贵州乌江水电开发有限责任公司洪家渡发电厂贵州毕节551501
摘要：本文针对洪家渡发电厂弧形闸门充压式水封只能手动操作现状，对水封自动控制进行研究和改造。利用闸门控制系统PLC控制电动开关阀和电磁阀，通过电动开关阀的控制对水封进行充水，通过电磁阀的控制实现水封排水管路中液压操作阀的控制，从而实现水封的排水控制，最终实现了厂弧形闸门充压式水封的自动充、排水控制。
关键词：闸门控制，充压式水封，液压操作阀，水封控制
1前言
洪家渡发电厂位于贵州省黔西县与织金县交界的乌江干流北源六冲河下游。水库正常蓄水位为EL1140m，死水位EL1076m，水库总库容49.47亿立方米，调节库容33.6亿立方米，是乌江流域梯级中唯一具有多年调节功能的龙头电站，电站装机容量3×200兆瓦，主要承担贵州电网的调峰、调频和事故备用。
弧形闸门是运用最广泛的工作闸门，适用于动水启闭、局部开启等工况，由于没有槽，水力学条件较好及启闭的可靠性较高，是高水头工作闸门的首选门型。洪家渡发电厂设置一孔泄洪工作闸门，为弧形闸门，主要用于宣泄洪水，保护大坝安全。泄洪闸门高8米，宽6.2米，净重300吨，闸门设计水头85米，采用充压式水封进行止水。
2弧形闸门充压式水封简介
闸门水封是水电工程闸门的一个重要组成部分，是保证闸门密闭封水、正常运行的关键部件。对于设计水头大于70m的工作闸门，常规水封很难做到严密止水，常采用充压式水封进行止水。
充压式水封的原理为：当闸门关闭后，利用充压腔（充压袋）加压，使水封橡胶头部外伸紧压在闸门面板上，产生一定的压缩量，从而达到止水的目的。
2.1水封控制现状
洪家渡发电厂泄洪工作闸门充压式水封分为左右两路，在水封充水管路安装供水阀，在水封底部安装排水阀，供水阀和排水阀均为手动截止阀。闸门关闭状态下，需手动关闭水封排水阀，开启水封供水阀，水封充压止水；闸门开启前，需手动关闭水封供水阀，开启水封排水阀，水封排水。
在进行水封排水阀操作时，需人员通过10米左右的垂直爬梯下到闸门底部进行操作，存在很大的人身安全隐患。每次操作水封时，需人员花很多的时间和精力去操作多个手阀，给操作人员带来很大负担。
3管路的设计和改造
3.1控制管路设计
为实现闸门充压式水封自动控制，对水封控制管路进行设计，如图1所示。在水封的充水管路增加电动开关阀YM1、YM2，实现水封的充水控制。在水封排水管路增加液压操作阀YY1、YY2和电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4，通过电磁阀控制液压操作阀的开启和关闭，实现水封的排水控制。因闸门开启前，其水封需要完全排水，故其排水阀须安装在闸门底部，因闸门底部有水，考虑到防水问题，排水阀不能采用电动控制类阀门，故采用液压操作阀。而液压操作阀的控制电磁阀及水封供水管路部分安装在闸门顶部控制平台，方便人员操作和维护，环境不潮湿，能采用电动控制类阀门。在管路上安装有手动截止阀，正常情况下截止阀均为开启状态，当管路或其它阀门需要检修维护时，可手动关闭载止阀，断开水源。另外，在水封充水管路上安装有压力监视仪器（压力开关、压力表和压力变送器），将压力信号引入闸门控制系统，通过对管路压力的监视，可反应闸门充压式水封状态。
图1弧形闸门充压式水封自动控制管路图
3.2液压操作阀的选型和控制
液压操作阀是闸门充压式水封控制系统的关键设备，阀体采用不锈钢制作，在潮湿恶劣的环境下，不会锈蚀损坏。
液压操作阀主要由左阀体、右阀体、阀芯、阀座及密封件等零件零件组成。阀门按流向指示安装在管道上，接口A和接口B外接压力水源。当接口A通入压力而接口B卸压时，阀门关闭；当接口B通入压力而接口A卸压时，阀门开启。
液压操作阀的控制管路水压大小直接影响其正常控制，我们选用的液压操作阀控制水压设计值为0.8MPa。而我厂闸门充压式水封采用高位水池进行供水，水池与闸门底部高度差达到近120米，与液压操作阀控制管路电磁阀高度差近110米，水压差约1.1MPa。通过试验，该压力能正常控制液压操作阀开启和关闭。
3.3电磁阀的选型
液压操作阀控制电磁阀采用四个两位两通电磁阀，电磁阀控制电压为DC24V。考虑到闸门正常情况下为关闭状态，闸门水封处于充压状态，故需保证液压操作阀为关闭状态。其中YV1、YV4采用常闭型电磁阀，而YV2、YV3采用常开型电磁阀，这样，在不通电的情况下，就可保证液压操作阀在关闭状态。
3.4电动开关阀的选型
闸门充压式水封的充水管路采用电动开关阀控制，电动开关阀由电动执行机构和球阀共同构成，其电动执行机构控制电压为AC220V，电动执行机构带有全关、全开触点，通过触点的动作情况可反应电动开关阀的状态。电动开关阀带有手动摇柄，当电动开关阀不能远方操作时，通过手动摇柄也能实现阀门的开启和关闭操作。
4水封自动控制实现
闸门水封的控制器采用可编程控制器PLC，该PLC为泄洪工作闸门的控制器，并配备触摸屏，通过触摸屏画面操作闸门水封的自动充水和排水控制。
水封充水步骤：关闭电磁阀YV1——开启电磁阀YV2——关闭电磁阀YV4——开启电磁阀YV3，此时液压操作阀关闭，再开启电动开关阀YM1和YM2给水封充水。
水封排水步骤：先关闭电动开关阀YM1、YM2，再关闭电磁阀YV3——开启电磁阀YV4——关闭电磁阀YV2——开启电磁阀YV1，液压操作阀开启进行排水。
另，闸门控制柜上还配备各个电磁阀和电动开关阀操作按钮，通过操作按钮，也能实现水封的手动充水和排水控制。
5结束语
对洪家渡发电厂弧形闸门充压式水封控制进行研究，通过PLC控制电磁阀、电动开关阀，实现了闸门充压式水封的自动充水和排水操作。弧形闸门充压式水封自动控制的实现，提高了电厂闸门控制的自动化水平，避免了原操作人员上下爬梯时高处坠落的人身安全隐患，大大减轻了操作人员负担。
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作者简介：李安兴（1986年-），男，贵州织金，助理工程师，学士学位，电气二次专职，从事水电站运行和维护工作。