大型弧门液压启闭机若干运行问题分析及处理

2020-04-28王郧中

水电站机电技术 2020年3期

陆明，谢林，王郧中

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都610051）

0 前言

某大型坝后式水电站泄洪闸部位设有7孔大型露顶双吊点弧形闸门，每孔泄洪闸泵房内布置了1套液压泵站用以操作容量2×4 000 kN液压油缸实现启闭闸门。该电站的水库属于日调节型水库，运行人员操作时间紧迫，对液压启闭控制系统自动化可靠性要求高。每年汛期时，7孔弧形闸门启闭次数达2 000余次，在频繁启闭过程中，液压启闭系统曾发生了一系列问题，现场检修维护人员仔细分析故障现象，查明故障原因并采取了有效地处理措施，保证弧门正常启闭。本文对液压启闭故障分析及处理经验进行了总结，为后续液压启闭机运行维护管理提供借鉴经验。

1 液压启闭机设计结构及系统原理

1.1 液压启闭机系统结构

该水电站弧门液压启闭机系统主要由电控系统、油泵电机组、回油箱、控制阀组、缸旁阀组、油缸总成、行程检测装置、系统保护与报警装置以及液压管路等组成。液压泵站设两台油泵电机组，启门系统压力定值为21.5 MPa，闭门系统压力定值为9 MPa，启闭门速度均约为0.4 m/min（可调）。电控制系统由1台控制柜组成，具有“远方”“自动”“手动”3种控制方式，可现地操作，也可在电站中控室实现闸门启闭全过程控制，并具有故障报警、事故报警停机功能。液压系统采用2FRE16型电液比例调速阀对液压缸进行同步性控制，超差停机定值为15 mm。

1.2 液压原理

启门过程：空载启动2台油泵电机组，延时10 s，电磁阀（DT1、DT3、DT5）、电液比例调速阀（BT1、BT2）同时通电，压力油经方向插件（31.2）分两路经电液比例调速阀（46.1、46.2）后进入左右液压缸有杆腔，液压缸无杆腔油液经溢流阀插件（25.3）、回油过滤器（14）流回油箱。

闭门过程：空载启动1台油泵电机组，延时10 s左右，电磁阀（DT1、DT2、DT4）、电液比例调速阀（BT1、BT2）同时通电，一路压力油经方向插件（31.1）、节流阀（36）打开左右液压缸液控单向阀（52.1、52.2）后，液压缸有杆腔内油液分别经电液比例调速阀（46.1、46.2）后经溢流插件（25.2）流向无杆腔，另一路压力油经方向插件（31.1）、顺序阀（33）流入无杆腔，不足的无杆腔油液则通过单向阀（10）从油箱补油。

闸门纠偏控制：在闸门启闭过程中，闸门开度及行程控制装置全程连续检测两只液压缸的行程偏差，左右液压缸电液比例调速阀开度设定值均为（45%），右液压缸比例调速阀保持开度恒定，不参与动作纠偏，当两侧油缸行程偏差值≥3 mm时，PLC模块改变左液压缸电液比例调速阀（46.2）的输入电量值进而调整左液压缸有杆腔油量，达到纠偏效果。图1为液压原理图。

图1 泄洪闸液压启闭机原理图

2 液压启闭系统故障及分析处理措施

（1）闸门在操作过程中，控制系统报超差故障，异步停机，发生两次不同原因的相同故障。

分析及处理：第1次检查闸门左侧油缸开度2 440 mm、右缸2 476 mm，两缸偏差36 mm（超差停机定值15 mm），闸门实际位置明显左侧低于右侧，判断油缸开度传感器正常，通过人工手动调整闸门两侧开度一致，再次进行自动落门过程中，左侧比例调速阀开口一直进行关小纠偏动作，最终闸门无法纠正过来，导致超差报警。测试左、右侧比例调速阀反馈值正常，检查地沟盖板发现左侧油缸有杆腔一个油管路接头存在大量跑油，管路接头的分半式法兰螺栓松动，O型圈被挤出，更换同型号密封圈后，闸门启闭正常。由于流域汛期闸门操作十分频繁，管路接头紧固件频繁承受油流冲击振动后易松动，后期安排了维护人员定期对所有液压管路接头进行检查紧固。

第2次按照第1次方法，人为调整闸门至正常状态后，再次进行落门时，左侧油缸开度未动作，右侧动作正常，闸门再次发生超差。经检查，左缸比例调速阀线圈发热严重，反馈信号异常，阀体电磁铁及反馈单元的阀芯在全关位置卡死，PLC模块无论对其增大或减小开度指令，阀体实际一直处于全关位置，更换阀组后，闸门运行正常。阀组卡死主要原因是油液不干净，定期更换回油过滤器滤芯以及对回油箱内的油液进行过滤，并按照每2年1次频率清扫回油箱，以保证油液满足运行要求。

（2）某闸门执行全关操作结束，闸门全关后，油泵电机组未停运。

分析及处理：闸门实际已全关，但是控制系统显示左右开度均为6 mm，现地对开度重新置零后全关信号到达，油泵电机组停止运行。鉴于控制系统中设置的5 mm的全关判断值较为苛刻，优化落门控制逻辑，将闸门全关判定值5 mm改为10 mm，同时在PLC全关判断输出点中添加10 s延时，既保证了闸门能全关又实现了油泵电机组及时停运。

（3）电站中控室远方发启门令后，某闸门开至中间某个开度后（尚未达到设定目标开度值），油泵电机组自动停止操作，监控系统及现地检查无任何报警信号，再次发启门操作令后，正常启门至设定目标开度值。

分析及处理：现场检查未发现接线有错误的地方，检查设备未有任何异常，检查远方启门程序条件有：系统在“远控”方式（%I0.3.1.0）、远方停门令未开入（%I0.3.22.0）、未到达工作位（%M102）、未发生综合故障（ZGZ2）、未开出闭门信号（%M121）、未到全开（%M100）、系统变量未动作（%M0），发现程序中有两个条件未在触摸屏上做事件记录，有两个虽有事件记录，但其在程序中没有加延时保持，存在瞬间动作而触摸屏未能捕捉到的情况。通过增加远方启门流程监视程序后，捕捉到故障点为“闸门全开（新增监视）”信号，该信号由“上限位开关动作”和“左/右侧开度大于全开定值”开出，将上限位开关防抖时间由30 ms增加至1 s，并将全开判据修改为左右侧开度均大于全开定值，彻底解决了此问题。

（4）启门操作时，报“启门压力异常”，“系统超压动作”，闸门未动作。

分析及处理：检查发现启门过程中报出系统超压报警是由于提门溢流阀的整定值为22.5 MPa，压力开关整定值为24 MPa,两者比较接近，提门时溢流阀的定值存在轻微漂移，导致压力开关动作。通过降低溢流闸整定值（由22.5 MPa改为21.5 MPa），启闭机运行正常。在定期工作中，模拟正常启门流程工况，每年对溢流阀定值进行校验，并标记位置。

（5）偶发性的在启门到位瞬间，一侧油缸突然下滑，系统报超差故障，异步停机。

分析：通过现场大量启闭试验，分析得出启门到位后一侧油缸瞬间下滑主要有两种原因，①控制系统逻辑不合理，致使比例调速阀截断油流承担了液控单向阀锁定油缸下腔油液的功能，这样使得液控单向阀背后存在压力不能可靠关闭，闸门启门正常停止后，管路中仍然存在13～14 MPa的压力。②启门过程中，由于电磁阀采用的是滑阀结构，这样提门时系统油液将慢慢渗入控制油管，控制油管内压力值6～7 MPa，致使在启门到位后，控制油管内压力值无法很快撤除，液控单向阀被打开，油缸出现突然下滑。

处理：①对启门到位后的停门逻辑进行修改,将比例调速阀BT1、BT2延后动作，以保证停门时依靠液压锁截断油流。原控制逻辑“闸门启门到位后（两边开度都大于目标值），BT1、BT2、DT1失电,同时DT2得电，延时2 s后DT3、DT5失电，再延时3 s后DT2失电，油泵在DT1失电后5 s停止”修改为“闸门启门到位后（两边开度都大于目标值），DT1失电、DT2得电，再延时2.5 s后DT3、DT5、BT1、BT2失电，再延时2 s后DT2失电，油泵在DT2得电后5 s停止”。②在控制油路上额外增设一根泄油管，启门时能够实现排除控制油路内串入的液压油。