人字门船闸常见闸阀门运行故障分析与处理

宋端想

摘 要：在船闸水工结构中，闸阀门是船闸最重要的设施之一，也是船闸枢纽中最大的运转件。但是，闸阀门运行受水头荷载、水下障碍、启闭机械、电气系统和控制设备等诸多因素的影响，在运行过程中易产生故障。基于此，本文主要介绍苏北运河最常见的人字门船闸的闸门、阀门运行中常见的故障，并提出具体的改进措施。

关键词：人字门；闸阀门；运行故障

中图分类号：U641.8 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）17-0116-03

Analysis and Treatment of Operation Failure of Common

Gate Valve in Herringbone Gate Lock

SONG Duanxiang

Abstract： In the hydraulic structure of shiplock， gate valve is one of the most important facilities of ship lock， and it is also the largest operation part of ship lock hub. However， the operation of gate valve is affected by many factors， such as water head load， underwater obstacle， open and close machinery， electrical system and control equipment. Based on this， this paper mainly introduced the common faults of gate and valve in the most common miter gate locks in Subei canal， and put forward specific improvement measures.

Keywords： miter gate；gate valve；operation failure

1 研究背景

京杭运河苏北段全长404km，现已全面建成国家二级航道，是我国重要的南北货运大通道。自徐州蔺家坝至长江六圩口，全线共设立10道梯级船闸，除解台船闸、刘山船闸为复线船闸外，自宿迁境内皂河船闸至扬州长江口的施桥船闸已全面建成三线船闸，共计28座，阀门类型均为钢质平板提升门，闸门采用人字门的船闸有20座。据统计，单闸平均年开放闸次达120 270次。这些船闸为江苏及华东地区经济社会发展做出了突出贡献，但同时，高密度的运行对船闸闸阀门技术带来了一定的压力和考验，经常出现一些小的故障，如阀门无法落到位、无法提阀、运行缓慢；闸门运行左右岸同步性差，或者闸门运行缓慢等。基于此，本文主要分析人字门船闸常见闸阀门的运行故障，并提出针对性的解决对策。

2 限位开关引起的闸阀门故障

限位开关作为船闸控制系统重要的外设仪器，负责闸阀门运行幅度控制及闸阀门运动位置检测及反馈的任务，保障闸阀门门体动作的安全和启闭机械液压油缸行程的安全。但是，限位开关受本身质量良莠不齐及使用环境和使用寿命的影响，常出现触点锁死或者中继氧化的故障[1]，导致闸阀门出现不同的故障现象，而养护技术人员单凭肉眼很难迅速辨识出故障根源，常需要按步骤进行故障诊断，对启闭机系统、水下障碍和供配电系统进行逐一排查，这种方式较为浪费时间。

2.1 限位开关触点锁死引起阀门不动作

2.1.1 故障现象。阀门提落绿灯常亮，落阀到位，无法提阀。

2.1.2 故障排查。排除启闭机故障和水下障碍后，可初步判断故障来自电气控制系统，进一步的排查步骤如下。①阀门关到位室，用值班室操作台按钮和手动控制柜操作提阀门，系统无动作；②用上位机的提阀门，组态软件显示阀门已提到位；③查看电气柜信号灯，阀门落到位，指示灯和提阀到位指示灯都亮，可判断故障来自中继或行程开关；④查看控制柜内中继，阀门提阀到位，中继和落閥到位，中继均得电吸合，排除中继故障，进一步确定行程开关及限位开关故障；⑤查看现场阀门实际位置在落阀到位，行程开关的限位撞块抵住落阀到位的开关摇臂，触发落阀到位信号；⑥查看提阀到位开关，拨动摇臂，形态正常，提阀到位信号常在；⑦拆开提阀到位限位开关外壳，发现内部潮湿，触点生锈，用万用表检测常开触点，发现常开触点常闭，导致限位检测回路导通，提阀到位信号常在，无法提阀门。

2.1.3 故障分析。限位开关自身质量问题或者使用寿命到期，其密封圈老化，窜入水汽；或者限位开关外接线缆接口处密封措施不到位，雨水或者打扫卫生时水沿着线缆渗入限位开关内部，导致触点生锈，形成回路。

2.1.4 解决办法。更换限位开关，故障排除。

2.2 限位开关DC24V供电故障引起人字型闸门关闭到位时撞门

2.2.1 故障现象。人字形闸门关门时，左右岸闸门可同步可不同步，在关门到位时发生撞门现象，门体抖动，声响巨大。

2.2.2 故障排查。在排除启闭机故障和水下障碍后，进一步的排查步骤如下。①查看闸门启闭机油缸的行程开关，前置限位器正常抵住挡块，排除行程竿位置变动故障；②手动触发前后限位开关摇臂时，常开触点闭合，常闭触点打开，限位动作正常，排除限位开关卡死不回弹的机械故障；③拆检前置限位开关，用万用表检测触点，未形成回路，限位开关触点正常；④再用外用表检测两端DC24电压，检测发现触点两端电压不足；⑤再测量关到位中继，手动触发摇臂，限位开关触点闭合，中继线圈电压不足，可判断限位开关供电电压低，中继不吸合，仔细观察限位开关的线缆端头，已经氧化发黑，致使回路接触不良，压降较大，中继不吸合，故障来自限位开关供电线路。

2.2.3 故障分析。人字形闸门启闭机油缸行程开关均为前后双限位，一前一后布置。正常情况下，行程监测由前置的限位开关负责，基本触发不到后置的开关。但是，当前置限位开关供电故障时，闸门关闭动作发生，限位挡块虽触发前置限位开关，但中继不吸合，无反馈信号入PLC设备，油缸未收到行程到位的信号，继续运行，直至行程竿挡块触发后置的限位开关，闸门才停止运行，此时闸门已经发生碰撞。

2.2.4 解决方法。检查或更换DC24V供电线缆，限位开关得电正常，故障排除。

3 开度仪引起的闸阀门故障

开度仪是指用于检测闸阀门启闭机油缸活塞杆行程的测距仪。在苏北运河船闸上，开度仪分为内置式和外置式两种，内置式是安装于闸阀门活塞杆内部的磁感应式测距仪，外置的有拉绳式测距仪和激光式测距仪。开度仪在船闸电气系统中实时检测闸阀门的开度状态，从而完成左右侧闸阀门的同步、变速运行。通过PLC将开度数据模拟在船闸操作系统组态画面中[2]，可直观反馈给操作人员。开度仪故障会严重影响闸阀门的运行，导致闸阀门运行速度异常，变快或变慢，两侧闸阀门不同步，泄水、涨水速度变快或变慢，易对闸室内的船舶造成较大的安全隐患。

3.1 开度数据显示不准确导致闸阀门运行速度异常、左右岸不同步

3.1.1 故障现象。闸门运行速度突然异常，自开门起动到关门到位，慢—快—慢。变速丢失，反之亦然，左右岸不同步；阀门提起动作异常，阀门自落阀到位至提阀到位速度异常，动作缓慢或速度变快，导致闸室涨消水速度过快，易造成闸室船舶受水流冲击，从而发生断缆事故；或者涨消水速度过慢，影响船闸运行效率。

3.1.2 故障排查。①检查操作系统组态画面显示情况；②开度一直没有数据的情况下，检测开度仪的输电流信号；③如果输出电流在可测得范围内（4～20mA），可排除开度仪自身故障，继续检查接线情况及线缆情况；④若开度仪没有电流输出，则判断开度仪自身故障。

3.1.3 故障分析。根据开度仪的形式分别判断故障。一是内置式开度仪是安装于闸阀门活塞杆内部的磁感应式测距仪，在厂内安装，安装于活塞杆内部，故障原因主要是该测距仪属于接触式仪器，其设备本体跟随活塞杆有杆腔的运动而运动，而活塞杆连接闸门和阀门，运动时门体的跳动、震动或碰撞，产生的力会沿活塞缸传导至仪表本体，磁感应线圈会受到损伤，导致测量不准确。而该仪表必须从活塞杆内拆除，无法对其进行日常维修。二是外置式开度仪。苏北运河船闸采用较多的是激光测距仪，其原理是采用红外光反射测距，仪表本体安装于活塞杆尾部，反射板安装于限位撞块上，跟随限位撞块一同运动。红外光从仪表本体射出，打至反射板上再反射回仪表本体，日常维护量小，仅需用干布擦拭仪表镜头灰尘即可。测量发生误差时，通过仪表本体按键对仪表的4～20MA信号和距离重新标定，PLC程序对开度和测量值换算参数重新整定。

3.1.4 解決方法。①开度仪自身无故障的情况下，重新连接线缆，通过PLC编程软件和组态软件纠正显示偏差，故障排除；②开度仪自身故障，更换开度仪，重新连接PLC系统进行调试。

3.2 开度仪引发闸阀门运行故障的思考

内置式开度仪因其安装在油缸内部，易受闸阀运转时外部因素干扰而发生故障，日常无法对其进行维护，一旦发生故障，只能返厂维修，造成断航。目前，苏北运河船闸正在逐步淘汰此类开度仪。外置式开度仪主要是激光测距仪，因其安装在油缸外部，同样容易受闸阀门运转的外部因素干扰，如底座紧固件松动、反射板跳动，致使红外光反射偏转。而经过技术改良可以克服此类情况的发生，如选择漫反射类型激光发生器，选择定制的反射板。闸阀门运行过程中发生类似情况，养护人员首先要检查组态画面中开度仪的数据显示，进而排除是否是开度仪自身故障，然后再根据不同类别的开度仪选择对应的处理措施。

4 二次控制回路故障引发闸阀门故障

船闸电气系统的电路分别由一次拖动回路和二次控制回路组成[3]。其故障的发生也存在区别。一次拖动回路线路简单明了，其故障较为明显，容易判别；二次控制回路线路较为复杂，引发的闸阀门运行故障五花八门，发生故障不易判别，最常见的故障是闸阀门运行明显缓慢。

4.1 故障现象

闸门开门正常，关门动作缓慢，阀门落阀正常，提阀缓慢。

4.2 故障诊断

①检查闸阀门运行速度控制设备，检查泵站的速度控制设备。苏北运河船闸启闭机泵站有变频器控制电机和比例泵两种形式，分别检查其是否正常。②检查泵站油量、油温是否正常，电机转动是否正常。③检查泵站电磁阀，分别对应测量闸门关门时闸门开门电磁阀是否得电，阀门提阀时落阀电磁阀是否得电。④逐一拆卸电磁阀供电插头，闸门关闭时拆下开门电磁阀供电插头，闸门关门运行速度明显加快，判定为关门电磁阀同时得电，从而引发故障；阀门提阀时拆卸落阀电磁阀供电插头，提阀速度明显提高，判定提落阀电磁阀同时得电，引发故障。

4.3 故障分析

苏北运河船闸的泵站工业设计较为紧凑美观，闸门的关门和开门电磁阀紧靠在一起布局，阀门的落阀和提阀电磁阀同样紧靠在一起布置。电磁阀供电插头受泵站震动会出现松动的现象，触点回退从而使阀件壳体整体带电，导致关闸门运行时，关闸门中继得电闭合的同时开闸门中继也得电闭合，从而导致开门油路和关门油路同时打开，液压油同时进入有杆腔和无杆腔，闸门关门运行背压大，而导致速度缓慢，阀门故障原因同上。

4.4 故障解决

重新制作电磁阀供电插头，压接牢靠，故障排除。

5 结语

人字门船闸闸阀门常受外部因素影响而发生故障。对于因水下障碍和启闭机械等直观原因引起的故障，船闸养护人员可以第一时间排查和处理；对于供配电系统或者控制系统故障引起的闸阀门停摆，也常能按技术规程快速给予辨识和解决；而对于像限位器、开度仪这类细小设备常会疏于保养，故障发生时也常常难以第一时间从此类小的设备零件上进行排查。对于像阀件供电插头松动回退、按钮触点接触不良和接线端子松动等不明显的故障现象，难以凭肉眼直接观察。这就要求养护人员认真落实船闸日巡查制度，改变设备巡查中能听不看，能看不动手的惰性思维，要善于从细小处发现问题，用万用表等检测设备进行检测，不能依靠主观进行判断，从而准确辨别细微差别，防患于未然，确保苏北运河船闸安全畅通。

参考文献：

[1]苏禹.船闸电气隐性故障分析及解决方法[J].江苏交通科技，2011（3）：28-29.

[2]张雷.PLC控制技术在船闸电气控制系统中的应用[J].中国水运，2009（5）：3-4.

[3]京杭运河江苏省交通运输厅苏北航务管理处.船闸电气故障维修手册[Z].2017.