人字闸门正向水头开门故障分析与对策研究

李乐新

（长江三峡通航管理局 湖北宜昌）

人字闸门是船闸工作闸门中常见的一种结构型式，广泛应用在中、高水头的船闸中。人字闸门只能承受单向水头，应在静水平压条件下开启和关闭。在船闸运行过程中，有时会出现控制系统在较大正向水头时就发出开启人字闸门指令的故障，导致人字闸门及其启闭机运行负荷超出设计规定，影响人字闸门及其启闭机的运行安全。本文对人字闸门开门触发条件进行了解析，分析了可能引起正向水头开启人字闸门的故障原因，有针对性地提出了故障处理措施，达到降低故障率，控制故障危害的目的。

一、人字闸门开门触发条件解析

人字闸门开启运行是船闸运行工艺流程中的重要环节，在船闸充泄水过程末期，闸室水位与上游或下游水位齐平时，就需要开启人字闸门，让闸室内的船舶驶出闸室，完成船舶过闸流程。根据运行工艺的要求，在船闸控制系统设计时，就将输水过程中闸室水位与上游或下游水位齐平信号（以下简称水平信号）作为发出开启人字闸门指令的触发条件，水平信号的产生一般有以下两种检测、判断方法。

一是利用安装在人字闸门门头的合拢开关来间接判断水平信号。合拢开关是用于检测两扇人字闸门在承受水压时是否可靠合拢的专用开关，开关的本体和撞块分别装于两扇人字闸门门头。当人字闸门承受水头时，受水压作用两扇闸门合拢，合拢开关发讯，控制系统产生闸门合拢信号，不产生水平信号。闸室充泄水末期，人字闸门承受水头减小，两扇闸门之间出现门缝，理想状态下当人字闸门内外水位齐平时，合拢开关发讯终止，控制系统产生水平信号，不产生合拢信号。通俗的说，水平信号就是合拢非信号。合拢开关安装示意图见图1。

图1 合拢开关安装示意图

二是在闸室内和闸室上、下游分别安装水位计，实时比较闸室内、外水位计的读数，当两者读数的差值在设定的水平信号发讯门限范围内时，控制系统产生水平信号，当两者读数的差值超出设定的水平信号终止门限范围时，控制系统不产生水平信号。

二、人字闸门正向水头开门故障原因分析

1.合拢开关误发水平信号原因分析

两扇闸门可靠合拢的判断标准有两个，一是两扇闸门之间门缝消失，斜接柱支枕垫块可靠贴死，二是两扇闸门之间的错位值在允许范围内。由图1可知，通过调整行程开关与撞块之间的距离，可以控制合拢信号发讯时闸门门缝的大小。通过改变撞块的宽度，可以控制合拢信号发信时闸门错位的大小。当两扇人字闸门之间的门缝和错位增大时，合拢开关的感应面积便减少，直至无合拢信号产生，同时产生水平信号。

当两扇闸门之间的门缝较大时，人字门基本不承受正向水头，控制系统不产生合拢信号而产生水平信号，这个逻辑判断是正确的。但是，当两扇闸门之间的错位较大时，人字门仍有可能承受正向水头，此时控制系统不产生合拢信号的逻辑判断是正确的，而产生水平信号的逻辑判断就值得商榷了。

在船闸充泄水过程中，受闸门承受水头、闸门结构应力、风浪等的影响，两扇闸门之间的门缝和错位也会发生变化。当两扇闸门合拢后错位较大时，合拢开关的有效感应区域较小，在充泄水过程中受门体震动或其它外力的影响就很可能造成合拢开关不发讯，从而在较大正向水头时产生水平信号，引起正向水头开门故障。

2.水位计误发水平信号原因分析

当水位计的读数与实际水位相符时，水位计产生水平信号时闸室内、外的水位实际上就是齐平的。当水位计受外界因素或自身性能变化的影响，出现读数与实际水位不符的情况时，水位计产生水平信号时闸室内、外的水位实际上就会存在较大的正向或反向水头。导致水位计读数与实际水位不符的影响因素一般有4种情况。

（1）水位计的探头上附着了水生物或其它异物，影响水位计的检测精度。

（2）水位计的零点发生飘移，水位计读数与实际水位值存在固定差值。

（3）水位计的性能下降，斜率在量程范围内呈非线性变化，水位计读数在闸室充泄水过程中无法正确反映闸室水位变化，在某些水位段水位计读数与实际水位存在差值。

（4）水位计故障，读数出现跳变。

三、人字闸门正向水头开门故障处理对策

1.设置专用的行程开关检测水平信号

利用合拢开关间接判断水平信号，在两扇人字闸门合拢后错位较大时就容易出现误发水平信号的情况，此时合拢非信号不能等同于水平信号。因此，考虑单独设置专用的行程开关用于检测水平信号（以下简称水平开关）。

水平开关的安装方式与合拢开关相同，可与合拢开关在同一个开关装置上分层安装，但水平开关的撞块宽度设计应远大于行程开关的直径，以消除人字门错位对水平信号的影响，使水平信号的产生只与两扇人字闸门的门缝相关，准确反映闸室水位是否与上、下游水位齐平。

2.在水平开关产生水平信号逻辑判断中增加限定条件

当水平开关故障或调整不当时，控制系统也会产生错误的水平信号，引起正向水头开门故障。为进一步控制正向水头开门故障的频次和危害，在行程开关产生水平信号的逻辑判断中增加以下限定条件。

（1）增加水平开关故障判断：在闸门处于合拢状态时，如果水平开关产生了水平信号则报警提示，同时屏蔽掉水平开关产生的水平信号。

（2）增加水位限定条件：在水位计正常时设定水平开关产生的水平信号只有在人字闸门承受的正向水头在30 cm（可调整）以内时才有效，减小正向水头开门故障造成的危害。

3.优化水位计检测判断程序

相对于行程开关而言，水位计检测精度更高、更能真实反映闸室内外水位是否齐平。为进一步防止误信号的产生，应对水位计检测判断程序加以优化。

（1）增加多支水位计比较判断。在检测单支水位计故障的基础上，增加闸室水位与上下游水位齐平时，闸室内外多支水位计读数比较判断程序，当水位计读数相差超过30 cm（可调整）时，产生报警提示。

（2）增加水平预告限定。当闸室内外水位相差50 cm（可调整）时，产生水平预告信号，并做为产生水平信号的前提条件，减小水位计读数跳变带来的影响。

4.定期检查维护行程开关和水位计

在采取以上技术手段的同时，还应定期对行程开关和水位计进行检查、维护。

（1）每月两次对人字闸门关闭后的门缝和错位状态进行检查，调整关终行程开关位置，在气候变化时加大检查频次。

（2）每月两次对水位计进行检查，调整水位计零点，使水位计读数与实际水位相符。

（3）定期清洗水位计探头，防止水生物附着引起水位计故障。

（4）定期检测水位计斜率，及时更换性能下降的水位计。

四、结语

实际使用情况表明，通过采取以上故障处理对策，一年来，未再发生人字闸门正向水头开门故障，船闸设备故障停机率降低，设备运行可靠性提高，保障了船闸运行的安全、高效、畅通。