电气自动化闸门在水电站中的运用

刘书奇

摘 要：当今社会，网络计算机技术和自动化技术的快速发展，使得自动化技术也进入了一个快速发展的时代。面对水电站管理水平要求的不断提高，将自动化技术应用到水电站闸门的设计中成为了水电站今后重要的建设方向。该文介绍了电气自动化闸门的组成结构以及其在水电站中的应用，并对今后水电站自动化技术的发展做出了展望。

关键词：电气自动化  自动化闸门  水电站

中图分类号：TM622    文献标识码： A  文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0071-01

1 自动化闸门结构设计

1.1 闸门梁系设计

多数自动化闸门的梁系都采用多主横梁同层结构布置，除了底部主梁之外，闸门的上部主梁的荷载都要均等分布，主梁的截面也要尽量相同，这样可以方便施工。底部主梁的类型选用双腹板箱型，为了配合闸门底槛下游侧存在的偏角，同时还能减少门底底部主梁以下部分悬伸长度、满足底部主梁到底止水的距离符合地缘布置的要求，以减小底部主梁的荷载，所以应设计一个合理的下游倾角和底部主梁与底槛的夹角。

在计算主梁荷载时可以采用相邻间距和之半法、力矩法以及连续梁法等等，前两种方法虽然比较常用，但是并没有涉及到纵梁对主梁的约束作用，只考虑到了水压力的作用。目前多数的闸门，由于构造方面的原因，纵梁需要与主梁的高度一致，作为一个超静定的计算问题，在对主梁闸门的荷载进行计算时，要考虑到在经过主梁的分隔后，纵梁的跨度是十分小的，同时相对于纵梁来说，主梁的刚度相对较小。在之前的闸门设计中，由于要对连续梁内力进行多次超静定的计算，整个计算过程过于繁琐复杂，所以一般都会采用相邻间距和之半法和力矩法两种。这两种方法在进行计算时会有较大的误差，如果将闸门设计成多节来配合假定的体系，在设计和制造的过程中又过于复杂，这将会对闸门的整体刚度造成严重的影响，避振的效果就会大大削弱。

如今，随着计算机技术的快速发展，计算机和一些工程软件的应用也越来越广泛，对于连续梁内力的多次超静定的计算已经变得非常快速和简单。因此，连续梁法更适合在今天来计算主梁的荷载。在采用连续梁法计算主梁的荷载时，以闸门的传力特点来分析，将纵向单位宽度面板作为支撑于主梁上的连续梁，更能接近于主梁结构的实际受力情况。然后利用计算机和相关工程软件进行计算即可得到每个主梁的支反力，也就是主梁所承载的单宽荷载，然后将计算结果相加即可得到主梁荷载。计算出结果后，按照受均布荷载的简支梁进行主梁结构的设计。这种方法得到的计算误差非常小，还不需要将闸门进行分支设计，在进行设计时比较简单，设计起来效率就会比较高，同时这样的设计闸门结构比较简单，整体的刚度还得到了加强，使得闸门的避振效果大为改善。

1.2 闸门主支撑设计

如今，随着新技术的不断发展，各种新材料也在不断地出现并被运用到闸门主支撑的设计材料中来，为了方便布置，已经产生了水工专用的关节轴承。以后置式带轮架线接触简支轮为例，主轮轴采用的是自润滑关节轴承可以确保滚轮的线接触性，保证了大跨度、高轮压的主支撑轮的设置。主轮的支座采用的是偏心轴套，可以克服传统偏心轴所造成的密封偏心问题。主轮按照近似等荷载布置，可以充分利用材料，然后利用计算机和相关的工程软件进行计算即可得到每个主轮的支反力，也就是主轮所承受的荷载。

2 闸门在工程运行中的运用研究

2.1 闸门结构振动特性研究

对闸门结构振动的研究内容包括振型、质量、刚度、阻尼参数、固有频率等等。在结构体型确定的情况下，闸门结构的固有特性也是确定的，闸门结构是否会发生剧烈的振动与这些特性具有很大的联系，在实际的工程运行中要密切关注闸门出现较大振动的工况。

2.2 闸门水弹性振动研究

在闸门运行的过程中，闸门的结构会在水的动力作用下产生振动。所以，要对闸门在振动时的加速度、动位移以及动应力等参数进行精确的测取，并且研究在不同运行水位和不同的开度条件下闸门的振动特性是否相同，从而寻找闸门振动的原因，并研究减振的措施。

2.3 闸门水动力荷载研究

水流荷载和闸门结构动力特性的不利组合是闸门在运行过程中出现强烈振动的根本原因，尤其是二者发生共振的情况下，闸门的振动产生的危害更为严重。所以要对闸门发生振动的外部因素尤其是水动力荷载对闸门的作用进行深入的研究。

3 水电站自动化建设的展望

随着自动化技术的飞速发展，同时对于水电站管理水平要求的不断提高，今后自动化技术在水电站中的应用也将不断地深入。

3.1 水电站无人值班技术的推进

无人值班技术是水电站自动化水平运用的重要标志。无人值班技术除了要将高性能的控制元件和自动化元件应用到水电站中之外，还要提高无人值班技术的可靠性，比如采用智能控制回路和先进的智能传感器等等，以达到简化复杂环节的目的。

3.2 数字化技术生产数据平台的构建

如今，网络计算机技术和信息技术在水电站建设中的应用越来越广，包括监控系统、分析系统、消防系统、生产管理系统等在内的各个系统都开始采用智能设备。针对水电站设备数据信息量庞大、数据采集频率高等特点，今后水电站应构建数字化技术生产数据平台，加强大型通用实时数据库基础软件的应用。

4 结语

水电站电闸电气自动化的实现，加强了水电站的科学管理水平，对于水电站正常的工作指导和事故处理操作指导具有很大的显示意义。电气自动化电闸既解决了以往水电站在水库蓄水、泄洪以及水电站发电等方面的难题，而且还增加了水电站运行和工作的安全可靠性，为社会和经济带来了巨大的效益。

参考文献

[1] 王树勇.水电站闸门自动化典型问题研究[M].南京：河海大学出版社，2011.

[2] 王开春.水电站自动化建设30年回顾与展望[J].自动化仪表，2011（7）.

[3] 蒋传文.闸门自动化在水电站中的应用与分析[J].黑龙江水利科技，2012（11）.endprint