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摘要：高扬程卷扬式启闭机高度检装置测误差偏大，影响闸门全关位、充水阀工作位等关键检测信号的准确性。究其原因主要有钢丝绳弹性伸长、多层缠绕导致不同缠绕直径对高度检测精度有影响以及测量方式的不同高度检测所反映的精度也不同。布置链条传动系统虽然尚不能彻底解决高扬程卷扬式启闭机钢丝绳弹性伸长、多层缠绕等因素对启闭高度检测精度和准确性的影响，但能够保证闸门全关位、充水阀工作位等关键检测信号的准确性。
关键词：高度检测 高扬程 卷扬式启闭机 零位漂移 锦屏二级水电站
0. 引言
锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河湾上，是雅砻江干流上的重要梯级电站。本电站采用引水式发电，引水隧洞采用一洞两机方案，每条引水隧洞在上游调压室处通过岔管分别与两台机的高压管道相连，在上游调压室内每台机的高压管道支管上设置一道事故闸门，当高压管道发生事故时，可在动水的情况下关闭孔口，以避免事故的擴大。闸门由固定卷扬式启闭机进行操作。启闭机扬程118m，持住力9000kN，启门力2000kN，采用全闭式传动，双电机、双减速器驱动多层缠绕单卷筒的方式。卷筒设计为折线双联卷筒，四层钢丝绳缠绕，钢丝绳型号52ZAB-15×K7-IWRC1870。
由于钢丝绳弹性伸长、多层缠绕导致不同缠绕直径对高度检测精度有影响；高度检测装置与被测量体之间摩擦力矩偏小使得测量装置启动滞后，启闭机启门初始时高度检测装置灵敏度不够；安装高度检测装置的定滑轮与钢丝绳存在打滑现象等原因的影响使得启闭机高度检测装置的输出信号准确性欠佳，高度检测装置零位漂移，使得闸门全关、充水阀全开、全关位检测信号不准确。由此可能造成的影响有以下三点：（1）上游调压室事故闸门无法实现远控落门，给水轮发电机组安全运行带来隐患；（2）充水阀长时间局部开启，阀杆应力集中部位受水力作用过大而疲劳断裂；（3）充水阀不能全关，持续漏水导致压力钢管及蜗壳排水失效，无法进入蜗壳进行检修工作；（4）充水阀过关，钢丝绳脱槽。要解决高度检测装置误差偏大的问题，需要消除上述不利因素带来的影响。
1. 理论计算
对于闸门的开度测量，通常测量启闭机对闸门的提升高度来得到。但由于启闭机结构不同，起重钢绳在卷筒上的排列有单层和多层，因此传感器测量的信号并不是简单的对应闸门的开度。[1] 由于本启闭机为双折线卷筒、钢丝绳四层缠绕设计，因此通过采集卷筒转数信号来达到启闭高度检测的目的会受到钢丝绳不同层数时缠绕半径不同的影响，电气设计部分的程序应进行相应修正。[2]
2. 案例
锦屏二级上游调压室9000kN-118m固定卷扬式启闭机设计之初采用了将高度检测装置设置在低速定滑轮处，高度检测信号取自低速定滑轮的转数，以避免多层缠绕的不利影响，其上的钢丝绳位移长度与动滑轮装置的上下行程关系为2：1，采集的信号可直接反应动滑轮实时位置的变化，累计误差最小。在#1、#2启闭机的调试过程中，发现安装高度检测装置的定滑轮与钢丝绳存在打滑现象，严重影响了启闭机的高度检测装置输出信号的准确性。分析认为是由于滑轮轴承存在摩阻力偏大的问题， #3、#4启闭机更换了所有滑轮轴承后，打滑现象消失，运行正常。考虑到当时工地不具备全部跟换定滑轮的条件，遂对高度检测装置作了一定调整，增加了一套信号导轮机构，以避免钢丝绳与定滑轮打滑对高度检测信号精度产生影响。
在之后的高度检测装置调试中，现场目测反馈信息为在启闭机启门初始时高度检测装置灵敏度不够。为提高灵敏度，将高度检测装置安装位置改至外侧高速定滑轮处进行了试验，高度检测装置的灵敏度提高了，但重复精度明显不理想。
根据#3启闭机的调试情况，启闭高度检测装置的最初设计方案及增加信号导轮机构后的方案，在启闭机滑轮系统正常情况下能满足启闭机的运行要求，但由于其原理是依靠钢丝绳与定滑轮之间的摩擦力来带动定滑轮转动，因此，检测精度和准确性受载荷大小、传动系统和滑轮组轴承的摩擦阻力变化等多种因素影响，使检测结果存在不确定性。
最终确定一套优化方案，利用卷筒与减速器之间的空间布置链条传动系统，启闭高度检测信号取自卷筒的旋转转数，检测启闭高度的编码器由电动机驱动。链条传动设计方案中，为便于安装，大链轮采用整体加工后分瓣的结构型式，现场安装时，通过螺栓与支承块连接成整体，支承块以卷筒联轴器剖分壳体外圆为基准定位，再通过3个M10的螺栓固定在定位块上，定位块与卷筒上的抗扭块焊接固定，使大链轮与卷筒成为一体，通过标准型链条将卷筒的转数信号传递给小链轮，小链轮通过两个轴承座支承，小链轮轴的另一端安装了两级齿轮传动机构，通过齿轮传动调整速比，使得原启闭高度检测装置及限位开关机构均可以利用。
3. 结论
链条传动的高度检测装置虽然尚不能彻底解决高扬程卷扬式启闭机钢丝绳弹性伸长、多层缠绕等因素对启闭高度检测精度和准确性的影响，但对闸门全关位、充水阀工作位等关键检测信号来说，由于钢丝绳已处于卷筒底层缠绕，上述因素对此段行程的不利影响相对较小。
参考文献
[1]罗朝祥.垂直闸门启闭开度和载荷检查系统
[2] 锦屏二级水电站调压井9000kN-118m卷扬式启闭机启闭高度检测装置说明书
关键词：高度检测 高扬程 卷扬式启闭机 零位漂移 锦屏二级水电站
0. 引言
锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河湾上，是雅砻江干流上的重要梯级电站。本电站采用引水式发电，引水隧洞采用一洞两机方案，每条引水隧洞在上游调压室处通过岔管分别与两台机的高压管道相连，在上游调压室内每台机的高压管道支管上设置一道事故闸门，当高压管道发生事故时，可在动水的情况下关闭孔口，以避免事故的擴大。闸门由固定卷扬式启闭机进行操作。启闭机扬程118m，持住力9000kN，启门力2000kN，采用全闭式传动，双电机、双减速器驱动多层缠绕单卷筒的方式。卷筒设计为折线双联卷筒，四层钢丝绳缠绕，钢丝绳型号52ZAB-15×K7-IWRC1870。
由于钢丝绳弹性伸长、多层缠绕导致不同缠绕直径对高度检测精度有影响；高度检测装置与被测量体之间摩擦力矩偏小使得测量装置启动滞后，启闭机启门初始时高度检测装置灵敏度不够；安装高度检测装置的定滑轮与钢丝绳存在打滑现象等原因的影响使得启闭机高度检测装置的输出信号准确性欠佳，高度检测装置零位漂移，使得闸门全关、充水阀全开、全关位检测信号不准确。由此可能造成的影响有以下三点：（1）上游调压室事故闸门无法实现远控落门，给水轮发电机组安全运行带来隐患；（2）充水阀长时间局部开启，阀杆应力集中部位受水力作用过大而疲劳断裂；（3）充水阀不能全关，持续漏水导致压力钢管及蜗壳排水失效，无法进入蜗壳进行检修工作；（4）充水阀过关，钢丝绳脱槽。要解决高度检测装置误差偏大的问题，需要消除上述不利因素带来的影响。
1. 理论计算
对于闸门的开度测量，通常测量启闭机对闸门的提升高度来得到。但由于启闭机结构不同，起重钢绳在卷筒上的排列有单层和多层，因此传感器测量的信号并不是简单的对应闸门的开度。[1] 由于本启闭机为双折线卷筒、钢丝绳四层缠绕设计，因此通过采集卷筒转数信号来达到启闭高度检测的目的会受到钢丝绳不同层数时缠绕半径不同的影响，电气设计部分的程序应进行相应修正。[2]
2. 案例
锦屏二级上游调压室9000kN-118m固定卷扬式启闭机设计之初采用了将高度检测装置设置在低速定滑轮处，高度检测信号取自低速定滑轮的转数，以避免多层缠绕的不利影响，其上的钢丝绳位移长度与动滑轮装置的上下行程关系为2：1，采集的信号可直接反应动滑轮实时位置的变化，累计误差最小。在#1、#2启闭机的调试过程中，发现安装高度检测装置的定滑轮与钢丝绳存在打滑现象，严重影响了启闭机的高度检测装置输出信号的准确性。分析认为是由于滑轮轴承存在摩阻力偏大的问题， #3、#4启闭机更换了所有滑轮轴承后，打滑现象消失，运行正常。考虑到当时工地不具备全部跟换定滑轮的条件，遂对高度检测装置作了一定调整，增加了一套信号导轮机构，以避免钢丝绳与定滑轮打滑对高度检测信号精度产生影响。
在之后的高度检测装置调试中，现场目测反馈信息为在启闭机启门初始时高度检测装置灵敏度不够。为提高灵敏度，将高度检测装置安装位置改至外侧高速定滑轮处进行了试验，高度检测装置的灵敏度提高了，但重复精度明显不理想。
根据#3启闭机的调试情况，启闭高度检测装置的最初设计方案及增加信号导轮机构后的方案，在启闭机滑轮系统正常情况下能满足启闭机的运行要求，但由于其原理是依靠钢丝绳与定滑轮之间的摩擦力来带动定滑轮转动，因此，检测精度和准确性受载荷大小、传动系统和滑轮组轴承的摩擦阻力变化等多种因素影响，使检测结果存在不确定性。
最终确定一套优化方案，利用卷筒与减速器之间的空间布置链条传动系统，启闭高度检测信号取自卷筒的旋转转数，检测启闭高度的编码器由电动机驱动。链条传动设计方案中，为便于安装，大链轮采用整体加工后分瓣的结构型式，现场安装时，通过螺栓与支承块连接成整体，支承块以卷筒联轴器剖分壳体外圆为基准定位，再通过3个M10的螺栓固定在定位块上，定位块与卷筒上的抗扭块焊接固定，使大链轮与卷筒成为一体，通过标准型链条将卷筒的转数信号传递给小链轮，小链轮通过两个轴承座支承，小链轮轴的另一端安装了两级齿轮传动机构，通过齿轮传动调整速比，使得原启闭高度检测装置及限位开关机构均可以利用。
3. 结论
链条传动的高度检测装置虽然尚不能彻底解决高扬程卷扬式启闭机钢丝绳弹性伸长、多层缠绕等因素对启闭高度检测精度和准确性的影响，但对闸门全关位、充水阀工作位等关键检测信号来说，由于钢丝绳已处于卷筒底层缠绕，上述因素对此段行程的不利影响相对较小。
参考文献
[1]罗朝祥.垂直闸门启闭开度和载荷检查系统
[2] 锦屏二级水电站调压井9000kN-118m卷扬式启闭机启闭高度检测装置说明书