江尖泵站开度系统改造浅析

吴 钢

(江苏省无锡市城市防洪工程管理处 214044)

1 工程概况

无锡市江尖水利枢纽是无锡市城市防洪工程八大枢纽之一，位于大运河与古运河的交接处。枢纽由一座60m3/s的泵站和一座3m×25m的节制闸组成，是一座具有防洪、排涝、调水引流以及景观等多重功能的大型自动化水利枢纽。

枢纽泵站建成于2006年6月，堤身式布置，双进出水流道设计，安装有3台2500ZLWS-2型竖井式贯流泵，设计单机流量20m3/s，配套800kW的卧式异步电机。泵站每台机组出水侧各设有两孔事故门和两孔工作门，共计12扇闸门，均为直升式平面钢闸门，启闭设备采用的是QPPY-D-200kN型液压闸门启闭机，倒挂油缸设计，通常情况下闸门处于水面以下。

事故门、工作门开度设备采用的是WNAG-3500-K20-2-2型静磁栅闸门开度仪，限位装置采用的是LJ18A3-8-Z/BY型电子接近开关，静磁栅开度仪安装在闸门外侧，与闸门同高，通常情况下随闸门处于水下。

2 系统问题及原因分析

2.1 系统问题

自2006年枢纽投运以来，泵站事故门、工作门开度设备多次出现故障，严重影响到了泵站的正常运行，给泵站运行管理带来了很大的不便，常见有以下一些情况:

a.开度值无法正常显示，读数为0或*号。

b.闸门到位后，油泵无法自动停止运行。

2.2 原因分析

经检查，开度无法正常显示主要原因是开度设备静磁栅尺出现问题，而油泵不能自动停止运行是由于限位装置电子接近开关损坏。发现问题后，枢纽对产生上述问题的原因进行了详细分析，并对静磁栅开度设备和电子接近开关的运行进行跟踪观测。

经过一段时间的观测，发现主要有以下几方面原因导致问题的产生:

a.建设时，考虑到景观需要，事故门、工作门采用前后双胸墙结构，降低了闸门高度，常水位时，闸门门顶处于水面以下，导致随门安装的静磁栅尺也长期浸泡于河水中，河水的水压力和腐蚀性长时间对静磁栅尺外壳进行侵蚀，导致密封受损，使得河水渗入内部，引起内部电子元器件受损，从而导致测量数据的不稳定，产生读数为0或*号现象。

b.静磁栅尺在使用过程中不允许产生挠度，而实际工况中，当水泵开启时，大水流冲击使得静磁栅尺产生了轻微挠度，导致静磁栅尺外壳密封松动，河水渗入内部，引起内部电子元器件受损，从而导致开度设备损坏。

c.静磁栅尺是磁感应元件，测量杆上嵌入的是钕铁硼(NdFeB)磁性材料，高温下，磁性损失较大，易影响性能(材料最高工作温度80℃)。枢纽静磁栅尺随闸门安装于露天工况，处于阳光直射下，夏季高温时，烈日暴晒使其磁感应强度发生变化，从而导致测量数据不稳定。

d.除此之外，由于整个工作门、事故门平台位于露天环境，而静磁栅尺和电子接近开关都是普通电子元件，在雨、雪、露水等侵蚀下极易损坏，这也是导致开度、限位频繁出现问题的一个重要原因。

2.3 故障影响

a.泵站开停机时无法正确读取故障事故门、工作门开度值，影响正常开停机操作。

b.泵站运行过程中，无法确定闸门位置，无法观察闸门有无下滑状况，影响机组安全运行。

c.油缸到位后，由于限位装置损坏，PLC程序接收不到到位信号，油泵无法自动停止，油缸继续上升顶住上部支架，导致油缸压力上升，影响油缸使用寿命。

d.PLC控制程序对泵站事故门、工作门运行情况出现错误的判断，导致自动化监控程序出现错误报警，甚至无法开启闸门。

3 系统改造

为确保江尖枢纽泵站安全可靠运行，2010年11月经上级部门批准，枢纽对泵站1号机组工作门、事故门4台开度设备进行了试点改造。

3.1 改造技术要求

考虑到原有设计以及周围环境的实际情况，枢纽对改造后的开度设备提出了以下一些技术要求:

a.要求改造后的开度设备能在潮湿环境中可靠工作。

b.要求泵站运行产生的泵涌水流冲击对开度设备无影响或基本无影响。

c.由于设备安装于露天环境，设备要有良好的防雨、雪功能。

d.设备安装高度不能超过启闭机支架高度，不能影响美观。

e.设备要有自带可靠限位装置，不受雨、露水影响，不能另加限位杆，影响美观。

f.要有断电记忆功能，断电以后能记忆当时开度。

g.要求系统能直接与原有PLC、上位计算机之间正确通讯。

h.能采用12V直流电源供电。

i.能简单消除运行过程产生的累积误差。

3.2 设备选型

根据以上技术要求，通过设备比选，枢纽决定采用WDC-31型闸门开度仪设备配以GWS250型钢丝绳定位传感器成套设备，替换原有开度设备。

3.3 改造后系统特点

WDC-31型闸门开度仪是一种钢丝绳式开度设备，由 UDZ型编码器及 XX型显示器组成，配套GWS250型收缆装置。新的系统有如下特点:

a.具有良好的防水防潮功能。设备外壳采用铸铝精加工制作，密封性好，便于安装维护，同时内部线路板表面也做了防潮处理，能在湿度较大的环境中使用。由于设备露天安装的工况，为确保不受雨雪影响，安装过程中在开度仪外另制作不锈钢罩，从而更好地保护了设备，减小了不利工况对设备的影响。

b.供电及通讯情况。该套设备可采用9-12V直流电源供电，同时内置3.6V锂电池，可在断电后保证数据不遗失。设备内有单片机，可进行高度换算等功能，输出接口为RS485，可采用MODBUS等多种通讯协议(枢纽采用的为MODBUS协议)，能使原PLC与上位计算机直接通讯。

c.结构简单。该系统设备主要由编码器和钢丝绳定位传感器两种设备集成，结构相对比较简单，体积小，安装方便。整个设备集成后外观尺寸为350mm×250mm×200mm，可以安装在启闭机油缸支架一侧，且不超过支架高度(支架高350mm)，不影响美观。收缆装置集成了小型机械式限位装置，无常规限位装置的限位杆，保证了设备不影响周围环境。

d.性能可靠。ⓐ在收缆装置方面，按要求采用了进口不锈钢多股钢丝绳，可以防止河水腐蚀，恒力钢带采用了专用弹簧(采用进口不锈钢材料制作)，能保证在整个过程中恒定的收紧张力，以避免钢丝绳的来回程偏差及松弛不定，保证长期抗疲劳强度;ⓑ钢丝绳测量轮直接通过联轴器与编码器联动，将连接误差降至最小，保证了测量精度;ⓒ该套设备水面及水面以下仅有钢丝绳部分，泵站运行时产生泵涌水流冲击对其基本无影响，保证了测量数据的可靠;ⓓ设备设有复位键，对于长时间运行产生的累积误差可以通过复位键直接清除。

3.4 改造后系统的使用情况

系统改造后，通过近半年的试运行，虽然在使用过程中设备出现了钢丝绳卡阻、限位调整难等问题，但是系统在稳定性、故障发生频率等方面均有很大程度提高，改造的系统具有结构简单、工作可靠、环境适应性强、维护方便、操作简单等特点，尤其在水质较差及雨、雪等工况下均能正常运行。鉴于目前实际的使用情况，枢纽计划在下阶段把该型开度设备推广应用到泵站其他两台机组的8扇工作门、事故门上。

4 结语

总的来说，枢纽原有开度设备静磁栅尺具有测量精度高、维护方便等特点，在使用过程中也体现出了一定的优势，但由于枢纽工况条件的限制，使得静磁栅尺损坏过于频繁，而新系统在适用环境、稳定性及可靠性上具有明显优势，也促使枢纽决定对全套开度设备进行改造。在今后的运行管理中，我们还将不断加强观测，加强设备的维护，加强经验总结，充分发挥该套设备在枢纽的运行效益。

1 郑建红，李晋.关于泄洪底孔闸门开度测控系统改造分析［J］.科学情报开发与经济，2007，17(10).

2 贝乐，温海燕.静磁栅开度仪在江尖水利枢纽的应用［J］.江苏水利，2010(5).