偏差值大于8mm 时系统会自动调整，双缸行程偏差值小于5mm 时纠偏调节停止，偏差值大于20mm 时系统自动停机并且发出报警信号。在行程末端的非串联状态，空载缸的同步偏差要根据液压缸行程检测装置提供的偏差信号进行纠偏控制，可以满足双吊点翻钩工作的要求。

（六）电气控制设备的要求

远程监控。为了保证液压启闭机可以实现远方控制，要在电控柜内提前留有和计算机监控系统坝顶LCU 及其远程I/O 连接的开关量和模拟量输入输出接口，设置与监控系统的通信接口。

现地控制要求。控制柜内设置一套PLC 用来控制闸门，具有调节、数据处理和通信等功能，可以有效满足实际需求。结合泄洪闸门远方控制要求来看，微处理器要具有较强抗干扰性和节能的特点，字长至少为16 位。CPU 存储器要配置电池，保证数据的全面性和准确性，选择使用寿命较长的电池，电池出现问题时会发生报警信号，便于人员及时更换。PLC 模块发挥出自检作用，对硬件和软件进行监视。闸门开度检测装置要采用数据通讯方式与PLC 进行数据交换，对接口合理设置，保证满足现场总线的连接要求，必要时采用通讯协议转换器。

闸门水封喷淋装置控制。在液压启闭机电控柜中设置闸门水封喷淋润滑装置操作程序，在启闭闸门之前先要开启喷淋装置，闸门启闭完成后液压系统会停止，关闭喷淋装置，配有自动和手动切换的开关，方便工作人员来操作。

水口水电站泄洪闸门远方自动控制优化需要从不同方面入手去做，优化系统运行效果，保证实现远方自动控制目标，完善水口水电站泄洪系统。

三、结语

综上所述，水口水电站泄洪闸门远方自动控制研究具有重要现实意义，大大改善了实际运行效果。对目前泄洪闸门远方自动控制情况进行分析，找到其中的问题，在此基础上引入先进技术，不断创新远方自动控制模式，可以发挥出更大作用。提高水口水电站泄洪闸门远方自动控制的重视程度，保证地区经济可持续发展。