人字閘門正向水頭開門故障分析與對策研究

李樂新

（長江三峽通航管理局 湖北宜昌）

人字閘門是船閘工作閘門中常見的一種結構型式，廣泛應用在中、高水頭的船閘中。人字閘門只能承受單向水頭，應在靜水平壓條件下開啟和關閉。在船閘運行過程中，有時會出現控制系統在較大正向水頭時就發出開啟人字閘門指令的故障，導致人字閘門及其啟閉機運行負荷超出設計規定，影響人字閘門及其啟閉機的運行安全。本文對人字閘門開門觸發條件進行了解析，分析了可能引起正向水頭開啟人字閘門的故障原因，有針對性地提出了故障處理措施，達到降低故障率，控制故障危害的目的。

一、人字閘門開門觸發條件解析

人字閘門開啟運行是船閘運行工藝流程中的重要環節，在船閘充泄水過程末期，閘室水位與上游或下游水位齊平時，就需要開啟人字閘門，讓閘室內的船舶駛出閘室，完成船舶過閘流程。根據運行工藝的要求，在船閘控制系統設計時，就將輸水過程中閘室水位與上游或下游水位齊平信號（以下簡稱水平信號）作為發出開啟人字閘門指令的觸發條件，水平信號的產生一般有以下兩種檢測、判斷方法。

一是利用安裝在人字閘門門頭的合攏開關來間接判斷水平信號。合攏開關是用于檢測兩扇人字閘門在承受水壓時是否可靠合攏的專用開關，開關的本體和撞塊分別裝于兩扇人字閘門門頭。當人字閘門承受水頭時，受水壓作用兩扇閘門合攏，合攏開關發訊，控制系統產生閘門合攏信號，不產生水平信號。閘室充泄水末期，人字閘門承受水頭減小，兩扇閘門之間出現門縫，理想狀態下當人字閘門內外水位齊平時，合攏開關發訊終止，控制系統產生水平信號，不產生合攏信號。通俗的說，水平信號就是合攏非信號。合攏開關安裝示意圖見圖1。

圖1 合攏開關安裝示意圖

二是在閘室內和閘室上、下游分別安裝水位計，實時比較閘室內、外水位計的讀數，當兩者讀數的差值在設定的水平信號發訊門限范圍內時，控制系統產生水平信號，當兩者讀數的差值超出設定的水平信號終止門限范圍時，控制系統不產生水平信號。

二、人字閘門正向水頭開門故障原因分析

1.合攏開關誤發水平信號原因分析

兩扇閘門可靠合攏的判斷標準有兩個，一是兩扇閘門之間門縫消失，斜接柱支枕墊塊可靠貼死，二是兩扇閘門之間的錯位值在允許范圍內。由圖1可知，通過調整行程開關與撞塊之間的距離，可以控制合攏信號發訊時閘門門縫的大小。通過改變撞塊的寬度，可以控制合攏信號發信時閘門錯位的大小。當兩扇人字閘門之間的門縫和錯位增大時，合攏開關的感應面積便減少，直至無合攏信號產生，同時產生水平信號。

當兩扇閘門之間的門縫較大時，人字門基本不承受正向水頭，控制系統不產生合攏信號而產生水平信號，這個邏輯判斷是正確的。但是，當兩扇閘門之間的錯位較大時，人字門仍有可能承受正向水頭，此時控制系統不產生合攏信號的邏輯判斷是正確的，而產生水平信號的邏輯判斷就值得商榷了。

在船閘充泄水過程中，受閘門承受水頭、閘門結構應力、風浪等的影響，兩扇閘門之間的門縫和錯位也會發生變化。當兩扇閘門合攏后錯位較大時，合攏開關的有效感應區域較小，在充泄水過程中受門體震動或其它外力的影響就很可能造成合攏開關不發訊，從而在較大正向水頭時產生水平信號，引起正向水頭開門故障。

2.水位計誤發水平信號原因分析

當水位計的讀數與實際水位相符時，水位計產生水平信號時閘室內、外的水位實際上就是齊平的。當水位計受外界因素或自身性能變化的影響，出現讀數與實際水位不符的情況時，水位計產生水平信號時閘室內、外的水位實際上就會存在較大的正向或反向水頭。導致水位計讀數與實際水位不符的影響因素一般有4種情況。

（1）水位計的探頭上附著了水生物或其它異物，影響水位計的檢測精度。

（2）水位計的零點發生飄移，水位計讀數與實際水位值存在固定差值。

（3）水位計的性能下降，斜率在量程范圍內呈非線性變化，水位計讀數在閘室充泄水過程中無法正確反映閘室水位變化，在某些水位段水位計讀數與實際水位存在差值。

（4）水位計故障，讀數出現跳變。

三、人字閘門正向水頭開門故障處理對策

1.設置專用的行程開關檢測水平信號

利用合攏開關間接判斷水平信號，在兩扇人字閘門合攏后錯位較大時就容易出現誤發水平信號的情況，此時合攏非信號不能等同于水平信號。因此，考慮單獨設置專用的行程開關用于檢測水平信號（以下簡稱水平開關）。

水平開關的安裝方式與合攏開關相同，可與合攏開關在同一個開關裝置上分層安裝，但水平開關的撞塊寬度設計應遠大于行程開關的直徑，以消除人字門錯位對水平信號的影響，使水平信號的產生只與兩扇人字閘門的門縫相關，準確反映閘室水位是否與上、下游水位齊平。

2.在水平開關產生水平信號邏輯判斷中增加限定條件

當水平開關故障或調整不當時，控制系統也會產生錯誤的水平信號，引起正向水頭開門故障。為進一步控制正向水頭開門故障的頻次和危害，在行程開關產生水平信號的邏輯判斷中增加以下限定條件。

（1）增加水平開關故障判斷：在閘門處于合攏狀態時，如果水平開關產生了水平信號則報警提示，同時屏蔽掉水平開關產生的水平信號。

（2）增加水位限定條件：在水位計正常時設定水平開關產生的水平信號只有在人字閘門承受的正向水頭在30 cm（可調整）以內時才有效，減小正向水頭開門故障造成的危害。

3.優化水位計檢測判斷程序

相對于行程開關而言，水位計檢測精度更高、更能真實反映閘室內外水位是否齊平。為進一步防止誤信號的產生，應對水位計檢測判斷程序加以優化。

（1）增加多支水位計比較判斷。在檢測單支水位計故障的基礎上，增加閘室水位與上下游水位齊平時，閘室內外多支水位計讀數比較判斷程序，當水位計讀數相差超過30 cm（可調整）時，產生報警提示。

（2）增加水平預告限定。當閘室內外水位相差50 cm（可調整）時，產生水平預告信號，并做為產生水平信號的前提條件，減小水位計讀數跳變帶來的影響。

4.定期檢查維護行程開關和水位計

在采取以上技術手段的同時，還應定期對行程開關和水位計進行檢查、維護。

（1）每月兩次對人字閘門關閉后的門縫和錯位狀態進行檢查，調整關終行程開關位置，在氣候變化時加大檢查頻次。

（2）每月兩次對水位計進行檢查，調整水位計零點，使水位計讀數與實際水位相符。

（3）定期清洗水位計探頭，防止水生物附著引起水位計故障。

（4）定期檢測水位計斜率，及時更換性能下降的水位計。

四、結語

實際使用情況表明，通過采取以上故障處理對策，一年來，未再發生人字閘門正向水頭開門故障，船閘設備故障停機率降低，設備運行可靠性提高，保障了船閘運行的安全、高效、暢通。