向家坝升船机活动桥及运行稳定性研究

刘峰 姚明明

摘 要：活动桥是一种桥跨结构可以转动的桥梁，其启、闭操作比较迅速、容易，对河道造成的障碍最小。为满足河道及陆地上的交通，活动桥需频繁开启、关闭，因此活动桥的稳定、可靠性直接影响通行效率。本文结合向家坝升船机活动桥设计实例，介绍了活动桥的基本结构及控制方式，并以活动桥行程稳定性这方面进行分析，探索活动桥控制系统中影响活动桥行程稳定性的主要因素。

关键词：升船机;活动桥;传感器

中图分类号：U642           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）09-0086-02

向家坝水电站是金沙江梯级开发中的最后一个梯级，位于四川省与云南省交界处的金沙江下游河段。

向家坝水电站通航建筑物布置在枢纽左岸，采用全平衡齿轮爬升螺母柱保安式一级垂直升船机。升船机由上游引航道、上闸首、船厢室段、下闸首和下游引航道几部分组成，全长约1530米。

1活动桥的布置及组成

1.1活动桥的布置

活动桥布置在上闸首事故检修闸门后、上闸首航槽顶部384.00 m高程平台上，用于连接上闸首航槽两侧的交通。

1.2活动桥的组成

活动桥主要由活动桥、固定桥、活动桥锁定装置、活动桥启闭油缸及泵站、活动桥及固定桥埋件、活动道闸装置等设备组成。活动桥采用单臂仰开式，升船机在上游高水位过船时，活动桥绕一端的支铰转动向上开启，以保证通航净空要求，平时活动桥处于关闭状态，桥面高程与坝面齐平，车辆、行人可通过。活动桥结构如图1所示。

2活动桥的控制

2.1液压装置

活动桥的启、闭由一套液压装置驱动。液压装置包括液压驱动装置及液压锁定装置。液压驱动装置组成包括：二套液压缸总成及支铰轴承、支座、相应埋件、 行程检测和指示装置、行程限位装置，一套液压泵站、液压管路系统。液压驱动装置安装在活动桥左侧下部，液压泵站安装在机房内。液压驱动装置总体布置形式为双作用点，缸体两端球面支承，单作用液压缸。液压锁定装置安装在锁定支座侧面，同液压驱动装置共用一套泵站。

2.2电气控制设备

活动桥液壓装置通过一套电气控制设备控制，电气控制设备主要组成包括：一套罗克韦尔PLC控制器、触摸屏、电源模块、通讯模块、格雷码转换SSI模块等。活动桥的控制方式可分为集控、现地和检修三种模式，三种模式可由控制柜上把手切换。触摸屏可实时显示活动桥各项参数，以及检修模式下单电磁阀控制。

3活动桥的控制流程

活动桥的左右油缸上各安装一套拉线式行程传感器，集控或现地发启/闭桥令，液压油泵启动，相应电磁阀动作，活动桥开启或关闭。在活动桥动作过程中，PLC实时采集左、右油缸传感器行程值，当左右油缸行程偏差大于5mm时，控制系统通过比例电磁阀调整左侧油缸流量，以实现控制其速度，从而达到与右侧油缸同步的目的。

4 活动桥行程问题概述

4.1问题概述

活动桥行程准确及稳定性直接影响到活动桥安全稳定运行，但由于硬件质量、外部环境、软件可靠性等因素影响，活动桥运行过程中行程出现偏差导致无法正常运行。

活动桥在全开状态下，由于自身重力及大风等因素影响，长时间开启状态下活动桥会有下滑现象，当活动桥下滑至穿销孔压住锁定销轴时，就会导致锁定销轴无法退出，因此在控制系统中设置了预提程序，其预提行程区间为-30 mm至30 mm。活动桥全开到位正常锁定的穿销区间为-10 mm到18 mm。当集控发落桥令时，若活动桥下滑，未处于全开到位穿销区间，但处于预提区间，则启动预提程序，将活动桥起升至穿销区间。

2019年12月2日，调控室集控发落桥令后，制系统未执行预提流程，故障信息显示锁定解锁超时故障。现场检查发现控制柜触摸屏显示活动桥综合行程值为18 mm，而活动桥销孔一侧已压住销轴，活动桥锁定销轴无法退出。

4.2问题分析

活动桥油缸行程传感器反应的活动桥行程值是正常穿销区间，未达到预提条件，而活动桥的实际位置已下滑，且销孔已压住销轴，活动桥的实际位置已不处于正常穿销区间，需执行预提程序。故可判断，行程传感器反应的位置与活动桥实际位置出现偏差，传感器不能准确反应活动桥位置。查询服务器数据，发现活动桥全关时行程有变小趋势。

分析活动桥行程变小的可能原因：①传感器的钢丝绳固定不牢，长时间运行后出现松脱，导致行程缩短;②传感器接线出现虚接、松动等导致信号间歇性丢失;③SSI模块故障，导致读取数据不准确;④传感器本体故障。

4.3问题处理

4.3.1检查传感器钢丝绳

活动桥传感器本体固定在油缸缸体上，钢丝绳拉出后穿过活塞杆支杆，并使用卡扣固定。处理方法：松开钢丝绳卡扣，调整钢丝绳拉出长度，将左、右油缸行程值调整至25 mm左右，拧紧卡扣螺丝，并用记号笔在钢丝卡扣处做好标记。集控发落桥令，活动桥预提后退锁定，正常关闭。

处理结果：运行一个月时间后，活动桥又出现行程缩小趋势，检查钢丝强卡扣处的标记，发现钢丝绳未出现滑脱。因此可排除卡扣松脱的故障因素。

4.3.2检查传感器接线

检查传感器端至SSI模块端的接线，未发现有端子松动。使用绝缘电阻表检查信号电缆的线间及对地绝缘，绝缘阻值均正常，故可排除传感器接线问题。

4.3.3检查SSI模块

活动桥油缸行程传感器的编码器输出信号为格雷码，格雷码信号接入SSI模块，SSI模块将格雷码转换成二进制码后通过控制网接入控制器CPU。若SSI模块出现故障也可能会导致传感器行程值出现偏差。

处理方法：检查SSI模块，外观无明显损坏。为排除SSI模块内部故障可能，更换SSI模块。

处理结果：运行一个月左右时间后，查询服务器数据，发现油缸行程值仍有变小的趋势，因此可排除SSI模块的问题。

4.3.4检查传感器本体

若传感器本身精度及可靠性不足，长期运行过程中累积误差增长过快就会导致测量值不准。而影响传感器的精度及可靠性的因素有很多，传感器本身的质量、安装精度、环境因素等。向家坝升船机活动桥油缸所使用的传感器可能本身的可靠性就不足，且传感器属于露天安装，工作环境存在大量油、水，而防护等级不满足当前使用当前环境。

处理方法：更换可靠性及防护等级更高的传感器，经多方对比，最终选择了可靠性及防护等级更高的传感器，其防护等级达到了IP67，满足向家坝升船机活动桥使用环境。

处理结果：运行一段时间后查询数据，油缸行程值未发生变化，活动桥运行稳定。

5控制系统优化

传感器在安装、调试、运行等过程中，会出现一定的累积误差，为消除误差活动桥控制程序中设置了误差补偿值，其所需的补偿值也可能会发生变化，因此将程序内的补偿值设置为变量，并在触摸屏上组态输入框，可在管理员权限模式下修改。若长时间运行后发生行程偏差，在计算出补偿值后可直接在触摸屏上输入补偿值，节省处理时间，提高工作效率。

6结语

向家坝升船机活动桥目前运行稳定，但影响活动桥稳定运行的因素很多，本文只是对活动桥的行程稳定性一方面进行了分析，笔者结合自身的故障处理过程总结了一些方法。希望能对相关的行程问题处理提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]毛明令， 杨立， 丁正中， 等. 长江三峡水利枢纽升船机活动桥设计研究[J]. 河南科技， 2015，6： 47-49.