電氣自動化閘門在水電站中的運用

劉書奇

摘 要：當今社會，網絡計算機技術和自動化技術的快速發展，使得自動化技術也進入了一個快速發展的時代。面對水電站管理水平要求的不斷提高，將自動化技術應用到水電站閘門的設計中成為了水電站今后重要的建設方向。該文介紹了電氣自動化閘門的組成結構以及其在水電站中的應用，并對今后水電站自動化技術的發展做出了展望。

關鍵詞：電氣自動化 ?自動化閘門 ?水電站

中圖分類號：TM622 ? ?文獻標識碼： A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0071-01

1 自動化閘門結構設計

1.1 閘門梁系設計

多數自動化閘門的梁系都采用多主橫梁同層結構布置，除了底部主梁之外，閘門的上部主梁的荷載都要均等分布，主梁的截面也要盡量相同，這樣可以方便施工。底部主梁的類型選用雙腹板箱型，為了配合閘門底檻下游側存在的偏角，同時還能減少門底底部主梁以下部分懸伸長度、滿足底部主梁到底止水的距離符合地緣布置的要求，以減小底部主梁的荷載，所以應設計一個合理的下游傾角和底部主梁與底檻的夾角。

在計算主梁荷載時可以采用相鄰間距和之半法、力矩法以及連續梁法等等，前兩種方法雖然比較常用，但是并沒有涉及到縱梁對主梁的約束作用，只考慮到了水壓力的作用。目前多數的閘門，由于構造方面的原因，縱梁需要與主梁的高度一致，作為一個超靜定的計算問題，在對主梁閘門的荷載進行計算時，要考慮到在經過主梁的分隔后，縱梁的跨度是十分小的，同時相對于縱梁來說，主梁的剛度相對較小。在之前的閘門設計中，由于要對連續梁內力進行多次超靜定的計算，整個計算過程過于繁瑣復雜，所以一般都會采用相鄰間距和之半法和力矩法兩種。這兩種方法在進行計算時會有較大的誤差，如果將閘門設計成多節來配合假定的體系，在設計和制造的過程中又過于復雜，這將會對閘門的整體剛度造成嚴重的影響，避振的效果就會大大削弱。

如今，隨著計算機技術的快速發展，計算機和一些工程軟件的應用也越來越廣泛，對于連續梁內力的多次超靜定的計算已經變得非常快速和簡單。因此，連續梁法更適合在今天來計算主梁的荷載。在采用連續梁法計算主梁的荷載時，以閘門的傳力特點來分析，將縱向單位寬度面板作為支撐于主梁上的連續梁，更能接近于主梁結構的實際受力情況。然后利用計算機和相關工程軟件進行計算即可得到每個主梁的支反力，也就是主梁所承載的單寬荷載，然后將計算結果相加即可得到主梁荷載。計算出結果后，按照受均布荷載的簡支梁進行主梁結構的設計。這種方法得到的計算誤差非常小，還不需要將閘門進行分支設計，在進行設計時比較簡單，設計起來效率就會比較高，同時這樣的設計閘門結構比較簡單，整體的剛度還得到了加強，使得閘門的避振效果大為改善。

1.2 閘門主支撐設計

如今，隨著新技術的不斷發展，各種新材料也在不斷地出現并被運用到閘門主支撐的設計材料中來，為了方便布置，已經產生了水工專用的關節軸承。以后置式帶輪架線接觸簡支輪為例，主輪軸采用的是自潤滑關節軸承可以確保滾輪的線接觸性，保證了大跨度、高輪壓的主支撐輪的設置。主輪的支座采用的是偏心軸套，可以克服傳統偏心軸所造成的密封偏心問題。主輪按照近似等荷載布置，可以充分利用材料，然后利用計算機和相關的工程軟件進行計算即可得到每個主輪的支反力，也就是主輪所承受的荷載。

2 閘門在工程運行中的運用研究

2.1 閘門結構振動特性研究

對閘門結構振動的研究內容包括振型、質量、剛度、阻尼參數、固有頻率等等。在結構體型確定的情況下，閘門結構的固有特性也是確定的，閘門結構是否會發生劇烈的振動與這些特性具有很大的聯系，在實際的工程運行中要密切關注閘門出現較大振動的工況。

2.2 閘門水彈性振動研究

在閘門運行的過程中，閘門的結構會在水的動力作用下產生振動。所以，要對閘門在振動時的加速度、動位移以及動應力等參數進行精確的測取，并且研究在不同運行水位和不同的開度條件下閘門的振動特性是否相同，從而尋找閘門振動的原因，并研究減振的措施。

2.3 閘門水動力荷載研究

水流荷載和閘門結構動力特性的不利組合是閘門在運行過程中出現強烈振動的根本原因，尤其是二者發生共振的情況下，閘門的振動產生的危害更為嚴重。所以要對閘門發生振動的外部因素尤其是水動力荷載對閘門的作用進行深入的研究。

3 水電站自動化建設的展望

隨著自動化技術的飛速發展，同時對于水電站管理水平要求的不斷提高，今后自動化技術在水電站中的應用也將不斷地深入。

3.1 水電站無人值班技術的推進

無人值班技術是水電站自動化水平運用的重要標志。無人值班技術除了要將高性能的控制元件和自動化元件應用到水電站中之外，還要提高無人值班技術的可靠性，比如采用智能控制回路和先進的智能傳感器等等，以達到簡化復雜環節的目的。

3.2 數字化技術生產數據平臺的構建

如今，網絡計算機技術和信息技術在水電站建設中的應用越來越廣，包括監控系統、分析系統、消防系統、生產管理系統等在內的各個系統都開始采用智能設備。針對水電站設備數據信息量龐大、數據采集頻率高等特點，今后水電站應構建數字化技術生產數據平臺，加強大型通用實時數據庫基礎軟件的應用。

4 結語

水電站電閘電氣自動化的實現，加強了水電站的科學管理水平，對于水電站正常的工作指導和事故處理操作指導具有很大的顯示意義。電氣自動化電閘既解決了以往水電站在水庫蓄水、泄洪以及水電站發電等方面的難題，而且還增加了水電站運行和工作的安全可靠性，為社會和經濟帶來了巨大的效益。

參考文獻

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