大坳拦河闸坝液压操作系统的改造.pdf

第 9期 2 0 1 2年 9月 广东水利水 电 GU ANGD ONG WAT ER RE S OUR C ES AND HYDRO P OW E R N0 ．9 S e p ． 2 0 1 2 大坳拦河 闸坝液压操作系统的改造 张 国新 ，罗少彤 1 ．广州市流溪河灌区总管理处，广 东 广州 5 1 0 9 0 0； 2 ．广东河海工程咨询有限公司，广东 广 J l 5 1 0 6 1 0 摘要大坳拦河闸坝原液压系统于 1 9 9 2年安装使用，采用单管供油，可靠性不足，不适应于现代工程管理上的需要。 新系统采用双管供油，更换和增加 了一些设备，提高了系统的可靠性和安全性，该文介绍液压操作系统更新改造的有关 情况和经验，可供同类工程参考。 关键词 大坳拦河 闸坝 ；闸门；液压控制 ；改造 中图分类号 T V 6 6 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8一 O 1 1 2 2 0 1 2 0 9 0 0 8 4 0 3 1概述 广州市流溪河灌区是广东省的三大灌区之一 ，工 程始建于 1 9 5 8年秋 ，以灌溉为主，兼顾 防洪 、排涝 、 供水和发 电。灌区渠首枢纽工程坐落于从化市街 口街 ， 由拦河坝 、左右干渠进水 闸及荔 湖电站组成 。由灌 区 总管理处负责渠首枢纽工程 、左右干渠调水和大坝上 下游 1 9 3 0 m范围堤围的运行管理和防汛安全。设计灌 溉面积为 2 ． 7 6万 h m ，包括市郊“ 三高” 农业的主要基 地 ，从化市 、花都 区、白云 区的粮 田和菜地 ，也是广 州市工业和城镇供水 的水源之一。灌区渠首枢纽工程 包括拦河坝和左 、右干渠进水闸。拦河坝设有 3 7孑 L 泄 洪闸，另有船闸、筏道各 1孔 ，全长为 2 3 7 ． 5 m，左干 渠进水闸为 3孔 ，右干渠进水闸为 6孔 见图 1 。 图 1大坳拦河坝平 面布置 单位 高程 i n 泄洪闸闸门、左右干渠进水 闸门均为液压垂直升 1 供油管路单一 ，可靠性不高。原液压系统设有 降闸门 ，采用单一供 油管路供油，利用 电磁 阀控制闸 供油管和回油管 ，所有闸 门的升降依靠各 自对应 电磁 门的升降。 阀控制 ，并联在 主供油 管上。若 有某 一 电磁 阀故 障 2 原液压系统存在的主要问题 如漏油 或主供油管路暴裂 ，就会影响到整个液压系 大坳泄洪闸兴建时用螺杆启 闭机，1 9 9 2年改装成 统的工作 ，甚至令整个系统瘫痪 。 液压操作系统 ，后又经过多次改造。近 2 0年的运行过 2 电磁阀标准不统一，维修维护困难。现闸坝液 程中暴露 了系统存 在 的一些 问题 ，主要有 以下几方 压系统是 1 9 9 2年安装 ，并经多次改造 。由于改造由不 面 同公司承担 ，闸门电磁阀有 4种型号之多，其中2种电 收 稿 日期 2 0 1 2 0 61 4修 回日期 2 0 1 2 0 71 6 作者简 介 张国新 1 9 7 0一 ，男 ，本科 ，工程师 ，从事水利建设与管理工作 。 8 4 2 0 1 2年 9月 第 9期 张国新 ，等 大坳拦河 闸坝液压操作 系统 的改造 N o ． 9 S e p ．2 0 1 2 二 ● 1 各闸回 油管 ‘ } ] _____ I 目 供 油 管／ 电 磁阀 I } ④ I 储 油 箱 } f l 供油管 l 同油管 图 2原 闸 门启 闭 机 控 制 原 理 示 意 磁阀不是国家标准系列产品 ，在 日常维修 时无法购买 孔。每个泵站 内设置 2个互为备用的油泵 电机组 ，当 配件进行更换 ，维修 困难。同时部分电磁 阀由于老化 1台油泵 电机组出现故障不能正常工作时 ，系统 自动 而无法修复，经常出现漏油现象 见图 2 。 切换另 1台油泵 电机组投入运行 ，保证泵站系统控制 3 部分油缸漏油现象严重。大坝 1 9 ～ 3 8 闸门油 的一侧油缸能正常工作 。若 出现 1个泵站因故 障不能 缸 由于底端 口存在设计缺陷 ，其底部接 口螺丝为直角 运行 溢流阀漏油或不能建压 ，另 1个泵站通过打开 形 ，在实际运行 中，为保证与供油支 管能平顺连接 ， 常闭球阀来控制这-f R O 油缸启闭的功能。本液压系统 常难以固紧，经常出现渗油现象而无法修复。 在每一个现在控制阀的进 出口端均设有高压球 阀，若 4 液压油储备油箱单一，不能应付突发情况 。原 出现阀组漏油或油缸管路漏油而不 能正常工作 时，关 液压系统采用集 中供油，只有 1只油箱 ，如 因液压管 闭球阀使它与主系统割离 ，进行处理 。在液压缸压力 路漏油致油量损失过量 时，无法及时补充 油量 。此 时 油进油管线上设有调压 阀，保证 主油管 内压力稳定 ， 即使库存有备用油 ，把备用油泵 回油箱也需 1～2 h时 使 1 扇 闸门动作时不影响其它闸门正常启闭。 间。在防洪抢 险的紧急情 况下 ，不能及 时补充油量 ， 由于液压启闭机的控制原理与原系统发生 了较大 液压系统无法正常运行 ，后果不堪设想 。 变化 ，原有的液压泵站系统不能利用 ，需要全部更换。 5 闸门采用 2只油缸顶升，无 2只油缸同步控制 同时液压启闭机为机 电液一体化 的成套产品，相应 的 的设备和功能 ，经常 出现在启 闭过程中闸门倾斜 、卡 液压系统的现地电气控制系统也必须做相应更换 。 阻士 兕冢。 3 ． 3 更换闸坝闸门油缸 3 改造方案的确定 油缸为 2 5 0 k N顶升式液压启 闭机 ，液压缸行程 结合工程现状及存在 问题 ，为 了保证拦河坝 闸门 长期可靠运行 ，此次液压系统改造考虑了下面的内容。 3 ． 1 增设双缸同步行程检测装置 每只油缸增设 行程检测传感器 采用外置恒力弹 簧绝对型光 电编码传 感器 ，这是组 成双缸同步控制 闭环系统的必要条件及必须设备 。 3 ． 2 更新液压泵站系统 1 对于每孔闸门的液压启闭机均设置双缸同步旁 路泄油控制 回路。 2 将单一泵站供油管改为双泵站双供油路。将原 系统的单一泵站控制左右干渠和拦河坝改为 由 2只泵 站分别控制 ，并采用双供油回油管路系统。其 中 1 个 泵站控制右干渠 6孔和拦河坝 3 9孔闸门中双号孔 ，另 1 个泵站控制左干渠 3孑 L 和拦河坝 3 9孑 L 闸门中的单数 为 3 m。 系统改 造原理 见 图 3所示 。 3 ． 4 液压系统 的配置要求 鉴于本工程的重要性 以及国内同类工程对于液压 系统配置的要求 ，同时考虑更新 改造后设备有较长 的 使用年限，本次更新 改造 中液压 系统 的配置设计考虑 应达到国内同类水利工程的水平 ，具体配置要求如下 1 油泵电机组采用进 口知名品牌。如 A B B电机， 柱 塞 泵 B O S C H R E X R O T H、V I C K E R S 、P A R K E R 产 品 。 2 主要 的控制 阀件 ，如 电磁换 向阀 、液控单 向 阀、溢流阀、调速阀、顺序阀等均采用进 口知名品牌， 如 B O S C HR E X R O T H、V I C K E R S 、P A R K E R产 品。 8 5 2 0 1 2年 9月 第 9期 广东水利水 电 N o ． 9 S e p ．2 0 1 2 图 3 拦 河坝 闸门启 闭机控制原理示意 3 油箱 、油管均采用不锈钢管路 。 4 液压系统 的现地 电气控制采用 P L C控制 ，显 示操作界面采用触摸屏 。由于本工程控制 的闸门的数 量较 多 ，其 尺 寸 采 用 1 4 i n T F T触 摸 屏。P L C采 用 S c h n e i d e r 、S i e me n s 、G E系列 中型 以上 的 P L CC P U， 以保证能处理较 多 的模拟量 、开关量 的输 入、输 出， 以及与集控上位计算机的通讯。 5 行程检测装置采用外置式恒力弹簧绝对 型光电 编码 传 感 器。编 码 器 采 用 进 口元 件 ，如 H E I D E N H A I N、I MG、德国 PF倍加福 等公 司的产 品。目前 国内生产外置式恒力弹簧传感器 的主要厂商均采用上 述公 司的产 品 。 4改造 后的 效果 更新改造完成后 ，大大提高了液压系统的可靠性 。 新系统采用双供 油管设计 ，从泵站输出高压 油后分 2 条供油管分别 向单号和双号油缸供 油，且 2条油管通 过球 阀连通 ，形成互为备用效果 ，任何 1 条供油管出 现漏油 ，可以停止该供油管 的使用 ，进行维修 ，同时 利用另 1条供油管对每个闸启闭供油。如果漏油 出现 8 6 在单个 闸门的油缸以及支管上 ，则可以通过 闸前的球 阀直接切断对该 闸的供油，进行单独维修。此外储油 箱采用双油箱结构 ，任何一个油箱的储 油量都能满足 开启全部闸门的要求 ，当由于供油系统漏油未及时发 觉导致 邮箱储油量不足时 ，可 以将另一备用储备油箱 通过球 阀切换直接投入使用 ，确保 闸门及时开启 。油 泵和电机也采用 2台互为备用。这些措施有效地提高 了大坝液压启闭系统的可靠性 ，确保大坝在某一系统 出现故 障时都能安全正常运行 ，大大地增加 了防洪安 全性 能 。 此外 ，还方便 了维修和维护工作 。液压启 闭系统 改造后 ，任何一个环节 出现 问题 ，都能通过球 阀控制 将该段单独进行 维修。如 闸门油缸出现 问题 ，可 以通 过闸前球阀关闭之后进行处理 ；管路 出现问题可 以通 过总开关切断供 油后进行维修；油泵等 出现故障 ，可 以直接单独维修而不影 响其他部分的运行 。这为工程 的维修和维护带来 了极 大方便 ，也为工程及时修复赢 得了时间。 下转第 8 8页 2 0 1 2年 9月第 9期 广东水 利水 电 N o ． 9 S e p ．2 0 1 2 导体线芯 绝缘层 电力线 等位线 外屏蔽层 图 2 电 缆 终 端 电 场分 布 同时，制作电缆头时屏蔽层的剥离 ，改变电缆原有 电 场分布 ，造成屏蔽层末端电场强度急剧增大 ，随着 电 压升高，电缆终端头会 出现放 电现象 ，最终导致绝缘 击穿。所以，必须采取一定的防范措施 ，保 障人身和 设备安全。 3 安全防范措施 据笔者了解 ，目前 多数厂家生产 1 1 0 k V 电缆 时， 其护层的绝缘水平是按照 额定 电压 1 1 0 K V交联聚乙 烯绝缘电力电缆及其附件 G B ／ T 1 1 0 1 7 ． 1～ 1 1 0 1 7 ． 3 2 0 0 2 来确定的“ 在每一边金属屏蔽和 或 金属套 与接头外保护层接地 的外表 面之间应加 直 流 2 0 k V 试验 电压 历时 1 m i m 和冲击试验电压 6 0～ 7 5 k V” 。根 据 高压输变电设备的绝缘配合 G B 3 1 1 ． 11 9 9 7 中 规定 ，需加试验电压值 直流电压 2 0 k V；冲击 电压 6 O ～ 7 5 k V 的电器 ，其 额定 电压基本 上是 6～l O k V，即 1 l O k V电缆外护 层应按 6～1 0 k V电器对 待。而依 据 高压配电装置设计技术规程 S D J 5 8 5 表 4 ． 1 ． 1 C 栏 中额定电压为 3～1 0 k V一列 中的规定 “ 无遮栏裸 导体至地面之间其净距应是2 7 0 0 mm” 。也就是说 ，如 果满 足 不 了 “ 3 ～1 0 k V 裸 导 体 至 地 净 距 不 小 于 2 7 0 0 m m” 的要求就要加遮栏 ，其 目的就是阻隔在其 附 近活动的人不会碰到带电裸导体 j 。 综上分析 ，G I S设备 1 1 0 k V电缆终端裸露布置 的 方式是不符合规程要求的，存在安全隐患。笔者认为 ， 提升 1 l O k V电缆终端尾管布置高度是不合适 的，这样 需要整个 G I S布置抬高 ，既会使 G I S造价增加 ，也会 增大土建工程量 。而在 电缆终端尾管周 围布置遮栏 ， 则会影响巡视 ，削弱了 G I S可接近 、可触摸 、布置 紧 凑 、节省空间的优点。最简单的办法是在 电缆终端 尾 管上加装可拆卸的、1 0 k V级绝缘水平的绝缘板制作的 “ 绝缘护罩” 。同时，在电缆最容易击穿的屏蔽层断 口 处 ，采取分散集中的电力线 电应力 的措施 ，用介 电 常数为 2 0～3 0 、体积 电阻率为 1 0 ～1 0 Q e m材 料 制作的电应力控制管 简称应力管 ，套在屏蔽层断 口 处 ，以分散断 口处的电场应力 电力线 ，保证 电缆能 可靠运行。 4结 语 电缆终端头是将电缆与其他电气设备连接的部件 ， 是电力运行系统 中比较薄弱的环节 ，关 系到电缆线路 的安全稳定运行 。因此 ，电缆终端头制作 、安装过程 要严格按照规程规范进行。同时 ，对运行中的设备加 强巡视 ，有条件的 ，应定期进行 电缆终端头局部放 电 测试 。 以上介绍的是 G I S设备 1 l O k V电缆终端裸露布置 形式存在 的安全隐患 ，希望提出的解决方案能为存在 同样 问题 的 G I S设备提供参考 。 参考文献 『 1 ] D L ／ T 5 3 5 2 2 0 0 6高压配电装置设计技术规程[ S ] ． [ 2 ] 杨毓庆 ．一起 1 1 0 k V电缆终端头缺陷的分析及处理[ J ] ． 大科技，2 0 1 1 ， 1 8 2 6 0 2 6 1 ． 本文责任编辑王瑞兰 上接 第 8 6页 5 结语 大坳拦 河坝 液压 系统 的更 新改 造，工程 投资 为 2 1 0万元 ，改造后 ，极大提高了液压 系统 的可靠 性和 维护的方便性 ，同时提高了拦 河坝 的防洪安全性 能。 从本工程 的实践中 ，可以看 出一个系统 的设计 ，不单 指要完成系统的某项功能，更重要 的是如何保证系统 8 8 功能的实现。对于一个设计者 ，应该有系统看 问题 的 观点 ，既要看到解决问题 的方法 ，更要多想想工程在 长期运行 中可能遇到的问题 ，从而从系统设计方 面根 本加 以解决 ，才能达到理想的效果。 本文责任编辑王瑞兰