南水北调中线干线建设管理局渠首分局 河南省南阳市 473000
摘要：南水北调中线工程液压启闭机主要应用于各节制闸(控制闸)，通过调度中心远程控制启闭机的动作，调整闸门开度，使总干渠水量和水位平稳，确保输水工作安全。以国内外液压启闭机先进设计经验为基础，结合工程实际需求，设计了南水北调中线工程液压启闭机系统，并对其设计方案和液压系统进行了分析。实践表明，该液压启闭机系统稳定可靠、经久耐用，能够满足相应工程段的运行要求。
关键词：液压启闭机;节制闸;远程控制;南水北调中线干线工程
引言
水电站具有机组进水口快速门、中/表孔弧形工作门、排沙洞进口事故门和出口工作门，其操作均由液压启闭机操作完成。闸门开度是液压启闭机的控制目标和运行监视核心，由于各套闸门系统的门体构造、油缸布置和运行方式不尽相同，其开度检测方法和控制策略也有所差别。如何制定与之相适应的开度控制策略，使各套液压启闭机控制系统对闸门开度进行有效控制和监视，保证机组和泄洪设施长期安全稳定运行是本文研究的主题。
1液压启闭机的特点
液压启闭机作为一种十分重要的启闭控制设备，在水利水电工程中的应用十分广泛，子由于我国水利水电工程发展需要，当前我国液压启闭机的设计以及制造能力都达到了很高的水平和规模，而且液压启闭机的最大启闭力可以达到1万KN，形成超过16米，油缸的直径大于1米。然而在实际操作过程中液压启闭机的使用次数相对较少，而且要求每一次的操作成功率都要不断提高，因为一旦操作失败，则可能会造成灾难性的后果。另外，由于液压缸的运行速度相对较低，控制精度也不高，但是根据不同的闸门和阀门的结构特点和操作要求，也可以对液压系统和电气控制系统进行控制。当需要对阀门进行部分开启的时候，还需要液压缸具有较长时间的带载锁定功能，所以要求液压缸以及液压系统的密封性能必须达标。具体来讲，液压启闭机的特点有以下几个方面：第一，液压启闭机的结构相对简单，所有部件之间比较紧凑，而且体积较小，重量轻。第二，液压启闭机的承载能力较大，能够远距离传输动力。第三，液压启闭机的缓冲性能较好，传动过程比较平稳，能够灵活地调速、转向。第四，液压传动系统和电气控制系统的结合比较紧密，而且可以实现自动化控制。第五，现阶段的液压启闭机中的液压元件已经基本实现系列化和标准化，设计十分简单，元件的制造周期较短。第六，液压启闭机的液压元件可以自行润滑，使用时间较长。第七，传动效率高，因为液压启闭机可以通过液压传动的方式来驱动液压缸，对闸门的启闭进行控制，所以其传动效率较高。另外，液压启闭机也存在一些缺陷以及技术方面的问题，例如液压启闭机和液压缸以及活塞杆相互配合，加工的成本较高，如果液压缸的密封质量较差，则很容易出现液压油渗漏。
2南水北调中线工程液压启闭机系统设计
2.1供电、控制与保护
在液压系统设计中采用两路独立电源互为备用，可选择或自动轮换工作。泵组的数量根据闸门的重要性，遵循有利于节能、减排和运行要求的备用方式确定，工程中经常采用的是减速运行和补投运行的备用方式，常用的配置方案有一用一备和两用一备，出现故障时液压系统在不停机的条件下自动启动备用泵组。设置调压回路控制双缸驱动闸门平稳启闭。正常工况通过比例调速回路双缸同步启闭闸门，设备调试或故障检修时，启用手动调压回路均衡双缸负载。设置平衡回路提供回油阻力，以消耗闸门势能。闭门时液压缸有杆腔油液流向无杆腔，同时无杆腔油量的不足由系统通过溢流阀自动补充，设定合适的补油压力来控制闸门闭门速度，确保液压缸上下两腔进出流量相匹配，避免闭门过程中执行器不可控制的失速现象，保障运行平稳安全。
2.2PLC模块配置
PLC自带24DI/16DO，4AI、2AO，其性能完全满足控制系统需求。PLC的I/O接口为2通道模拟量输入模块SM321用于连接标准开关按钮、接近开关、电磁阀、接触器、灯等。PLC控制系统DI、DO模块实现中、底孔弧门的启、闭门的自动控制，并对启、闭门过程中出现的故障进行监控。此外通过模拟量输入AI模块SM331处理闸门开度传感器转变的模拟量输入信号，模拟量输入模块采用四线制4～20mA电流输入。SM338(POS－INPUT)内集成有闭环控制功能模块PID控制器，通过SSI接口将绝对型多转输出编码器输出的闸门左右侧位置信号进行计算处理，并通过模拟量输出AO模块SM332将闸门实际位置以及闸门左右侧位置偏差传输至闸门位置和闸门偏差的显示仪表，同时AO模块SM332将处理的位置信号输出到Ｒexroth的AM1、AM22块功率放大板，功放板根据闸门左右侧位置信号，输出相应的0～24VDC电压信号，从而到达控制相应油缸的电磁比例阀阀芯位置，用以实现闸门左右油缸的同步运行。Ｒexroth功放板输出电压值的整定主要是通过调节死区补偿电位器，辅调节增益电位器，微调节阀芯加速/减速电位器。
2.3液压系统动作说明
启闭机液压系统对于闸门的操控主要有提升、下降、同步纠偏、定位控制和压力控制等动作，该部分以弧形工作闸门为例进行说明。闸门做提升动作时，空载启动液压泵-电动机组，延时10s左右，相应电磁阀通电，压力油分两路经比例调速阀进入两侧液压缸有杆腔，无杆腔液压油经单向阀流回油箱;闸门做下降动作时，空载启动液压泵-电动机组，延时10s左右，相应电磁阀通电，压力油打开液控单向阀，液压缸有杆腔液压油经比例调速阀后流回无杆腔，同时，压力油经溢流阀向液压缸无杆腔补油，并通过单向阀从油箱补油。同步纠偏动作是在闸门启闭过程中，通过闸门开度及行程控制装置全程监测液压缸行程，当两侧液压缸同步误差≥5mm时，控制器自动调节比例调速阀电磁铁电流大小，调整两侧液压缸有杆腔进、出油量，使闸门同步。当两侧液压缸同步误差≥10mm时，液压系统自动停机并发出报警信号，具体流程如图2所示。定位控制动作是在闸门处于开启状态时，由于液压系统发生泄漏，下滑100mm时，液压启闭机能自动将闸门提升至原位置;若下滑100mm液压启闭机未能启动，继续下滑至120mm时，液压启闭机可以自动接通液压泵另一组备用电机电源(集成式启闭机除外)，将闸门提升至原位置，同时发出声光报警信号。压力控制动作是当压力传感器PK1发讯时，表明系统压力过高，停泵，声光报警。当PK2发讯时，表明系统压力过低，声光报警，延时10s切换到备用泵。当PK3发讯时，表明无杆腔压力过高，应停机检修。当PK4、PK5发讯时，表明有杆腔压力过低，停泵，声光报警。
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图1同步纠偏动作流程图
结语
伴随着液压启闭机在南水北调中的运用，设备安全可靠运行非常重要，直接影响到区域人民供水，因而对液压启闭机的运行维护提出了更高的要求。解决液压系统常见、多发故障就显得极为重要，出现故障不能及时排除，不仅会损坏设备，还可能导致灾难性后果。因此，只有全面掌握设备特性，注重日常维护，才能把故障消除在萌芽状态。
参考文献
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