液压启闭机及控制系统常见故障及对策分析

柴丽莎 广州市流溪河灌区管理中心

目前，水库、水闸等水利工程闸门普遍采用液压启闭及自动化控制。液压启闭机由液压系统和液压缸组成，液压缸连接闸门，液压系统控制液压缸内的活塞杆带动闸门做上下运动，以开启和关闭闸门。液压启闭机具有相对灵活，既可上拉也可下推，控制精准，运行平稳等优点，且方便实现智能化控制。近年来随着水利信息化的快速发展，自动控制系统被广泛应用，可实现在控制室集中操控闸门，大大提高了工作效率、操作精准程度，节省了人力成本，保障了人员安全。但由于液压启闭机及自动控制系统构成较复杂、专业性较强、技术难度大，要做好其维护和管理，及时发现解决出现的故障，保障设备正常运行使用，对闸门运行管理和维护人员提出了更高的要求。

1.工程概况

李溪拦河闸坝位于流溪河中下游，是一座以灌溉、供水为主，兼具发电、改善水环境等功能的水利枢纽工程。工程规模属大（2）型水闸，工程等级为Ⅱ等，主要建筑物水闸、消能防冲设施为2 级建筑物，设计洪水采用50年一遇标准，洪峰流量2270m/s，校核洪水采用100年一遇标准，洪峰流量2560m/s。

李溪拦河闸坝于2013年完成加固改造，采用开敞式宽顶堰结构，提升式平板钢闸门及液压启闭机控制。共设置19孔闸门，水闸总宽276.5m，闸孔净宽225.5m。

液压启闭机由每孔工作闸闸门配置1套2×250kN/2×160kN液压启闭机，两套液压缸悬挂在孔口两侧闸墩上。19孔闸门共设置6套液压泵站，几孔闸门共用一个液压泵站。液压泵站设备和现地控制设备布置在水闸边控制室内，液压管路敷设在油管沟内，每个液压泵站配置一备一用两套电动机和液压泵。闸门启闭运行时设有同步控制系统，闸门左右不同步时自动进行纠偏，保证闸门的同步运行。开度位移传感器采用进口内置恒力弹簧传感器，以检测行程。

闸门自动化监控系统分为现地控制和集中控制两部分。在中控室建立集中监控系统，正常运行时，管理人员使用集中控制系统对闸门进行控制，集中自动控制出故障时，转换为现地手动控制系统的控制，从而保证了自动控制系统的高可靠性。

现地控制系统由水闸工作长廊上的闸门现地控制箱及液压设备室的闸门电气控制柜等组成。每套液压启闭泵站设置一套电气控制柜，作为闸门控制的操作机构，内部布置PLC模块，采集液压设备各油路电磁阀、压力监测仪表、闸门开度位移传感器等信号，接受集中控制系统的指令，控制启闭电机开停及各油路电磁阀的启闭。柜内设置转换开关，实现现地控制及远程控制的切换。接受远程控制系统的指令，判断设备运行条件，符合要求后系统自动将确定需要动作数量及启闭闸门到规定的开度。在闸门工作长廊内各闸门组设置现地控制箱，布置小型PLC、常规按钮，通过光缆连接至闸门电气控制柜，设备调试或检修时，实现在水闸工作长廊上控制启闭闸门。闸门电气控制柜与闸门现地控制箱之间控制相互转换，互为联锁。

集中控制系统布置在中控室内。控制主机通过以太网通信方式与PLC进行数据交换。运行管理人员通过控制系统查看闸门启闭信息，发出闸门启闭指令。启闭指令发出后由闸门电气控制柜的PLC根据控制逻辑，向液压系统发出控制信号，液压系统开始工作，达到闸门控制目的。

闸门控制系统实现功能有：自动监测闸门开度及工况、自动采集闸门上下游水位、根据操作规程自动控制（远程/手动兼容）闸门启动、可设定开度或流量自动控制闸门启闭、故障报警、记录操作过程功能等。

2.常见故障

根据2019年、2020年两年李溪拦河闸坝闸门启闭系统故障统计分析，液压启闭机相对稳定，故障发生率较低，主要问题有电磁阀损坏、油缸油管油箱渗油及闸门纠偏不够同步，其中油缸油管油箱渗油是由密封件使用年限已久老化磨损造成，在2021年更换全部密封件后不再渗油。自动控制系统故障主要为雷击引起的各类电子设备元件的损坏，如PLC模块故障、通讯故障、闸门开度位移传感器损坏等，2020年底该工程建筑物及设备开展防雷设施改造后近两年未发生雷击破坏。

所送检标本有痰、血液、尿液、胸腔引流液、腹腔引流液、手术切口分泌液等。按照《临床检验操作规程》中的操作方法进行菌株测定和药敏试验。

2.1 液压启闭机常见故障

（1）电磁阀等控制元件损坏。液压启闭机控制元件由各类阀组组成。单向阀、换向阀等方向控制阀控制液压油的流向，减压阀、顺序阀等压力控制阀调节控制油压的压力，节流阀、调速阀、分流阀等流量控制阀控制液压油的流量。任何一个元件故障液压系统都不能正常工作。

（2）油缸、油管、油箱漏油渗油。这是液压启闭机普遍存在的问题，通常由于接口处密封圈老化磨损引起，漏油严重会造成液压系统启动时油压不足，无法正常启闭闸门。

（3）纠偏不同步。闸门的运行过程中，若闸门左右开度不一致，纠偏不及时，会造成闸门单边卡死或闸门全关时漏水。该水闸为双缸液压启闭机，采用自动纠偏方式，闸门左右开度差超出设定的控制值时，通过PLC发出指令调节左右电磁阀以达到同步。偶尔出现自动纠偏系统误差导致闸底关闭不严漏水，不影响闸门安全运行，采用手动纠偏解决。

（4）系统油压不足，流量偏小。油管或液压元件内的型砂、毛刺切屑等污染物在液压油的冲击下脱落，堵塞阻尼孔和滤油器，会造成压力和速度不稳定。

2.2 自动控制系统常见故障

（1）可编程控制器PLC故障。可编程控制器属于编程控制单元，是整个自动控制系统的核心，完成 PLC的信号处理、逻辑运算、Profibus通讯、控制输出等功能，PLC故障会导致自动控制系统瘫痪。

（2）通讯故障。监控主机与控制柜通过光缆连接，通讯故障是闸门自动控制系统最常见的故障，会导致数据、指令、信号无法正常传输接收，通常由光纤收发器损坏、光缆接头松动、供电异常等引起。

（3）传感器故障。每台启闭机在闸门两侧油缸上各配有一套闸门开度位移传感器，在显示闸门开度的同时，及时为控制器提供闸门左右2个活塞杆运行高度和速度信号，使控制器随时对两活塞杆进行纠偏处理，保证其工作的同步状态。闸门开度位移传感器是自动控制重要的传感器，较容易出现故障。

3.原因分析

根据工程多年运行管理经验，闸门液压启闭机及自动控制系统发生故障的原因主要分为以下几类。

3.1 设备的使用寿命有限或存在质量缺陷

3.2 防雷不足，雷击造成电子设备损坏

水利工程多处于空旷的野外或河岸水域，水工建筑物相对较高，雷击灾害事故发生相对频繁，特别是位于强雷区的水利工程，机电设备、通讯网络设备遭受雷击损坏的风险尤为突出。感应雷对液压启闭机及自动控制系统的各类电子设备元件有极大的破坏力，直击雷可以直接击中建构筑物或击中线路及电子设备造成损坏。若水利工程建构筑物及各类电子设备防雷设施性能不满足现有防雷规范要求，会导致雷击破坏的概率大大增加，影响闸门的正常启闭和水利工程的安全运行。据统计，李溪拦河坝通讯设备、电源开关、PLC、传感器、启动装置等均发生过不同程度的雷击破坏。

3.3 维护管理不到位，未能及时排除隐患

日常管理中对设备的检查和保养不到位，对存在的隐患和小问题不能及时发现和解决，导致出现故障影响运行。在设备有故障时，由于管理人员专业能力不足，不熟悉液压启闭机和自动控制系统的工作原理和常见问题，不能及时分析故障原因，修复损坏设备 。

4.经验对策

4.1 完善和提升水利工程防雷能力，减少雷电灾害引起的液压启闭及控制系统故障

（1）定期开展防雷检测，掌握防雷性能。每年度委托具有专业雷电防护装置检测资质的单位对水利工程防雷设施开展一次全面、详细、规范的检测，摸清工程防雷设施现状情况，对于不符合规范要求的及时分析原因采取措施消除隐患。防雷检测主要检测防雷装置是否有效可靠，接闪器、引下线、接地装置等是否连通，接地系统的有效接地电阻是否在允许范围，电源防雷系统、信息系统信号防雷系统的对地绝缘阻抗是否在允许范围。

（2）开展防雷改造，保障防雷设施发挥实效。按照《建筑物防雷设计规范（GB50057-2010）》《建筑物电子信息系统防雷技术规范（GB50343-2012）》等规范，根据水利工程地理位置，受雷击密度频率及重要性等，计算得出工程的防雷设防类别，按规范完善防直击雷设施及雷电感应防护装置。在直击雷防护方面，可针对接闪带、接闪网格、防雷引下线、等电位连接、接地装置布置进行优化完善；在雷电电磁脉冲防护方面，室内供电设备、控制设备、通信设备安装适用的浪涌保护器，做好等电位连接、屏蔽等措施，从内到位，从远到近，从整体到细节，全方位为液压启闭机及自动控制系统设置雷电防御屏障。

4.2 加强对设备的检查和维护，及时发现消除隐患问题，提高设备的可靠性、安全性，降低故障的发生率

（1）定期进行闸门启闭试动，系统检查液压启闭和控制系统。非汛期闸门的运行调度较少，应在每年汛前组织一次闸门启闭试动，所有闸门开启至最大开度，以检验液压启闭机和自动控制系统能否正常工作，确保在汛期过洪时能迅速启闭闸门。

（2）液压油的维护。油液中颗粒污染物引起的污染磨损是引起液压元件失效的主要原因，因此保持液压油的洁净对保证液压系统正常运作至关重要。每年对油箱中液压油做一次全面过滤。定期清洗滤油器滤芯，防止滤芯堵塞，若滤芯已损坏，必须及时进行更换。每年委托具有相应资质的单位对液压油的品质进行取样检测，出具检测报告，液压油的取样应在系统正在运行或刚刚停止工作时进行。若液压油品质不符合要求，必须进行更换。

（3）对油管油缸的维护。油管油缸的维护是液压启闭机日常养护的重要内容，每年汛前打开油管沟盖板，检查油管夹是否稳固，油管的接口处、焊缝处、与阀组的连接处是否有漏油现象。发现油管夹松动或者油管漏油，应及时进行调整、加固，确保设备正常工作。检查油缸是否渗油漏油，油缸漏油由密封件的磨损老化引起，应及时更换密封件。

4.3 做足应对故障的各项措施，在故障出现时能快速处理问题和保障运行，提高应急处置能力

（1）对于易损坏元件，储备一定数量的备品备件，如滤油器滤芯、液压缸密封圈、液压阀组、PLC模块、光纤收发器、开度位移传感器、位置开关等，以便于发生故障迅速维修更换。备品备件与各类元件应具有互换性，由相同的材料制成，采用相同的工艺标准。

（2）对于一些建设年限较长，液压启闭系统老旧，故障率高难以快速修复的水利工程，可配备移动式液压启闭机，移动式液压启闭机是将发电机和液压装置组合在一起的应急设备，直接控制液压油缸来启闭闸门，为汛期安全行洪提供应急保障。配备柴油发电机作为备用电源，在市电断电时启用备用电源保障电力供应。

（3）制定应急预案，明确液压启闭机和自动控制系统异常时的应急处置方法，处理人员和职责；举行应急演练，模拟在液压启闭机和自动控制系统出现各种故障情况下，组织操作人员高效有序的以应急方式启闭闸门，迅速排查修复系统故障，提高工作人员操作熟练程度和问题处理能力。

4.4 建立健全制度规程，促进液压系统管理的标准化、规范化，强化管理队伍能力建设，加强运行管理人员培训

（1）科学、规范、精细的管理和维护能有效降低液压启闭机和自动控制系统故障率，通过对设备的经常养护和规范操作，延长元件的使用寿命。设备系统的操作、巡检、养护、维修需要一套操作性强、适用性高的标准和规程，要根据相关规范，结合各水利工程的实际情况，制定相应的设备操作规程、巡查检修制度、维修养护制度、检查操作维修记录表等，并确保各项标准执行到位。

（2）管理水平的高低取决于人员的素质，应加强对管理运行人员的技术培训，提高技能水平和履职能力。一线运行操作人员重在实操，应持证上岗，具备闸门操作工等资质，定期参加业务学习和培训，熟练掌握液压启闭机及自动控制系统日常操作方法、常见故障识别处理、应急操作办法等。管理人员应具有扎实的专业知识、丰富的实践经验和快速应急处置能力，学习掌握水闸及启闭机系统各类技术规程和工程特性，提升管理水平。

（3）建立液压启闭机和自动控制系统故障台账，详细记录故障表现、发生原因、处理措施等，定期对故障情况统计归纳，总结经验查找短板，为之后管理的改进和提升提供经验建议。