潘家口水庫主壩表孔閘門監(jiān)控系統(tǒng)故障處理

王再民，劉向東

（海委引灤工程管理局，河北 遷西 064309）

1 工程概況

潘家口水利樞紐位于河北省唐山和承德兩地區(qū)分界處的灤河干流上，是治理灤河的控制性工程，也是引灤工程的主要蓄水工程。主要任務(wù)為天津、唐山兩市及其下游工農(nóng)業(yè)供水，結(jié)合供水發(fā)電。該樞紐工程是目前華北最大的水利樞紐工程，工程等級一級。

主壩為混凝土低寬縫重力壩，共計56個壩段。其中，23～30號、33～44號壩段為溢流壩段，布置有18孔開敞式溢洪道，每孔設(shè)15 m×15 m弧形閘門；31，32號壩段為泄洪底孔壩段，布置有4個泄洪底孔，每孔設(shè)4 m×6 m弧形閘門。

為提高潘家口水利樞紐的現(xiàn)代科學(xué)管理水平，2003年安裝了潘家口主壩閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)，2004年4月正式投入運行，此后每年都進行防汛演習(xí)。

2 主壩閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)

潘家口主壩閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）由服務(wù)器監(jiān)控主機、交換機、現(xiàn)地控制單元（PLC）、手動控制箱、傳感器、UPS等組成。系統(tǒng)配置了一臺服務(wù)器作為系統(tǒng)與管理處局域網(wǎng)的接入服務(wù)器（同時兼作數(shù)據(jù)庫服務(wù)和WEB查詢服務(wù)）。

系統(tǒng)配置了2臺閘門監(jiān)控主機，其中一臺設(shè)于主壩中控室內(nèi)，系統(tǒng)的主要監(jiān)控對象包括18個表孔溢流閘門及3個底孔工作閘門。另1臺設(shè)在主壩觀測樓控制室內(nèi)，接入服務(wù)器和UPS也設(shè)在觀測樓控制室內(nèi)。

系統(tǒng)配置了4套卡軌工業(yè)交換機，其中3臺分別設(shè)在1～7號表孔閘門、8～18號表孔閘門以及3孔底孔工作門的現(xiàn)地監(jiān)控單元機柜內(nèi)，另1臺設(shè)在觀測樓。4臺卡軌工業(yè)交換機每臺帶有2個光端接口，通過光纖聯(lián)結(jié)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，保證了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的高可靠性，監(jiān)控主機、服務(wù)器均采用銅芯超五類雙絞線接入交換機。

系統(tǒng)配置了3套現(xiàn)地控制單元，分別實施對1～7號表孔閘門、8～18號表孔閘門以及3孔底孔工作門的監(jiān)控。每孔閘門配置了1臺手動控制箱，所有的輸入、輸出信號（包括傳感器），接在各自現(xiàn)地單元PLC的模塊內(nèi)。

系統(tǒng)在中控室中心站設(shè)置交流穩(wěn)壓電源，為現(xiàn)地控制單元（PLC）提供可靠的電源。同時每臺現(xiàn)地控制單元均設(shè)置1臺1 h的不間斷電源，以保證停電時系統(tǒng)的正常工作。

3 表孔閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

表孔閘門控制內(nèi)容主要是：潤滑水控制，翻板控制和閘門控制。分別通過1號和2號現(xiàn)地控制單元（PLC）進行控制。在主壩中控室啟動閘門監(jiān)控主機，打開系統(tǒng)操作界面，實施閘門自動控制工作流程：送電→開潤滑水→開翻板→開啟閘門→降落閘門→停止運行→關(guān)翻板→關(guān)潤滑水→斷電。

4 故障現(xiàn)象分析及解決措施

4.1 潤滑水系統(tǒng)

表孔弧形閘門為露頂式閘門，安裝于金屬軌道上，兩側(cè)安裝有水封橡皮，并在軌道上端架設(shè)潤滑水管路。在運行時為了防止閘門上的止水橡皮損壞，每次啟閉閘門前都要接通潤滑水，待金屬側(cè)軌充分潤滑后再操作閘門。如果潤滑水系統(tǒng)出現(xiàn)故障，閘門就無法啟閉。

1）故障現(xiàn)象。系統(tǒng)發(fā)出開通潤滑水指令，電磁輸水閥不動作；開通多孔潤滑水后，只在閘門一側(cè)有潤滑水流出，而且越遠離加壓泵情況越明顯。

2）原因分析。水中含泥沙多，會堵塞閥芯，致使電磁輸水閥不動作；管路太長，水壓不夠，潤滑水源取自主壩西側(cè)的300 m3水池，在高程202 m廊道31號壩段裝設(shè)了一臺型號為SG50-30的管道泵進行加壓，表孔跨越多個壩段，總長約為450 m，靠一臺加壓泵，所提供的水壓不足以應(yīng)付多孔潤滑；管路存在內(nèi)部銹蝕、堵塞等現(xiàn)象，主管路和分支管路有多處拐點，導(dǎo)致過流損失，使孔口兩側(cè)出水量不均，造成供水不暢。

3）解決辦法。在潤滑水的入口處加一層細細的過慮網(wǎng)，去除泥沙等顆粒較大的雜質(zhì)；加裝一臺加壓泵；對主管路和分支管路的內(nèi)部和外部進行清污、除銹、防腐，并將管路重新布置，使其保持一條直線，減少潤滑水的過流損失。

經(jīng)過處理，電磁閥動作正常，潤滑水流通暢，閘門啟閉靈活。

4.2 翻板系統(tǒng)

表孔弧形閘門為雙吊點式閘門，通過鋼絲繩把啟閉機和閘門連接，在啟閉機室留有鋼絲繩孔口，為了防止塵土和小動物進入室內(nèi)，也為了維護閘門的需要，在孔口處安裝了電動蓋板，即為翻板。運行時為了防止鋼絲繩碰到翻板而受損，在操作閘門前需先把翻板打開，在翻板沒有全開的情況下，不能操作閘門。

1）故障現(xiàn)象。運行時控制翻板的熱繼電器經(jīng)常自動斷開。

2）原因分析。熱繼電器額定電流偏小，翻板電機啟動時，瞬時電流較大，造成熱繼電器動作。

3）解決辦法。更換較大額定電流的熱繼電器。更換后，熱繼電器再沒有誤動作的情況。

4.3 閘門控制系統(tǒng)

閘門開啟或關(guān)閉時，在系統(tǒng)主操作界面，輸入閘門上升或下降高度值，即閘門開高值，閘門按指令開啟或關(guān)閉。

1）故障現(xiàn)象

a）主回路空氣開關(guān)合閘后，閘門按上一次的操作指令動作。例如：上一次是閘門關(guān)閉指令，本次是要開啟閘門，則本次主回路空氣開關(guān)合閘后，閘門執(zhí)行關(guān)閉指令，在系統(tǒng)主操作界面會顯示“閘門上升故障”。

b）閘門上一次開啟（或關(guān)閉）時輸入了閘門開高值，如果因某種原因閘門并沒有實際開啟（或關(guān)閉），那么這個閘門開啟（或關(guān)閉）的操作指令系統(tǒng)會自動保存；在本次閘門開啟（或關(guān)閉）時，系統(tǒng)自動按照上一次的閘門開高上升（或下降）。如果在系統(tǒng)主操作界面刪除上一次的閘門開高值，輸入新的閘門開高值，則閘門實際上升（或下降）的高度是兩次輸入值之和。

2）原因分析。這種現(xiàn)象為閘門的下一次開啟或關(guān)閉留下重大的安全隱患。這種情況表明：系統(tǒng)自動保存上一次操作指令，本次操作時以上一次操作指令為默認值，并予以執(zhí)行，這種情況同時也表明即使在系統(tǒng)主操作界面刪除上一次開高值，但系統(tǒng)主程序中并不能刪除上一次的指令，從而造成了開高累加。

3）處理辦法。在主程序中刪除自動保存上一次操作指令命令，上一次操作指令在適當(dāng)延時之后可自動清除并使系統(tǒng)復(fù)位。這樣，系統(tǒng)無論是在正常運行或日常維護中所執(zhí)行的操作指令，在系統(tǒng)復(fù)位后均不再存在，在下一次操作中重新輸入命令，可以避免這種故障。

4.4 系統(tǒng)顯示閘位與實際閘位不一致

閘門全關(guān)時，系統(tǒng)設(shè)置閘門位置下限值為－10 cm，即閘門鋼絲繩在松弛10 cm時，閘門關(guān)閉，但從外觀上看鋼絲繩是繃緊的。現(xiàn)地人工手動操作則沒有如此精確，從外觀上看鋼絲繩也是松弛的，即閘門關(guān)閉時，鋼絲繩有一定的富余量。

1）故障現(xiàn)象。現(xiàn)地人工手動操作閘門下降至全閉時，由于精確度降低，致使鋼絲繩的富余量較大，遠遠超過系統(tǒng)自動控制時的設(shè)置值10 cm；再次手動（或自動）開啟閘門時，電機轉(zhuǎn)動較長一段時間使鋼絲繩繃緊，閘門還沒有動作，而此時系統(tǒng)則顯示閘門已開啟，并顯示閘門開啟的高度。

2）原因分析。在閘門下降至全閉時，系統(tǒng)會按照下降至-10 cm來運行，即系統(tǒng)默認鋼絲繩富余量為10 cm，能滿足閘門再次開啟時的需要。實際運行中手動操作閘門關(guān)閉后，鋼絲繩的富余量遠遠大于10 cm。閘門再開啟時，系統(tǒng)認為短時間內(nèi)鋼絲繩已繃緊，閘門很快就處于開啟狀態(tài)，并開始采集閘位信息，實際上此時閘門還沒有動作，因此系統(tǒng)得到的閘位信息并不是實際閘位。

3）解決辦法。根據(jù)實際情況，重新設(shè)置閘門關(guān)閉時下限位置計量值，適當(dāng)增加取值范圍，將手動操作時的誤差充分考慮，使系統(tǒng)的顯示值與閘門實際閘位相符。

4.5 UPS電源故障

現(xiàn)地PLC機柜的供電，由機柜內(nèi)的2 kW的UPS提供，UPS配有蓄電池，在正常市電供電情況下，向蓄電池充電，在市電失電情況下，由蓄電池供電。潘家口主壩在通常情況下，由廠用電供電，電壓穩(wěn)定，特殊情況下，由壩上兩臺120 kW柴油發(fā)電機組供電。

1）故障現(xiàn)象。柴油發(fā)電機組供電時，3套現(xiàn)地PLC均失電，UPS也無法通過蓄電池向PLC供電，系統(tǒng)無法正常工作。

2）原因分析。UPS對市電的要求相對較高，柴油發(fā)電機組供電時，供電質(zhì)量較差，而2臺22 kW閘門啟閉電機的直接啟動，使線路上電壓驟降，致使UPS不能正常工作，同時使PLC失電，系統(tǒng)不能正常運行。

3）解決辦法。在廠用電供電的情況下，可以正常使用UPS，柴油發(fā)電機組供電時，將UPS從線路上拆除，消除UPS對系統(tǒng)的影響，使系統(tǒng)正常運行。

4.6 系統(tǒng)通訊故障

系統(tǒng)安裝4臺卡軌式工業(yè)交換機，每臺帶有2個光端接口，通過光纖聯(lián)結(jié)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，專網(wǎng)專用，以保證監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的高可靠性。

1）故障現(xiàn)象。在1號PLC通訊失敗的情況下，其余2臺PLC也無法通訊；2號或3號PLC通訊失敗，則其余2臺PLC可正常通訊。

2）原因分析。系統(tǒng)剛開始運行時使用3臺交換機，利用管理局的局域網(wǎng)進行連接，因為運行時通訊不穩(wěn)定，加裝了一臺交換機，組成環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)專網(wǎng)專用。運行中出現(xiàn)的這種故障可能是連接線路有誤，沒有形成實際的環(huán)網(wǎng)。

3）處理辦法。檢查通訊線路，確定線路是否有誤，修正線路，使其成為真正的環(huán)網(wǎng)，保證通訊暢通。

5 結(jié)語

從2004年潘家口主壩表孔閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)投入運行以來，系統(tǒng)雖然出現(xiàn)了各種各樣的故障，但總體運行基本正常，閘門啟閉靈活，開度準(zhǔn)確，大大提高了工程的自動化管理水平，為水利樞紐發(fā)揮其應(yīng)有的作用奠定了堅實的基礎(chǔ)。