吳 鋼

(江蘇省無錫市城市防洪工程管理處 214044)

1 工程概況

無錫市江尖水利樞紐是無錫市城市防洪工程八大樞紐之一，位于大運河與古運河的交接處。樞紐由一座60m3/s的泵站和一座3m×25m的節(jié)制閘組成，是一座具有防洪、排澇、調水引流以及景觀等多重功能的大型自動化水利樞紐。

樞紐泵站建成于2006年6月，堤身式布置，雙進出水流道設計，安裝有3臺2500ZLWS-2型豎井式貫流泵，設計單機流量20m3/s，配套800kW的臥式異步電機。泵站每臺機組出水側各設有兩孔事故門和兩孔工作門，共計12扇閘門，均為直升式平面鋼閘門，啟閉設備采用的是QPPY-D-200kN型液壓閘門啟閉機，倒掛油缸設計，通常情況下閘門處于水面以下。

事故門、工作門開度設備采用的是WNAG-3500-K20-2-2型靜磁柵閘門開度儀，限位裝置采用的是LJ18A3-8-Z/BY型電子接近開關，靜磁柵開度儀安裝在閘門外側，與閘門同高，通常情況下隨閘門處于水下。

2 系統(tǒng)問題及原因分析

2.1 系統(tǒng)問題

自2006年樞紐投運以來，泵站事故門、工作門開度設備多次出現(xiàn)故障，嚴重影響到了泵站的正常運行，給泵站運行管理帶來了很大的不便，常見有以下一些情況:

a.開度值無法正常顯示，讀數(shù)為0或*號。

b.閘門到位后，油泵無法自動停止運行。

2.2 原因分析

經檢查，開度無法正常顯示主要原因是開度設備靜磁柵尺出現(xiàn)問題，而油泵不能自動停止運行是由于限位裝置電子接近開關損壞。發(fā)現(xiàn)問題后，樞紐對產生上述問題的原因進行了詳細分析，并對靜磁柵開度設備和電子接近開關的運行進行跟蹤觀測。

經過一段時間的觀測，發(fā)現(xiàn)主要有以下幾方面原因導致問題的產生:

a.建設時，考慮到景觀需要，事故門、工作門采用前后雙胸墻結構，降低了閘門高度，常水位時，閘門門頂處于水面以下，導致隨門安裝的靜磁柵尺也長期浸泡于河水中，河水的水壓力和腐蝕性長時間對靜磁柵尺外殼進行侵蝕，導致密封受損，使得河水滲入內部，引起內部電子元器件受損，從而導致測量數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定，產生讀數(shù)為0或*號現(xiàn)象。

b.靜磁柵尺在使用過程中不允許產生撓度，而實際工況中，當水泵開啟時，大水流沖擊使得靜磁柵尺產生了輕微撓度，導致靜磁柵尺外殼密封松動，河水滲入內部，引起內部電子元器件受損，從而導致開度設備損壞。

c.靜磁柵尺是磁感應元件，測量桿上嵌入的是釹鐵硼(NdFeB)磁性材料，高溫下，磁性損失較大，易影響性能(材料最高工作溫度80℃)。樞紐靜磁柵尺隨閘門安裝于露天工況，處于陽光直射下，夏季高溫時，烈日暴曬使其磁感應強度發(fā)生變化，從而導致測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。

d.除此之外，由于整個工作門、事故門平臺位于露天環(huán)境，而靜磁柵尺和電子接近開關都是普通電子元件，在雨、雪、露水等侵蝕下極易損壞，這也是導致開度、限位頻繁出現(xiàn)問題的一個重要原因。

2.3 故障影響

a.泵站開停機時無法正確讀取故障事故門、工作門開度值，影響正常開停機操作。

b.泵站運行過程中，無法確定閘門位置，無法觀察閘門有無下滑狀況，影響機組安全運行。

c.油缸到位后，由于限位裝置損壞，PLC程序接收不到到位信號，油泵無法自動停止，油缸繼續(xù)上升頂住上部支架，導致油缸壓力上升，影響油缸使用壽命。

d.PLC控制程序對泵站事故門、工作門運行情況出現(xiàn)錯誤的判斷，導致自動化監(jiān)控程序出現(xiàn)錯誤報警，甚至無法開啟閘門。

3 系統(tǒng)改造

為確保江尖樞紐泵站安全可靠運行，2010年11月經上級部門批準，樞紐對泵站1號機組工作門、事故門4臺開度設備進行了試點改造。

3.1 改造技術要求

考慮到原有設計以及周圍環(huán)境的實際情況，樞紐對改造后的開度設備提出了以下一些技術要求:

a.要求改造后的開度設備能在潮濕環(huán)境中可靠工作。

b.要求泵站運行產生的泵涌水流沖擊對開度設備無影響或基本無影響。

c.由于設備安裝于露天環(huán)境，設備要有良好的防雨、雪功能。

d.設備安裝高度不能超過啟閉機支架高度，不能影響美觀。

e.設備要有自帶可靠限位裝置，不受雨、露水影響，不能另加限位桿，影響美觀。

f.要有斷電記憶功能，斷電以后能記憶當時開度。

g.要求系統(tǒng)能直接與原有PLC、上位計算機之間正確通訊。

h.能采用12V直流電源供電。

i.能簡單消除運行過程產生的累積誤差。

3.2 設備選型

根據(jù)以上技術要求，通過設備比選，樞紐決定采用WDC-31型閘門開度儀設備配以GWS250型鋼絲繩定位傳感器成套設備，替換原有開度設備。

3.3 改造后系統(tǒng)特點

WDC-31型閘門開度儀是一種鋼絲繩式開度設備，由 UDZ型編碼器及 XX型顯示器組成，配套GWS250型收纜裝置。新的系統(tǒng)有如下特點:

a.具有良好的防水防潮功能。設備外殼采用鑄鋁精加工制作，密封性好，便于安裝維護，同時內部線路板表面也做了防潮處理，能在濕度較大的環(huán)境中使用。由于設備露天安裝的工況，為確保不受雨雪影響，安裝過程中在開度儀外另制作不銹鋼罩，從而更好地保護了設備，減小了不利工況對設備的影響。

b.供電及通訊情況。該套設備可采用9-12V直流電源供電，同時內置3.6V鋰電池，可在斷電后保證數(shù)據(jù)不遺失。設備內有單片機，可進行高度換算等功能，輸出接口為RS485，可采用MODBUS等多種通訊協(xié)議(樞紐采用的為MODBUS協(xié)議)，能使原PLC與上位計算機直接通訊。

c.結構簡單。該系統(tǒng)設備主要由編碼器和鋼絲繩定位傳感器兩種設備集成，結構相對比較簡單，體積小，安裝方便。整個設備集成后外觀尺寸為350mm×250mm×200mm，可以安裝在啟閉機油缸支架一側，且不超過支架高度(支架高350mm)，不影響美觀。收纜裝置集成了小型機械式限位裝置，無常規(guī)限位裝置的限位桿，保證了設備不影響周圍環(huán)境。

d.性能可靠。?在收纜裝置方面，按要求采用了進口不銹鋼多股鋼絲繩，可以防止河水腐蝕，恒力鋼帶采用了專用彈簧(采用進口不銹鋼材料制作)，能保證在整個過程中恒定的收緊張力，以避免鋼絲繩的來回程偏差及松弛不定，保證長期抗疲勞強度;?鋼絲繩測量輪直接通過聯(lián)軸器與編碼器聯(lián)動，將連接誤差降至最小，保證了測量精度;?該套設備水面及水面以下僅有鋼絲繩部分，泵站運行時產生泵涌水流沖擊對其基本無影響，保證了測量數(shù)據(jù)的可靠;?設備設有復位鍵，對于長時間運行產生的累積誤差可以通過復位鍵直接清除。

3.4 改造后系統(tǒng)的使用情況

系統(tǒng)改造后，通過近半年的試運行，雖然在使用過程中設備出現(xiàn)了鋼絲繩卡阻、限位調整難等問題，但是系統(tǒng)在穩(wěn)定性、故障發(fā)生頻率等方面均有很大程度提高，改造的系統(tǒng)具有結構簡單、工作可靠、環(huán)境適應性強、維護方便、操作簡單等特點，尤其在水質較差及雨、雪等工況下均能正常運行。鑒于目前實際的使用情況，樞紐計劃在下階段把該型開度設備推廣應用到泵站其他兩臺機組的8扇工作門、事故門上。

4 結語

總的來說，樞紐原有開度設備靜磁柵尺具有測量精度高、維護方便等特點，在使用過程中也體現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢，但由于樞紐工況條件的限制，使得靜磁柵尺損壞過于頻繁，而新系統(tǒng)在適用環(huán)境、穩(wěn)定性及可靠性上具有明顯優(yōu)勢，也促使樞紐決定對全套開度設備進行改造。在今后的運行管理中，我們還將不斷加強觀測，加強設備的維護，加強經驗總結，充分發(fā)揮該套設備在樞紐的運行效益。

1 鄭建紅，李晉.關于泄洪底孔閘門開度測控系統(tǒng)改造分析［J］.科學情報開發(fā)與經濟，2007，17(10).

2 貝樂，溫海燕.靜磁柵開度儀在江尖水利樞紐的應用［J］.江蘇水利，2010(5).