官地水电站表孔闸门偏差报警原因分析与处理

刘晓丰，王 洵，吴文领，丁 楠，李洪生

(雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051)

官地水电站[1]地处四川省凉山彝族自治州西昌市及盐源县交界的雅砻江干流河段上，其上游和锦屏二级水电站的尾水相衔接，下游和二滩水电站的库首相衔接，是雅砻江下游水域建成投产的第三座水电站，电站装配有4台单机容量为600 MW[2]的混流式发电机组，总装机容量为2 400 MW，是国家“西电东送”的重点工程之一。

官地水电站的大坝为碾压混凝土重力坝，坝高为168 m[3]，其溢流坝段布置有5个净宽为15 m的溢流表孔，由大坝左岸至右岸方向依次编号为1号表孔至5号表孔。每个表孔的最大泄洪量为2 621.4 m3/s，其消能方式为底流消能。大坝表孔闸门泄洪系统的组成主要包括5个表孔、5套表孔工作闸门及其液压启闭系统、2扇公用的表孔检修闸门和坝顶单向门机。

官地水电站投运以来表孔闸门动水启落门过程中曾多次出现闸门偏差过大的现象，影响表孔闸门的自动控制操作，在电站主汛期防洪度汛期间，对闸门的远程调度可靠性带来一定的安全隐患。

1 表孔闸门偏差过大现象

2018年4月，官地水电站进行1、5号表孔工作闸门动水启落门试验，当监控系统发令关闭1、5号表孔后，监控系统报“11LCU 5号表孔装置故障动作”、“11LCU闸门偏差过大(5号表孔闸门MB+通讯)动作”信号。

现地检查5号表孔闸门油泵停止，闸门关闭失败。检查5号表孔闸门左缸开度传感器显示数值异常。其中左缸行程为216 mm，右缸行程为207 mm，左右缸偏差9 mm。闸门装置故障灯点亮，报警信号无法复归。

2 表孔闸门偏差过大原因分析

5号表孔闸门动水启落门试验中发生故障报警后，现场对5号表孔闸门左、右缸开度信号传输回路及闸门控制回路接线进行了检查测量，检查结果接线正确牢靠，回路电阻测试均正常。现场进行机械手动启落门试验，通过查询5号表孔闸门落门开度数据发现，落门过程中左缸开度值并非一直连贯减小，存在开度值突然增大的反向跳变现象，右缸开度变化连贯减少正常。由于左缸开度的反向跳变，导致左右缸偏差突然增大，最大达到15 mm，从而引起闸门自动纠偏程序动作，造成闸门略微偏斜，闸门控制系统工作异常。

在控制盘柜端子排上对闸门左、右缸开度信号接线进行了调换，调换后进行机械手动启落门试验时，发现此时闸门左缸开度变化连贯正常，闸门右缸开度变化不连贯，出现开度值反向跳变现象。由此分析造成表孔闸门偏差过大可能有三个方面原因：左缸开度传感器自身故障、左缸开度传感器信号电缆电磁干扰或控制电缆绝缘降低、开度传感器与活塞杆之间的安装间隙差异。

2.1 开度传感器自身故障分析

官地水电站表孔闸门采用德国力士乐陶瓷活塞杆及力士乐CIMS MK Ⅳ型开度传感器，开度传感器为增量式编码器，通过感应陶瓷活塞杆陶瓷覆盖层下部测齿的排列来输出相应的电平信号。传感器信号格式为RS-422格式，可以获得四组正弦波相差90度相位差，在A、B两相上反向叠加A-和B-信号可增强稳定信号输出。给出的A和B为两路具有一定相位差的方波信号，通过比较A相在前还是B相在前，来判别编码器的正转与反转[4]，波形图如图1所示。当A信号超前于B信号时为加计数，闸门开度值变大，当A信号落后于B信号时为减计数，闸门开度值减少，计数的快慢取决于波形的频率。

图1 闸门开度传感器信号波形图

现场对5号表孔闸门左、右缸开度传感器进行互换，进行机械手动启落门试验至0.5 m检查，发现闸门开度数据出现反向跳变情况。开度数据正常时左缸和右缸的传感器波形如图2所示，左缸测量数据出现反向跳变情况时的波形图如图3所示。波形图中的1、2、3、4信号曲线分别为左缸传感器的A(黄色)、B(蓝色)和右缸传感器的A(紫色)、B(绿色)信号曲线。

图2 左缸和右缸传感器数据正常时的波形照片

图3 左缸传感器数据反向跳变时的波形照片

试验结果表明，即使左缸及右缸开度传感器交换安装，右缸开度变化稳定，左缸开度仍然出现反向跳变现象，可以判断左缸开度传感器工作正常稳定，出现开度反向跳变的现象与传感器自身没有直接关系。

2.2 传感器信号电缆电磁干扰或控制电缆绝缘降低分析

力士乐CIMS MK Ⅳ型开度传感器RS-422信号传输线一般使用纽绞双线，此种电缆具有宽广的抗干扰范围[5]。通过对左缸开度传感器电缆绝缘检查及左缸开度传感器正常、异常工况时的波形分析，波形均无明显的毛刺现象，可以排除传感器信号电缆受到电磁干扰导致工作异常的情况。

对传感器进行拆解检查，并测试传感器电缆的2根电源芯线和4根信号芯线的绝缘，各芯线间及各芯线与地线间绝缘良好，未出现绝缘降低及接地等现象，因此可以排除传感器控制电缆芯线绝缘降低导致工作异常的情况。

2.3 开度传感器与活塞杆之间的安装间隙分析

通过对开度传感器与活塞杆之间的安装间隙进行检查测量，测量示意图如图4所示。

图4 传感器间隙测量示意图

通过测量数据计算得出，左缸开度传感器与活塞杆的间距为0.42 mm，右缸开度传感器与活塞杆的间距为3.56 mm。通过手握开度传感器在5号表孔闸门左侧活塞杆上进行滑动试验，发现间隙在5 mm以内时，开度传感器的测量数据比较稳定。测量数据如表1所示。

表1 传感器间隙测量数据表 mm

通过对左右缸的开度传感器与活塞杆间的测量计算数据分析，左缸开度传感器安装位置与活塞杆距离较近。而右缸开度传感器在间隙为3.56 mm情况下工作良好，由此分析表孔闸门偏差过大可能原因为左缸开度传感器离活塞杆距离较近，导致左缸开度传感器工作不稳定。

3 表孔闸门偏差过大报警处理

3.1 处理措施

通过前述分析，鉴于闸门右缸开度传感器在间隙为3.56 mm情况下工作良好，通过采取在左缸开度传感器与安装基座间增加厚度为3 mm的橡胶垫片的处理措施，使左缸开度传感器头与活塞杆之间的间隙增加至约3.42 mm，接近右缸开度传感器与活塞杆间隙值。左缸开度传感器在活塞缸上安装位置及安装基座内加装橡胶垫片位置如图5所示，其中右上方图中安装基座处红色箭头指示区域为垫片安装位置。

图5 传感器在活塞缸安装位置及加装垫片位置照片

3.2 处理效果

左缸开度传感器采用加装垫片的处理措施后，#5表孔闸门经过0.5 m开度的8次机械手动方式无水启落门试验和7次自动方式下无水启落门试验，闸门开度均正常，左缸开度传感器工作稳定，变化连贯。增加间隙后，左缸开度传感器波形频率恢复至正常状态，与右缸开度传感器波形频率保持一致。左、右缸开度计数量基本一致，未再出现左缸开度值反向跳变现象，由此确定造成闸门左缸开度传感器工作不稳定的原因是开度传感器与活塞杆之间的安装间隙较小所致。

4 结 语

本文围绕官地水电站表孔闸门开度传感器的工作特性，并结合传感器安装位置的测量数据，分析出可能导致表孔闸门偏差过大报警的原因，最终确定为左缸开度传感器与活塞杆之间的安装间隙较小所致。通过在左缸开度传感器与活塞缸基座间加装垫片的处理措施，有效解决了表孔闸门偏差过大报警的问题。最后经过现场闸门启闭操作试验验证，有明显的改善效果。文中的分析处理方法，对于同类型水电站处理泄洪闸门开度偏差类似问题具有一定的借鉴和参考意义。