水口电站溢洪道弧门闭环纠偏同步调节

 水口电站溢洪道弧门闭环纠偏同步调节

控制系统应用

陈健

福建水口发电集团有限公司   350000

【摘要】水口电站12孔溢洪道泄洪弧形闸门从投入运行至今二十余年， 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较多问题，易出现偏差，使启门时间加长，降低泄洪效率，影响经济民生。基于此，本文溢洪道弧门双吊点运行中存在的问题进行分析，探讨其优化解决的方案。

【关键词】溢洪道弧门；闭环纠偏；同步

一、引言

水口电站溢洪道布置在闽江河床中部，共设有12个孔，每孔溢洪道安装一个可绕固定铰座转动泄洪弧形闸门。弧门宽15m，高22.3m，机架上悬铰着4只短行程主液压缸，每2只液压缸组成1对接力缸。弧门面板上对应于主液压缸装有4条导轨，导轨上每隔1各节距装有吊轴，主液压缸下端装有抓钩和副缸，主副缸交替抓持升降闸门，副缸完成抓脱钩。

溢洪道电气设备分为上位机和12个现地站，对应控制12个溢洪闸门。每个现地站包括有电气控制系统和闸门开度测量系统及油缸位置检测系统，分别由一套控制柜、两套动力柜（配备3台高压油泵电机和2台低压油泵电机）、闸门开度仪及油缸开度仪组成。可通过控制相应闸门而控制对应的泵组，启闭闸门。电气控制系统具有“远方控制”、“自动控制”、“手动控制”三种运行方式；可实现工作闸门的启闭全过程控制以及油泵组的自动启停控制，并实现故障报警、事故报警停机功能。

二、溢洪道弧门双吊点运行中存在的问题

受当时技术水平的限制，溢洪道弧门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。而分析原液压系统影响弧形闸门双吊点不同步的原因为：由于液压缸和液压系统存在的不可避免的内外泄漏和液压管道液阻差，造成两套持门缸的进出油量差异引起的行程偏差；对应4套主液压缸，弧门面板上设有4列导轨和吊耳板，共分7次交替接力完成闸门的启闭操作，各吊耳轴中心线之间的间距制造、安装误差引起两套持门缸的行程累计偏差。

由于原液压系统采用的为开环式双缸同步偏差控制回路，因此，上述偏差是无法消除的，导致闸门启闭过程出现偏斜而损坏侧水封；若在泄洪应急期间，闸门两侧开度偏差过大，会导致门体无法提升卡塞的情况，此时若想闸门恢复水平是一件非常困难的事，需要对门体较高一侧的持门缸的无杆腔进行排油，使门体下落，恢复水平；同时，门体偏差过大会导致左右两边的持门缸压力差过大，承受较高压力的油缸会应压力过大而导致拉杆机构损坏。因此需对原有的控制回路进行改造，采用新系统控制闸门启闭时的运行姿态，避免在启闭门过程中出现门体倾斜的情况，保障泄洪。

三、弧门闭环纠偏同步调节控制系统的应用

为有效解决上述制造、安装误差引起的累积偏差对闸门启闭运行姿态的影响，液压系统改造方案采用了全闭环纠偏同步偏差控制回路，并由2套闸门行程行程检测装置和4套油缸行程检测装置分别为持门液压缸和空载液压缸提供双缸同步偏差信号。两套闸门行程检测装置的输出信号可直接显示闸门启闭运行的姿态，并直接用作两套持门液压缸的同步偏差检测信号，实现闸门双吊点同步纠偏控制，两套空载液压缸同步偏差检测信号取自每套液压缸总成的内置式行程检测装置。

闸门的实时开度通过开度仪传出4-20mA的SSI信号至PLC的AI模块，经过CPU处理后，通过AO模块传输至VT放大板，放大板传输出对应的电压进而控制流量，控制闸门的启门或落门的速度，形成全闭环偏差控制回路。

闭环纠偏同步调节控制方案：（1）启闭时，当系统左右开度偏差值超过纠偏启动值3mm（此值可在触摸屏上设置），系统将自动调整比例流量阀激活同步调节功能，使闸门两侧偏差≦1mm，当系统左右开度偏差值超过超差值30mm或两侧压力值超过10Mpa（两个数值值均可在触摸屏上设置），系统自动停机保护，并声光报警。当两只液压缸的行程行程偏差超过纠偏启动值20mm时（此值可在触摸屏上设置），系统将自动调整比例流量阀激活同步调节功能，使油缸的偏差≦5mm，当两只油缸的行程偏差超过超差值100mm时，系统自动停机保护，并声光报警。（2）闸门在指定开度位置，若因系统泄漏使活塞下滑50mm或闸门两侧偏差值≧20mm时，控制系统自动启动工作泵站，提升闸门至下滑前位置或进行同步偏差纠偏使闸门两侧偏差值≦10mm，若60s（可调）内闸门未提升至下滑前位置或30s（可调）闸门两侧偏差值未达到10mm，声光报警，停泵检修。

四、实施效果检查

经系统调试，目前闸门可在自动控制状态下完成全开和全关操作，启闭速度满足设计要求，闸门运行平稳，同步状况良好，弧门两侧侧水封压缩量适中，已可以满足汛期弧门的正常泄洪要求。调试及优化的电气现地控制程序主要内容总结如下：

1、闭环纠偏同步调节电气运行程序参数修改整定

经过反复运行观察，电气运行程序的主要参数整定如下：

1)启门工况：上行持门缸走500mm＋持门缸压力≥3MPa后，空载缸开始下行。

2)闭门工况：持门缸下行至2000mm（认为空载钩已越过吊轴），空载缸开始上行。

3)闭门工况：持门缸下行至离底部350mm，停止。等待空钩上行持住闸门，且压力≥3MPa，（实际经常走到上极限），原持门钩继续下行到下极限。

2、双吊点液压缸压力均衡及闭门过程弧门与门槽的相对位置调试

经过反复试验，溢洪道1号孔液压启闭机闭门时，持门缸比例阀开口按下述整定，运行平稳，两缸压力接近，水封无明显挤压：

1)1/4缸持门闭门时，1缸比例阀初始开度62%，4缸69%；闸门同步纠偏启动值3，复归值1。

2)2/3缸持门闭门时，2缸比例阀初始开度58%，3缸56%，闸门同步纠偏启动值3，复归值1。

3）1/4缸持门启门时，1缸比例阀初始开度78%，4缸74%；闸门同步纠偏启动值3，复归值1。

4）2/3缸持门启门时，2缸比例阀初始开度80%，3缸77%，闸门同步纠偏启动值3，复归值1。

经调试与优化，溢洪道1号孔液压弧门启闭机动水启闭试验正常，各设备主要监视数据正常，弧门左右侧行程同步纠偏运行曲线保持一致性（如图1），实现了闸门双吊点同步纠偏控制的设计要求。

图1   溢洪道弧门左右行程运行曲线

（图1说明：图中蓝色曲线为弧门左侧行程数据，红色为弧门右侧行程数据，两条运行曲线吻合，弧门启闭保持同步。）

五、结语

综上所述，弧门闭环纠偏同步调节控制系统在水口电站溢洪道得到成功应用，实现了溢洪道闸门的同步纠偏控制，大大地提高了启闭门速度，提升了溢洪道泄洪效率，为闽江防汛筑起了坚实稳固的基石，确保了上下游人民群众的生命和财产安全，社会与经济效益显著。

参考文献

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