長江感潮段沿江引水閘過閘流量的自動(dòng)控制

長江感潮段沿江引水閘過閘流量的自動(dòng)控制錢福軍;錢江【摘要】根據(jù)感潮河段水文特點(diǎn)，分析了感潮段沿江引水閘傳統(tǒng)控制方式存在的缺陷，提出了利用水閘自動(dòng)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水閘過閘流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)的方式，較好解決了傳統(tǒng)控制方式存在的缺陷.結(jié)合高港節(jié)制閘流量自動(dòng)調(diào)節(jié)控制技術(shù)的應(yīng)用，對該技術(shù)進(jìn)行了全面的介紹.【期刊名稱】《中國水利》【年(卷)，期】2014(000)010【總頁數(shù)】3頁(P36-38)【關(guān)鍵詞】感潮河段;沿江引水閘;自動(dòng)控制【作者】錢福軍;錢江【作者單位】江蘇省泰州引江河管理處,225321,泰州;江蘇省泰州引江河管理處,225321,泰州I【正文語種】中文【中圖分類】TV633;TP89傳統(tǒng)的水閘控制方式為強(qiáng)電就地控制和強(qiáng)電集中控制，隨著計(jì)算機(jī)及自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，水閘的控制方式升級為計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)方控制，管理人員可在控制中心實(shí)現(xiàn)對閘門的遠(yuǎn)方操作。在大部分的水閘工程上，閘門開啟高度及啟閉順序主要靠人工來進(jìn)行測算和控制：根據(jù)水閘的水位組合情況和上級調(diào)度指令要求，先查“始流時(shí)閘下安全水位一流量關(guān)系曲線”，確定初始可泄放的最大流量，然后根據(jù)調(diào)度指令要求的流量，從〃閘門開高一水位一流量關(guān)系曲線”中查得閘門開啟高度，當(dāng)要求達(dá)到的流量大于始流值時(shí)，則必須分步開啟，過閘流量必須與上下游水位相適應(yīng)，使水躍發(fā)生在消力池內(nèi)。開閘時(shí)由中間向兩邊依次對稱開啟，關(guān)閘時(shí)次序相反。一、 感潮河段沿江引水閘控制運(yùn)用的特殊性在水閘上下游河（渠）系水位變化度幅不大、不頻繁時(shí)，上述控制方式基本滿足了水閘的使用要求。但長江下游感潮河段的沿江引水閘，側(cè)水位受長江中上游暴雨洪水和長江口海洋潮汐等綜合因素的影響，變化幅度大、頻繁，傳統(tǒng)控制方式無法動(dòng)態(tài)跟隨水位變化及時(shí)調(diào)節(jié)閘門開高，出現(xiàn)引水不足或超設(shè)計(jì)流量運(yùn)行等情況。一是水位變化的不規(guī)則性，往往使閘引水流量無法準(zhǔn)確控制。過閘流量受上下游水位組合及閘門開高雙重因素影響，閘門不能及時(shí)跟蹤調(diào)整，流量易失去控制。二是保證工程安全應(yīng)用，運(yùn)值人員須按水位變化情況，查表測算開高，及時(shí)調(diào)整閘門高度，以滿足流量調(diào)度要求。運(yùn)值人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，也難以及時(shí)調(diào)節(jié)。三是流量調(diào)節(jié)不及時(shí)，對水閘效益發(fā)揮及工程安全帶來不利影響。當(dāng)長江水位下降時(shí)，閘門開高不及時(shí)增加，造成引水不足，影響工程效益發(fā)揮；當(dāng)長江水位上漲時(shí)，閘門開高不及時(shí)降低，會(huì)造成超設(shè)計(jì)工況運(yùn)行，給水閘工程本身及輸水河道的安全運(yùn)行造成威脅。二、 感潮河段沿江引水閘過閘流量自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)沿江引水閘運(yùn)行調(diào)度多采用定流量控制方式，對日均流量和最大流量提出要求，利用水閘自動(dòng)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水閘過閘流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，既能保障調(diào)度指令的嚴(yán)格執(zhí)行，又能促進(jìn)水閘的安全運(yùn)用，減輕運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)水閘控制運(yùn)用自動(dòng)化。引流自動(dòng)控制的基本方法和策略分析實(shí)現(xiàn)定流量自動(dòng)控制，即上下游水位變化后，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)閘門高度，保證實(shí)際流量符合調(diào)度要求，同時(shí)可保證水閘的自身穩(wěn)定和河道安全。當(dāng)然，水閘的控制運(yùn)用首先須符合控制運(yùn)用的相關(guān)規(guī)范，因此提出了感潮河段沿江弓I水閘引流自動(dòng)控制策略如下：按勘測設(shè)計(jì)部門提供的水閘控制應(yīng)用條件，當(dāng)下游水位低于消能設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的安全水位時(shí)，應(yīng)控制始流，待下游水位升至安全水位以上后，方可正?？刂七\(yùn)用。通過水文測流，率定流量經(jīng)驗(yàn)公式，即流量大小與上游水位、下游水位、閘門開高的關(guān)系。閘門開啟的高度e可根據(jù)調(diào)度設(shè)定的流量Q設(shè)、上游水位H、下游水位h計(jì)算得出。按照《水閘技術(shù)管理規(guī)程》要求，閘門開啟由中間向兩邊分批依次對稱開啟，關(guān)閉順序相反，分批啟閉時(shí)間間隔須根據(jù)閘門啟閉速度和水流狀態(tài)確定。由于水位不斷變化，避免閘門啟閉機(jī)頻繁調(diào)節(jié)，要允許有一個(gè)合適的流量浮動(dòng)范圍￡（￡根據(jù)運(yùn)行情況總結(jié)得出）。當(dāng)實(shí)際流量Q實(shí)在區(qū)間［Q設(shè)-&Q設(shè)+￡］內(nèi)，閘門不調(diào)節(jié)；當(dāng)Q實(shí)＜（Q設(shè)-￡）時(shí)，閘門上升；當(dāng)Q實(shí)〉（Q設(shè)+￡）時(shí)，閘門下降。為確保在任何水位組合下水流平穩(wěn)、水閘穩(wěn)定、水躍均發(fā)生在消力池內(nèi)，要求分級啟閉閘門，相鄰閘門開啟高差不得超過0.5m,逐級循環(huán)啟閉至計(jì)算高度eo-個(gè)操作循環(huán)結(jié)束，要留有合理的時(shí)間間隔，待水流平緩后，再進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)操作。為保證流量計(jì)算準(zhǔn)確，上下游水位采集不宜緊靠閘室，而應(yīng)將水位計(jì)設(shè)置在兩岸水面無橫比降，無漩渦、回流、死水等現(xiàn)象發(fā)生的水流平順的斷面。為保證自動(dòng)控制的安全可靠，除在啟閉機(jī)上使用主令控制器設(shè)定上下限位外，可在控制程序中設(shè)置上限位。遵循閘門啟閉現(xiàn)場手動(dòng)控制比自動(dòng)控制優(yōu)先。由于風(fēng)浪影響或水位測量誤差可能造成水閘上下游水位偏差，為防引排倒流，設(shè)定上游水位比下游水位高0.01m以內(nèi)時(shí)，閘門一次性關(guān)到底（不分級關(guān)閘）。高港節(jié)制閘過閘流量自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)江蘇省泰州引江河管理處高港樞紐位于長江下游北岸泰州市高港區(qū)口岸鎮(zhèn)西北約3km處，樞紐節(jié)制閘和泵站采用閘站結(jié)合布置形式。高港樞紐節(jié)制閘共5孔，每孔凈寬10m，設(shè)計(jì)流量為440m3/s，采用弧形鋼閘門；泵站采用堤身式雙向箱形流道結(jié)構(gòu)，立軸雙層進(jìn)出水流道，配開敞式軸流泵9臺(tái)，每臺(tái)機(jī)組設(shè)置4扇平面鋼閘門，可通過下層流道實(shí)現(xiàn)160m3/s的自流引江。高港樞紐1999年建成時(shí)，節(jié)制閘和泵站的監(jiān)控系統(tǒng)采用SUPCONJX-300型DCS集散控制系統(tǒng)，如圖1監(jiān)控系統(tǒng)部分所示，在中央控制室可實(shí)現(xiàn)對閘門的操作控制，并可采集閘門開高及上下游水位，實(shí)時(shí)顯示。結(jié)合感潮河段沿江引水閘過閘流量自動(dòng)控制的策略分析及自身工程情況，高港節(jié)制閘基于監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)用系統(tǒng)組態(tài)，編寫自動(dòng)控制程序，實(shí)現(xiàn)了過閘流量的自動(dòng)控制。高港閘站工程自流引江控制采用上下游水文站采集的水位數(shù)據(jù)，其中下游水位計(jì)距離閘口650m，上游距離閘口600m，以485信號傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字通信卡。閘門的高度采用絕對型編碼器測量，由于編碼器與啟閉機(jī)之間通過齒輪連接，能精確測量閘門高度，即使失電也能在電源再次接通后讀出閘門高度變化當(dāng)前讀數(shù)，編碼器輸出的SII信號，經(jīng)現(xiàn)場儀表解碼后轉(zhuǎn)換成4~20mA信號送至監(jiān)控系統(tǒng)的采集控制站。組態(tài)程序中設(shè)置的主要參數(shù)有：內(nèi)河側(cè)的安全水位按照工程設(shè)計(jì)要求取值為1.0m，流量允許范圍￡取值為10%Q設(shè)，循環(huán)內(nèi)分級啟閉時(shí)間間隔為60s,循環(huán)間啟閉時(shí)間間隔為200s，越限高度根據(jù)潮位動(dòng)態(tài)設(shè)置。流量經(jīng)驗(yàn)公式每年根據(jù)水文實(shí)測情況進(jìn)行修訂，當(dāng)水差岫=+腿0.6m,Q=3.633Be（岫）0.4346;當(dāng)水差岫=+論0.6m,Q=3.526Be（岫）0.3761。其中：e為閘門開高，B為水閘凈寬（5孑Lx10m=50m）,h為內(nèi)河（引江河）水位（m）,H為長江側(cè)水位。節(jié)制閘過閘流量自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制算法如圖2所示。在監(jiān)控界面上，運(yùn)行人員可進(jìn)行流量自動(dòng)調(diào)節(jié)，還可對閘門進(jìn)行提、落、?？刂?，或?qū)﹂l門進(jìn)行定高度控制，界面顯示數(shù)據(jù)信息包括上下游水位、閘門高度等。除流程界面外，系統(tǒng)對閘門開高、水位、流量等重要參數(shù)的趨勢變化進(jìn)行跟蹤，以趨勢圖記錄，方便分析。圖1高港樞紐閘站工程自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2高港節(jié)制閘過閘流量自動(dòng)調(diào)節(jié)控制算法流程圖在實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)控的同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)將包括節(jié)制閘在內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過單向網(wǎng)閘傳輸至信息管理系統(tǒng)顯示、存儲(chǔ)和分析管理，如圖1所示，信息管理系統(tǒng)以Web方式提供節(jié)制閘實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況的瀏覽服務(wù)，用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)并統(tǒng)計(jì)今日引水時(shí)數(shù)、今日引水量、今日最高水位、今日最大流量等運(yùn)行數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)，授權(quán)用戶使用計(jì)算機(jī)或手機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)瀏覽和監(jiān)視節(jié)制閘的運(yùn)行狀況，多組合查詢各種數(shù)據(jù)信息。另外，信息管理系統(tǒng)以功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)節(jié)制閘的日常管理信息化，將節(jié)制閘的組織管理、值班管理等工作規(guī)范化、流程化。高港節(jié)制閘過閘流量自動(dòng)調(diào)節(jié)控制功能的開發(fā)，使高港樞紐自動(dòng)化水平得到進(jìn)一步的提高。一是大大減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。二是過閘流量能及時(shí)根據(jù)水位變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，引水流量不超標(biāo)，確保了水閘穩(wěn)定和河道安全。三是確保了防汛調(diào)度指令有效執(zhí)行，引足水量。高港節(jié)制閘過閘流量自動(dòng)控制成功運(yùn)用后，對高港泵站下層流道自流引江的自動(dòng)控制進(jìn)行了研發(fā)。高港泵站自流引江時(shí)，將內(nèi)河側(cè)下道閘門全開，通過調(diào)節(jié)長江側(cè)下道閘門開高實(shí)現(xiàn)流量控制?？刂撇呗院蛯?shí)現(xiàn)方式與節(jié)制閘類似，但在實(shí)際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)，因下層流道的閘門啟閉速度太快，達(dá)2.64m/min，閘門經(jīng)常不能在設(shè)定的高度自動(dòng)停止，出現(xiàn)自動(dòng)控制失靈，且啟閉機(jī)剎車磨損較快。為此，通過對啟閉機(jī)電機(jī)加裝變頻器，使閘門升降速度降至1.32m/min，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的可靠運(yùn)行。三、感潮河段沿江引水閘過閘流量自動(dòng)控制的意義及經(jīng)驗(yàn)感潮河段沿江引水閘過閘流量自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)，適應(yīng)了水利現(xiàn)代化建設(shè)的要求，把水利工程管理的普遍原則，本地水利工作的主要特點(diǎn)，以及現(xiàn)代科學(xué)辦法和科技手段有機(jī)結(jié)合。通過水閘自動(dòng)控制功能，大大減輕了運(yùn)值人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，也使人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取措施，確保工程效益的充分發(fā)揮和安全應(yīng)用。由于長江來水夾江、河口回流影響以及引河河口下游凸嘴促淤作用而造成的嚴(yán)重淤積，引進(jìn)江水中的夾江沿內(nèi)河河道逐漸沉淤，河床受水流的沖刷等，都對水流有影響。因此，要定期測流校驗(yàn)流量公式，確保引流量的準(zhǔn)確無誤。閘門開高頻繁調(diào)節(jié)易造成啟閉機(jī)剎車加速磨損，運(yùn)值人員應(yīng)加強(qiáng)巡查，確保啟閉機(jī)安全運(yùn)行。水位計(jì)能否準(zhǔn)確測量水位關(guān)系自動(dòng)控制系統(tǒng)能否安全可靠的運(yùn)用，應(yīng)定期檢校水位計(jì)工