浅谈水电站闸门启闭机液压系统现场调试及维护

余德沙，周 益，毛延翩，贾 鑫，周 扬，董万里

(中国长江电力股份有限公司溪洛渡水力发电厂，云南 永善 657300)

水电站水工金属结构是水利水电工程的重要组成部分，是保证大坝和工程安全的重要设施。某水电站水工金属结构具有设备种类多、吨位规模大、闸门尺寸大和运行水头高等特点，主要由泄洪系统、引水系统及尾水系统等建筑物的闸门(拦污栅)、启闭机、埋件以及各种附件等组成[1]，其中液压启闭机闸门共38扇，液压式启闭机共49台。电站液压启闭机2013年投入运行，至今已使用7年时间，本文以该工程液压启闭机调试、维护为例，总结出水电站金属闸门启闭机液压系统的结构特点、现场调试和维护保养方法，为国内外水电站水工金属结构液压启闭机的设计、安装和运行维护提供宝贵经验。

1 液压系统结构特点

某水电站泄洪深孔、溢流表孔、泄洪洞进水口快速事故闸门和交通洞防洪闸门均是依靠液压式启闭机完成启闭工作。由于孔口宽度较大，溢流表孔和泄洪洞工作弧门采用双吊点双油缸同步运行方式；泄洪深孔进水口快速事故闸门和交通洞防洪闸门采用单吊点单油缸运行方式。

对于水工金属闸门液压启闭机，其液压系统均采用开放式液压回路，即液压回路中设置油箱，回油和吸油均需要通过油箱，油箱与大气相连通。其基本结构是由泵源回路、压力控制回路、方向控制回路、同步回路(双吊点形式)、锁紧回路、差动快速回路(快速门)等基本回路所组成。基本回路的组成、功能及特点，液压传动的相关教材上有详尽的讲解，这里不再赘述。以一台液压系统为例，水工金属闸门液压启闭机液压系统基本回路的组合方式基本是由以下顺序组合，进行能量转化并控制执行机构，从而实现闸门的启闭功能：电能→泵源回路→压力控制回路→方向控制回路→同步回路(双吊点形式)→锁紧回路→油缸(执行机构)，见图1。由于各式闸门的工况有所不同，液压式启闭机也会根据闸门的不同工况设计使用不同功能形式的基本回路。

图1 水工闸门液压系统基础回路组成示意图

2 液压系统调试技术要点

液压系统的调试工作是指液压系统完成厂家生产试验、现场安装、管路现场配管焊接、管路酸洗处理完成且验收合格后，所进行的系统功能试验和参数调整工作[2]。

2.1 调试的方法步骤

液压系统的调试工作主要包含以下内容：①调试前的准备，检查电控设备、压力变送器等各传感器情况；检查阀件初始位置状态、手动阀门的初始位置状态；完成油泵、油箱和油缸内液压油的注入；②泵源试机，检查电机正反转，听泵运行的声音，响声应均匀平稳，没有冲击振动；③阀件功能试验，电磁阀阀件动作和反馈正常，阀件无卡阻动作灵活；④系统排气，适当提高系统溢流阀的压力，打开系统管路、油缸、阀块上的排气阀尽可能将气体排出；⑤耐压试验，根据行业标准《NB/T 35051-2015水电工程启闭机制造安装及验收规范》要求，额定压力小于等于16 MPa时，试验压力为额定压力的1.5倍；额定压力大于16 MPa小于等于19.2 MPa时，试验压力24 MPa；额定压力大于19.2 MPa时，试验压力为额定压力的1.25倍，试验压力保压2 min[3]；⑥无水联调，在闸门非浸泡或非挡水状态下，根据行业标准要求，进行闸门的启闭和闸门下滑试验，过程中分别对系统的压力、流量、运行速度、行程检测、各传感器参数，电控系统程序、远控数据和命令传输等进行调整、设定和检验；⑦有水试验，在闸门静水和动水条件下进行启闭试验，验证启闭机压力、速度、行程等技术参数是否满足设计要求[4]。

2.2 调试过程中的注意事项

1)调试工作前，调试人员应认真阅读系统说明书、液压系统原理图、电控系统原理图、控制程序逻辑图、调试大纲等文件。

2)液压油注入前建议对油箱、油缸、管路的内部进行检查，难以检查的部位可借助工业内窥镜进行，确认内部整洁干净且无杂物后，方可注油。

3)油泵电机启动前，应当检查电机和电缆对地、相间的绝缘性；检查油泵注油孔内是否已预先注满液压油；检查各手动阀门的状态是否达到可调试运行的初始状态；控制系统压力的溢流阀调至最低压力位置；系统流量控制阀调至小开度位置；检查电磁换向阀等阀件的手动操作机构是否释放。

4)启动电机时先进行点动操作，检查电机转动方向是否正确。

5)系统排气时，使用系统测压接头连接测压软管的方式进行排气，可将软管放置于油桶内油液液面以下，并在油桶上覆盖抹布等物，防止油雾扩散。

6)耐压试验升高系统压力时不可一次性达到试验压力，必须从低到高逐渐分级进行，每升高一级，保持至少2 min，并检查管路和各接头处是否渗漏，如发现渗漏，立刻停止试验，泄压后处理渗漏部位，处理完毕后，耐压试验重新从低到高逐渐升压进行。

7)油泵流量的调整决定了执行机构(油缸)的运行速度，手动变量泵可通过操作油泵上的手柄或整定螺杆进行调整，如果泵出口管路安装有PQT检测装置，可直接将检测仪器接入读取流量值Q，如果没有安装PQT检测装置或其他高压流量检测计，在调试时往往会在回油管路上临时使用低压的流量检测计，由于液压油存在一定的可压缩性和温度的影响，泵出口流量Q泵和实际测量出的流量Q会有所偏差，此时可通过一个简单公式进行修正：Q泵=Q回[1-C(P泵-P回)+α(t泵-t回)]，其中：C为油液可压缩率；α为油液的膨胀系数；P为油液压力；t为油液温度[5]。

3 日常维护与常见故障处理

3.1 液压系统的日常维护

液压系统的日常维护保养是提高水利工程质量，确保其可靠运行、延长其使用寿命的必备条件，分为日常巡检、定期维护保养两种方式。

1)日常巡检是指不操作设备的情况下按规定的流程和项目进行的一种巡视和检查，目的是及时发现设备故障、缺陷[6-7]，一般一周一次。巡检内容为：检查油缸行程是否在合理的范围内；检查油温是否在正常工作区域；检查油位是否在正常范围内；检查油缸、油管、阀块等结合面是否有渗油现象；下滑提升的次数记录和分析；记录和处理PLC操作面板内各种故障信息；检查油箱顶部的空气滤清器中变色硅胶是否需要更换等。

2)定期维护保养是指根据设备本身特性所要求的局部或单项维护周期规定所进行的检查、维护、更换配件等工作，一般一年一次。维护保养内容为：①电机试验：检查绝缘、启停控制及转向和运行状态检测；②液压系统压力继电器的功能试验：检查系统超压保护、启门超压保护、启门失压保护、闭门超压保护；③液压启闭机试验、液压设备和电控设备检查、清扫、压力整定；④液压启闭机试验、液压设备和电控设备检查、清扫、压力整定。

3.2 常见故障诊断和排除

在水工金属闸门启闭机液压系统中，常见的液压阀如：溢流阀、减压阀、顺序阀、换向阀、单向阀、节流阀、调速阀、插装阀、平衡阀等，以及较为复杂并加入电控装置的伺服阀、比例阀等，虽然液压阀件形式多样，但组成液压阀的元件主要都由外壳、弹簧、阀芯、电磁铁、阀芯位置检测装置、手动操作机构、密封件等部分组成，较为复杂的阀件如先导式液动换向阀、先导式溢流阀、调速阀等也均是由多个简单结构的阀件叠加组成，以满足特定流量或压力的控制要求。下面对常用阀件可能出现的故障类型、原因及处理的方法，做一个简单的归纳，以供参考：原因及处理方法见表1。

表1 常见液压阀件故障类型、原因及处理方法

续表1

4 结 语

液压启闭机作为重要的水利水电大型液压机械，与其他机械式启闭机相比，拥有传动效率高、故障率低、运行过程稳定以及良好的带载锁定功能，在不少应用场合已成为不可替代的解决方案。水工金属闸门启闭机液压系统的现场调试直接影响着启闭机设备的后期使用，多数情况下，现场调试人员依据自身的工作经验和判断分析，解决现场安装调试中系统出现的各类问题。本文通过某电站水工金属闸门启闭机液压系统安装调试工作的思考，总结出金属闸门启闭机液压系统的结构特点、调试过程中的方法步骤和注意事项以及日常维护保养与常见故障处理方法，希望能为其他水电站金属闸门启闭机设备的调试、维护工作提供有限的参考经验。