論黃金坪水電站溢洪道弧門控制

趙 俊 濤

(四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川.甘孜　626001)

?

論黃金坪水電站溢洪道弧門控制

趙 俊 濤

(四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川.甘孜626001)

摘要：論述了黃金坪水電站溢洪道弧門開(kāi)啟、關(guān)閉、弧門同步、弧門自動(dòng)復(fù)位控制等功能，通過(guò)與傳統(tǒng)弧門控制對(duì)比，突出了黃金坪水電站溢洪道弧門控制的優(yōu)越性，具有重要意義及推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：弧門；開(kāi)度；活塞桿；黃金坪水電站

1概述

黃金坪水電站位于甘孜藏族自治州康定市黃金坪鄉(xiāng)境內(nèi)，為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦二十二級(jí)方案中的第十一級(jí)電站，上游接長(zhǎng)河壩水電站，下游接瀘定水電站。電站總裝機(jī)容量為850 MW，采用左岸大廠房、右岸小廠房?jī)蓚€(gè)地下廠房開(kāi)發(fā)的布置方式，其中左岸大廠房總裝機(jī)容量為800 MW，從水庫(kù)左岸引水發(fā)電，多年平均年發(fā)電量35億 kW·h，年利用小時(shí)數(shù)為4 370 h，主要任務(wù)為發(fā)電；右岸小廠房總裝機(jī)容量為50 MW，從水庫(kù)右岸引水發(fā)電，多年平均年發(fā)電量3.61 億 kW·h，年利用小時(shí)數(shù)為7 220 h，主要任務(wù)為承擔(dān)電站脫水段環(huán)保供水。

溢洪道位于大壩的左岸，共3孔，每孔設(shè)工作弧門一扇，工作弧門前設(shè)有檢修弧門門槽，3孔共用一扇檢修弧門門葉。工作弧門孔口尺寸為13 m×15.85 m-15.35 m(孔口寬度×孔口高度-設(shè)計(jì)水頭，下同)，底坎高程為1 460.65 m，弧門按正常蓄水位高程1 476 m設(shè)計(jì)。門型為露頂弧形弧門，采用主橫梁、斜支臂的框架型式，支鉸采用自潤(rùn)滑球面滑動(dòng)軸承支承。支鉸布置在底坎以上8.5 m處，支鉸高程為1 469.15 m，面板弧面半徑為18 m。弧門為動(dòng)水啟閉，可局部開(kāi)啟。每孔弧門由一臺(tái)容量為2×1 600 kN的懸掛后拉式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。

2弧門的主要技術(shù)參數(shù)、組成與結(jié)構(gòu)

2.1弧門的主要技術(shù)參數(shù)

(1)型式后拉式(油缸上支承)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)

(2)額定啟門力2×1 600 kN

(3)工作行程6.891 m

(4)最大行程7.19 m

(5)油缸內(nèi)徑400 mm

(6)油缸壁厚≥40 mm

(7)活塞桿桿徑220 mm

(8)上鉸點(diǎn)到下鉸點(diǎn)距離最小9.5 m，最大16.391 m

(9)啟門速度(活塞速度)0.7/0.35 m/min左右(雙速)

(10)閉門速度(活塞速度)0.7 m/min左右(可調(diào))

(11)吊點(diǎn)間距12 m。

2.2弧門的組成與結(jié)構(gòu)

2.2.1啟閉機(jī)的組成

黃金坪水電站溢洪道每個(gè)弧門配置一臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，每臺(tái)啟閉機(jī)的組成包括：油缸、支鉸座、行程檢測(cè)及限位裝置、與弧門的連接軸、液壓泵站、液壓管路系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。

2.2.2啟閉機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

(1)溢洪道共設(shè)三臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，每臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)置一套油泵站。

(2)油缸支鉸座用二期混凝土固定在工作弧門兩側(cè)的閘墩內(nèi)。

(3)油缸上端與支座鉸接，油缸沿水流方向擺動(dòng)，支承鉸處采用知名品牌的自潤(rùn)滑球面滑動(dòng)軸承。

(4)活塞桿下端設(shè)有吊頭及吊頭軸，與弧門吊耳相連，吊頭的支承采用知名品牌的自潤(rùn)滑球面滑動(dòng)軸承。

(5)活塞桿采用陶瓷活塞桿。

(6)行程檢測(cè)采用非接觸式掃描檢測(cè)行程裝置,檢測(cè)精度≤1 mm，具有模擬和數(shù)字兩種輸出模式，防護(hù)等級(jí)為IP68。

(7)在油缸擺動(dòng)的工作平面內(nèi)，油缸的擺動(dòng)范圍滿足弧門啟閉全過(guò)程的要求。

(8)為保證在特殊情況下啟閉機(jī)在失去主供電源和外來(lái)備用電源的情況下仍能開(kāi)啟弧門，三臺(tái)溢流壩液壓?jiǎn)㈤]機(jī)均設(shè)一臺(tái)移動(dòng)泵站。移動(dòng)泵站啟門速度為0.07 m/min左右，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、攜帶方便、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。各液壓泵站均留有與移動(dòng)泵站連接的快速接頭。

3運(yùn)行與操作

(1)每一套液壓泵站設(shè)兩臺(tái)手動(dòng)變量油泵-電動(dòng)機(jī)組。正常工作時(shí)，兩組油泵-電機(jī)組同時(shí)投入工作，啟閉速度為額定值；當(dāng)一套油泵-電動(dòng)機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，另一套仍然可以投入工作，但啟閉速度為額定值的一半。該油泵站同時(shí)設(shè)一臺(tái)移動(dòng)泵站，以保證在特殊情況下啟閉機(jī)失去主供電源和外來(lái)備用電源后仍能開(kāi)啟弧門。

(2)關(guān)閉弧門時(shí)，油泵-電動(dòng)機(jī)組啟動(dòng)，壓力油打開(kāi)下腔油路閉鎖塊，弧門依靠自重下降。

(3)該機(jī)設(shè)置有上、下極限限位開(kāi)關(guān)并能自動(dòng)切斷油泵-電動(dòng)機(jī)組電源。 如弧門需要在某一開(kāi)度位置停留，操作前，可在位置控制裝置預(yù)置開(kāi)度值，當(dāng)弧門到達(dá)預(yù)置開(kāi)度時(shí)，自動(dòng)切斷油泵-電動(dòng)機(jī)組電源，下腔油路閉鎖塊投入工作。

(4)由于液壓系統(tǒng)的泄漏，要求將弧門下滑的速率控制在48 h內(nèi)下滑量不大于200 mm。

(5)弧門在全開(kāi)或局開(kāi)位置下滑達(dá)150 mm且兩缸行程偏差小于20 mm時(shí)，主用油泵-電動(dòng)機(jī)組自動(dòng)投入運(yùn)行，將弧門提升恢復(fù)原位。如果油泵-電動(dòng)機(jī)組未投入運(yùn)行、繼續(xù)下滑50 mm時(shí)，將自動(dòng)接通備用油泵-電動(dòng)機(jī)組，將弧門提升恢復(fù)原位。此時(shí)，PLC自動(dòng)向集控室及機(jī)旁發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

(6)弧門在啟閉過(guò)程中，行程指示及位置控制裝置全程連續(xù)檢測(cè)兩只液壓缸的行程偏差，當(dāng)偏差值大于10 mm時(shí)將自動(dòng)糾偏；當(dāng)偏差值大于20 mm時(shí)，自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

(7)電氣控制為三種方式:即遠(yuǎn)控、現(xiàn)地、檢修三種模式，且三種模式相互閉鎖。

4活塞桿與開(kāi)度檢測(cè)裝置

過(guò)去經(jīng)常采用的傳統(tǒng)內(nèi)置式行程檢測(cè)手段有兩種：一種是鋼絲繩形式，另一種為磁感式，它們均存在一定的局限性和缺陷。鋼絲繩內(nèi)置式行程檢測(cè)裝置是將旋轉(zhuǎn)編碼器與恒力彈簧機(jī)構(gòu)組合成一種能安裝于液壓缸上蓋頂部的裝置，帶動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩通過(guò)連接螺釘與活塞桿頭部連接，隨活塞桿的伸出與縮回而帶動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn)，從而檢測(cè)出油缸的行程。由于鋼絲繩易繞曲而造成測(cè)值偏差且故障率高，穩(wěn)定性差，其應(yīng)用范圍較為有限；磁感式線性位移傳感器由于受到長(zhǎng)度的限制，無(wú)法滿足某些液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的行程檢測(cè)要求，而且當(dāng)液壓缸的布置形式為傾斜或水平時(shí)，傳感器就會(huì)產(chǎn)生一定的自由撓度，從而直接影響到行程檢測(cè)的精度；另外，其必須且只能安裝于液壓缸上蓋頂部，活塞桿中間也必須留有用于安裝線性位移傳感器的長(zhǎng)孔。鑒于以上因素，磁感式線性位移傳感器的應(yīng)用范圍也較為有限。上述兩種內(nèi)置式行程檢測(cè)裝置不但外形較大、必須有充裕的空間方能使用，而且安裝過(guò)程較為麻煩，特別是在檢修時(shí)，需要將液壓缸上蓋打開(kāi)，整個(gè)過(guò)程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。

黃金坪水電站溢洪道弧門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)采用了一種輸出脈沖信號(hào)的傳感器與帶內(nèi)置式行程檢測(cè)裝置的陶瓷活塞桿相結(jié)合使用的行程檢測(cè)方式，其可以解決以往行程檢測(cè)的不足之處。這種集成于陶瓷活塞扦上的內(nèi)置式行程檢測(cè)裝置可以直接檢測(cè)出活塞桿的位移而不需轉(zhuǎn)換，故不存在累積誤差，所以其行程檢測(cè)長(zhǎng)度不受限制，任意行程均可檢測(cè)，而且其檢測(cè)精度可以達(dá)到1 mm；另外，由于其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，只需直接安裝于液壓缸的下端蓋上，在液壓缸外部不需要增設(shè)另外的裝置，因此檢修非常方便，不僅保證了黃金坪水電站溢洪道弧門的開(kāi)度檢測(cè)精度，提高了其防腐耐磨性能，也為后續(xù)的檢修維護(hù)工作帶來(lái)了很大的方便。具體原理如下：

陶瓷活塞桿內(nèi)置式行程檢測(cè)裝置是在活塞桿基體上加工溝槽，采用脈沖信號(hào)的傳感器對(duì)活塞桿進(jìn)行行程檢測(cè)。其具體方法是：先在活塞桿基體表面加工等距離的、具有一定深度的溝槽，然后在其表面噴涂陶瓷材料。其原理是由于活塞桿基體具有導(dǎo)磁性，而表面噴涂的陶瓷材料是非金屬

材料，不具有導(dǎo)磁性，當(dāng)傳感器通過(guò)高低不一的溝槽時(shí)，氣隙是不一樣的，氣隙的變化將引起磁阻、磁場(chǎng)和電流等的變化而輸出脈沖信號(hào)，傳感器就可以檢測(cè)出活塞桿基體上溝槽的間距，而活塞桿基體上的溝槽是等距離的，從而可以將其轉(zhuǎn)換成活塞桿的行程。

5結(jié)語(yǔ)

黃金坪水電站溢洪道弧門已于2015年6月安裝調(diào)試完成，從6個(gè)月以來(lái)的運(yùn)行情況看，設(shè)備開(kāi)度測(cè)量精度、弧門控制等完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，為黃金坪水電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，亦為今后類似工程設(shè)計(jì)與施工提供了很好的參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]李典基，于一鳴.一種用霍爾傳感器控制行程的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)研制[J].裝備制造技術(shù)，2015，43(5)：148-150.

[2]陳光，李霄琳，李躍年.國(guó)產(chǎn)陶瓷活塞桿液壓缸在白沙灘泵站輸水總干渠擴(kuò)建工程的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2008,39(7)：58-60.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

趙俊濤(1989-)，男，河南洛陽(yáng)人，助理工程師，學(xué)士，從事水電廠技術(shù)與管理工作.

作者簡(jiǎn)介:

文章編號(hào):1001-2184(2016)02-0022-02

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7;TV737

收稿日期:2015-12-31