1.湖南五凌电力工程有限公司 湖南省长沙市 410000
2.中国水电顾问集团桃源开发有限公司 湖南省常德市 415000
摘要：桃源水电站船闸泄水门日常工作中，频繁出现提门故障。为确保设备安全运行，针对此问题设备运管单位及时组织相关人员进行故障分析和处理，并提出设备运行建议，以保障设备运用时的安全通航。
关键词：船闸泄水门、故障分析和处理、运行建议
引言
桃源水电站地处湖南省桃源县城区，是沅水最末级水电站。在电站枢纽水工建筑物依次为右岸泄洪闸、发电厂房、船闸、左岸泄洪闸等。船闸建筑物包括上引航道、上闸首、闸室、下闸首、下引航道等，在下闸首两侧分别设置1套泄水闸门，用于船闸通航时降低闸室水位。随着船闸逐年运行，近年来频繁出现泄水门提门故障问题，为保证船闸通航安全，运行管理单位组织了相关人员开展原因分析和处理。
1、概述
1.1 桃源水电站船闸下闸首泄水门及液压启闭机参数
桃源水电站船闸下闸首泄水廊道工作闸门液压启闭机共2套，启门力250kN，分别安装在下闸首左右泄水廊道工作闸门门槽井上方，下闸首泄水廊道工作闸门液压启闭机与下闸首人字闸门液压启闭机共用一套液压泵站。
1.1.1 泄水闸门参数
孔口型式： 潜孔 闸门型式：钢平面悬臂定轮门
孔口尺寸（宽×高）：2.5m×2.0m 设计水头：20.1m
水封水头：2.62m×2.1m 总水压力：1153kN
操作条件：动水启闭 操作水头：10.06m
底槛高程：22.50m 闸门自重4435kg
1.1.2 液压启闭机参数
电动机：Yz-180M-4（3台 额定功率：18.5KW 额定电压：380V
额定电流：36.3A 额定频率：50HZ 额定转速：1470r/min 接线方式：△）
最大油压：20MPa 油泵排量：40ml/r油泵流量：59L/min 油箱容积：600L
安装型式：中部支撑 启门/闭门时间：1.5/1.5 min 闭门力：闸门自重
启门力：2×250KN 油缸内径：180mm 活塞杆直径：120mm
工作行程：3000mm 全行程：4000mm 工作压力：18.6MPa
1.2 桃源水电站船闸泄水门提门故障现象描述
桃源水电站船闸泄水门在发出提门指令后液压系统开始工作，闸门初始提升时经常出现油泵停车，液压系统报“有杆腔压力低”故障，此时闸门提升开度≤300mm，需要进行现场检查并且在系统各项报警信号复归后，方能继续进行操作。
2、桃源水电站船闸泄水门提门故障分析和处理
2.1 “有杆腔压力低”故障原因分析和处理
泄水闸提门工作原理：泄水闸门开启时，液压系统工作情况：空载启动一套液压泵电机组，延时10s，系统阀和换向阀工作，压力油经换向阀进入液压缸有杆腔，无杆腔油液经回油溢流阀流回油箱。
2.1.1 系统故障原因分析
液压系统出现有杆腔压力低故障报警信号的原因有：有杆腔管路等泄漏、系统误报、油泵电机组停止时的信号采集。
（1）有杆腔管路等泄漏。
1）外部管路泄漏。有杆腔提门工作前，首先进行系统建压，设定值1MPa；其次，提门时系统稳压，设定值20MPa，有杆腔压力随闸门工作状态变化。发生管路泄漏，压力油向系统外喷射，有杆腔压力急速降低，系统报警信号为“有杆腔压力低”。
2）油缸本体泄漏。油缸本体密封分别为活塞杆与筒体密封、筒体端部密封、活塞密封。可能是活塞与筒体密封的损坏，造成了大量外泄漏导致系统报送“有杆腔压力低”信号。
（2）系统误报。液压系统出现系统误报“有杆腔压力低”，主要为压力开关故障、压力开关上插头松动、信号线损坏等原因。
（3）油泵电机组停止时的信号采集。有杆腔压力低信号为系统自保持信号，系统未工作时，采集管路压力，因管路无压，有杆腔压力低信号持续闪烁，系统工作时，此信号自动复归。在系统发出提门指令，压力油进入有杆腔，系统中途停车后，系统“瞬时失压”，系统将上报有杆腔压力低信号，并伴随声光报警，需要人工介入检查，若无异常情况，可手动复归信号。
2.1.2 有杆腔压力低故障处理
（1）系统故障处理。应立即检查有杆腔管路外泄漏情况，包括系统油箱液位、管路接头、各个阀门组件，出现泄漏时，应立即关闭管路上临近阀门组件，安排收集油污，更换密封元件或阀门组件等。如出现液压缸本体泄漏情况，必须安排对液压缸进行解体检修。如油箱液位有相对明显变化，应在故障处理完成后及时补充。
（2）系统误报故障处理。如油箱液位相较于正常运行工况无变化，需检查系统压力开关插头是否松动，检查接线柱是否有烧灼现象，检测线路通断。无异常情况，应进一步检测压力开关本体通断，压力开关本体无故障，应检测压力开关定值是否准确等，可根据实际调整；若压力开关本体故障，应更换并调整至合适值。
（3）油泵电机组停止时的信号采集。对于自保持信号，系统运行后应自动复归。设备运行过程中，出现异常信号应及时检查，无异常情况，可进行信号复归操作。
2.2 “泄水门提门”故障原因分析和处理
泄水门提门时，系统停车，报送有杆腔压力低信号，经检查未见其他异常但信号源经常出现时，应重新校对闸门启门力。
2.2.1 故障原因分析
（1）边界条件
船闸泄水闸门设计最大操作水头为10.06m，枯水期实际运行水头大于或等于10.06m（上游相对水位：39.35m，下游相对水位：29.25m，下游航道疏浚后，下游最低水位将小于28.94m）。液压系统工作时，系统压力20.0MPa，缸旁阀块溢流阀已调整到最大值18.6MPa。船闸泄水门液压启闭机设计启闭力250kN。
（2）闸门操作水头8.5m时，液压启闭机实际启闭力估算：
（3）推算操作水头10.06m时启门力约需290kN（未计算摩阻力），已超过设备自身设计及制造所能提供的启闭力约30kN。
2.2.2 故障处理
（1）调整系统压力
不改动液压系统和电气控制系统，通过提高液压系统最大工作压力达到提高启门力的目的，此种方案需要的处理费用非常低，处理简单。
根据原设计，系统最大设计压力为20.5MPa，此时左输水廊道工作闸门液压缸强度计算满足设计规范要求，缸盖连接螺钉计算应力为290MPa接近设计允许最大值，液压缸启门力可达到290kN，可缓解在操作水头10.06m时进行闸门启闭问题。
（2）更换液压缸
考虑船闸上游最高运行水位为39.50m，船闸下游设计最低运行水位29.44m，下引航道设计底板高程26.44m，根据湖南省交通厅航道升级改造工程项目实施情况，桃源水电站下游引航道底板高程将下降至25.94m，较设计的26.44m下降0.5m，导致输水门操作水头将增大0.5m，水头增加将导致无法启动闸门，在不改动液压系统和电气控制系统前提下，应考虑更换液压缸，以满足启闭力需求。
按远期闸门可能的操作水头估算，在实际水头11米时，考虑总水压力、闸门支承摩阻力、闸门水封摩阻力、水柱压力、闸门自重等因素，推算实际需要的启门力估算应在330kN以上，应考虑更换液压缸至400kN等级。因不改动液压系统和电气控制条件，重新设计时，需重新校核电动机功率、液压缸有杆腔流量等。
3、桃源水电站船闸泄水门提门故障运行建议
3.1 降低提门速度。提门速度降低后，缓冲动水提门时对液压系统的冲击。初始提门，闸门小开度开启后，设备停机后，待闸室水位下降后，闸门操作水头低于8.5m后，再进行提门操作。
3.2 视现场情况，提高系统工作压力至20.5MPa。
3.3 检查缸旁溢流阀工作压力，调整至最大值或更换更高压力等级的溢流阀。
4、结束语
闸门液压启闭机初期设计时，应综合考虑设备远期运行环境因素影响，在可能的情况下，设备设计压力调整值应在其最大调整值的中位，若设备本体不能满足时，应尽量提高设备等级，以应对设备工况的改变。
参考文献：
[1]《水电水利工程启闭机设计规范》DL/T 5167中国电力出版社出版、发行，2006年1月北京第二次印刷
[2]《水利水电工程启闭机制造安装及验收规范》DL/T 5019中华人民共和国电力工业部发布，1994-9-26发布
[3]《机械设计手册》（机械工业出版社）2010年1月出版
[4]《水电水利工程液压启闭机设计规范》NBT 35020-2013 国家能源局发布
作者简介：
罗浩（1983-），男，湖南保靖人，助理工程师，从事水电站检修维护工作。
阿庆宇（1978-），男，黑龙江呼兰人，高级工程师，从事水电站检修维护工作。
论文作者:罗浩1,阿庆宇2
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/23
标签：闸门论文; 船闸论文; 桃源论文; 系统论文; 压力论文; 水头论文; 水电站论文; 《建筑模拟》2019年第5期论文;