鄢玲祉，鄭琴霞，李 飛，李 若

(長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002)

1 運行工藝簡介

三峽升船機運行流程主要分為5個環(huán)節(jié)，以上行為例，分為船廂與下游解除對接、船廂與主體設(shè)備解除對接、船廂上行、船廂與主體設(shè)備對接、船廂與上游對接。集控操作方式主要分為自動運行、分步運行、手動運行。三峽升船機工藝流程與操作如表1所示。

表1 三峽升船機工藝流程與操作(不含調(diào)整船廂水深時間)

2 閉鎖的作用與影響

2.1 運行控制與閉鎖作用

三峽升船機運行工藝流程自動化程度及控制精度較高，工藝流程采用順序控制方式。流程的各環(huán)節(jié)有嚴謹和完善的邏輯關(guān)系和保護，各現(xiàn)地控制站的動作必須滿足相應(yīng)的站間閉鎖關(guān)系后方能動作，即當前一步動作未完成時，下一步動作不能進行。三峽升船機運行控制系統(tǒng)主要包含集控站、流程站、安全站和現(xiàn)地站等，其中現(xiàn)地站是控制系統(tǒng)的作用單元，它包括上下閘首控制站、上下廂頭控制站及傳動控制站，不僅各站內(nèi)部設(shè)有閉鎖條件，而且各站之間也有閉鎖保護，形成了一個相互聯(lián)系相互制約的運行控制系統(tǒng)，現(xiàn)地控制站閉鎖關(guān)系如圖1所示。

注：→箭頭指向表示存在閉鎖條件約束。

集控模式的3種操作方式閉鎖條件要求完全一致，每一個操作命令的下發(fā)都需要滿足對應(yīng)的閉鎖條件，才能夠有效執(zhí)行。三峽升船機工藝流程有25步，每一步都有一定的閉鎖保護，上位機共有50條閉鎖，其中上閘首9條、上廂頭13條、傳動站8條、下廂頭13條、下閘首7條，環(huán)環(huán)相扣，保障運行工藝流程和機構(gòu)的安全運行。

除了常用的集控操作模式，還有現(xiàn)地和檢修操作模式，作為故障處理和特殊操作使用，也有相應(yīng)的閉鎖要求。本文僅對集控流程的閉鎖條件進行研究。

2.2 閉鎖條件對運行的影響

三峽升船機試通航運行初期，由于閉鎖條件不滿足而導(dǎo)致的停機故障出現(xiàn)較多，嚴重影響了運行效率。2017年1—7月，不間斷運行廂次、艘次較多，故障典型最能體現(xiàn)初期運行控制狀態(tài)，7—10月進行了升船機試通航以來第1次大規(guī)模停航優(yōu)化改造，因此選取該階段運行情況作為分析的原始信息。2017年1—7月試通航期間非閉鎖停機和閉鎖停機故障見表2。

表2 2017年1—7月停機故障

在此期間，共發(fā)生432次停機故障，其中由于閉鎖條件不滿足導(dǎo)致停機故障122次，相當于每月均有62次停機故障，因為閉鎖條件不滿足的停機故障18次。經(jīng)統(tǒng)計，出現(xiàn)頻率最高的閉鎖停機故障有對接鎖定信號丟失、開船廂門、進出廂和調(diào)整船廂水深等，其影響及發(fā)生情況如表3所示。

自然功率因數(shù)是供配電系統(tǒng)未輸入無功補償裝置時的有效功率與無功補償裝置輸入配電系統(tǒng)后的功率之比。自然功率因數(shù)的選擇可以有效改善整個動力系統(tǒng)。為了實現(xiàn)這一目標，可以減少線路損耗并減少無功功率和恒定有功功率下的負載電流負載，可以使用改進的自然功率因數(shù)無功功率補償器實現(xiàn)就地補償。該補償器可以減少無功功率傳輸線損耗并實現(xiàn)電氣工程中的節(jié)能目標，達到電氣工程節(jié)能的目的[9]。

表3 2017年1—7月常見閉鎖停機故障

3 閉鎖停機影響的應(yīng)對方法

上位機的閉鎖條件不滿足而引起的停機故障大致可以分為：1)水位條件不滿足；2)傳感檢測信號丟失不滿足;3)機構(gòu)執(zhí)行動作未到位。當閉鎖條件不滿足時，操作員應(yīng)以更高效的方法進行操作，減少閉鎖丟失導(dǎo)致故障停機的時間，縮短船舶在船廂滯留時間，降低閉鎖停機故障帶來的影響。下面分別分析試通航運行中出現(xiàn)頻率最高的開船廂門、對接鎖定信號丟失和調(diào)整船廂水深中斷3個典型的閉鎖停機影響的應(yīng)對方法。

3.1 閉鎖停機應(yīng)對方法

3.1.1開船廂門動作停止的應(yīng)對操作

對于水位波動不滿足條件引起的閉鎖，操作員應(yīng)了解當日水位變化趨勢，對關(guān)鍵水位做到心中有數(shù)。當船廂對接時，憑借水位信息系統(tǒng)等手段觀察水位變化趨勢，提前預(yù)判。遇到開船廂門過程中動作停止時，操作員要提醒船方，出廂信號燈變綠以后再解纜出廂，避免提前解纜后因為水位波動導(dǎo)致船舶在船廂來回漂移。應(yīng)對和操作流程如圖2所示。

圖2 開船廂門動作停止后集控應(yīng)對流程

由于水位波動是不可避免的，所以操作員要謹記關(guān)鍵水位數(shù)值，提前觀察水位，做到防范于未然，才能減少水位波動不滿足條件的閉鎖停機，提高運行穩(wěn)定性。常見的與水位波動有關(guān)的閉鎖條件如表4所示。

表4 閉鎖條件中常見的水位值

續(xù)表4

動作 子站水位下閘首臥倒門開啟下閘首3.4m≤下閘首工作大門檻上水深≤5.95m上閘首臥倒門開啟安全站-0.4m≤上閘首與上游間隙水位差≤0.15m下閘首臥倒門開啟安全站-0.4m≤下閘首與下游間隙水位差≤0.25m開上∕下廂頭船廂門傳動站3.3m≤船廂水深≤3.8m上廂頭密封框裝置退出上閘首3.55m≤上閘首工作大門檻上水深≤7.55m下廂頭密封框裝置退出下閘首3.48m≤下閘首工作大門檻上水深≤5.75m下閘首工作大門提升∕下降下閘首下閘首底檻水深6.05m船廂上∕下行傳動站3.36m≤船廂水深≤3.6m

從表4總結(jié)出上位機關(guān)鍵水深節(jié)點范圍，見表5。

表5 操作員重點關(guān)注的水深范圍 m

3.1.2對接鎖定信號丟失的應(yīng)對操作

操作員要準確把握是信號不穩(wěn)定導(dǎo)致丟失，還是機構(gòu)異常。當發(fā)生此類故障時，操作員首先在界面上查看機構(gòu)狀態(tài)，現(xiàn)地人員去現(xiàn)場觀察開關(guān)是否觸發(fā)，確認無誤后，重新發(fā)令，使丟失信號到位。若對接鎖定信號丟失，船廂長時間處于與航道對接狀態(tài)，水位呈現(xiàn)上漲趨勢致使船廂水深處于較高位(> 3.6 m)，導(dǎo)致對接鎖定機構(gòu)受力較大，對接鎖定塊發(fā)生位移，超出機械開關(guān)控制行程范圍，使鎖定信號丟失，可進行如圖3的操作。

圖3 對接鎖定信號丟失集控應(yīng)對流程

3.1.3調(diào)整船廂水深中斷的應(yīng)對操作

調(diào)整船廂水深流程中斷，此故障發(fā)生概率較大的原因是閘首門因水位波動產(chǎn)生較小的向上位移，使臥倒門開到位信號未被觸發(fā)，所以集控人員觀察行程值是否正常，閘首液壓油位是否正常，現(xiàn)地人員查看上閘首臥倒門機房內(nèi)是否正常，都確認無誤后，重新發(fā)開門令，閘首門開到位后，再啟動調(diào)整船廂水深。

3.2 減少閉鎖停機發(fā)生的方法

3.2.1減少開船廂門過程受水位閉鎖的影響

對于開船廂門閉鎖停機，最初的方式是依據(jù)水位信息系統(tǒng)，船廂對接時計算船廂位置與水位差值，當水位變化較快時，操作員須不斷觀察并計算，增加了工作量，也不便于監(jiān)護機構(gòu)的運行狀態(tài)，降低了工作效率。對此，通過優(yōu)化上位機界面顯示，新增船廂位置與水位差值的實時顯示，提高預(yù)判能力。如果在未開啟船廂門之前，操作員已經(jīng)預(yù)判船廂水深會波動變幅大，須立刻停止對接；船廂位置與航道水位偏差允許范圍內(nèi)時，可以先開啟船廂門，再開啟臥倒門，減少因閉鎖條件的影響造成的船廂門反復(fù)啟停。

3.2.2降低對接鎖定信號丟失故障

對接鎖定信號丟失故障發(fā)生頻率較高，而且該故障也增加了礙航的風(fēng)險。為減少該故障的發(fā)生，應(yīng)盡量減少船廂對接時間和船廂一直處于高水位(3.6 m以上)的情況。對此，通過優(yōu)化上行船舶靠墩等待的進廂方式減少船廂對接時間。以往上行進廂船舶遇到會船時，會選擇靠離下游閘首較遠的南側(cè)靠船墩進行等待，試通航運行中通過對船舶會船以及進廂方式的觀察研究得知，離閘首門較近的北側(cè)靠船墩及其水域可以進行會船，因此調(diào)整了船舶調(diào)度，允許上行進廂匯船的船舶靠下游北側(cè)4#、5#、6#靠船墩，縮短了進廂時間，特別是吃水較深的大尺度船舶，縮短了近25 min。

3.2.3降低調(diào)整船廂水深中斷故障

因為航道水位常態(tài)性的波動，同時因為船舶進出廂時對廂頭水體的擾動，導(dǎo)致閘首門產(chǎn)生向上的小幅度漂移[4]，使作為調(diào)整水深的閉鎖條件的臥倒門開到位信號丟失，調(diào)整船廂水深被中斷。因而盡量減少船廂與航道的對接時間，避免航道水位波動的影響。以上關(guān)于上行船舶靠墩等待的進廂方式的優(yōu)化，同樣適用于減少調(diào)整船廂水深流程中斷的發(fā)生。

3.3 閉鎖優(yōu)化

3.3.1優(yōu)化船舶進出廂變燈令

增加廂頭和閘首的強制變燈令，當船舶進出廂、船廂水深不滿足閉鎖條件范圍時，確認船廂水深滿足船舶動態(tài)吃水需求[5]，保證船舶進出廂行駛安全后，點擊旁路“上下廂頭(閘首)信號燈綠燈(變燈)”。增強對吃水較淺的船舶進出廂指揮的靈活性和動作的流暢性，縮短進出廂時間。同時，上位機界面增加水深數(shù)值的警示提示，當船廂水深不滿足閉鎖范圍時，數(shù)值由黑變紅，便于操作員及時發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對，提高操作效率。

3.3.2優(yōu)化安全站水位判斷方式

優(yōu)化各機構(gòu)因為安全站水位不滿足的閉鎖限制，僅僅在機構(gòu)動作前作為判斷條件，減少機構(gòu)在運行時由于水位波動造成的停機，減輕設(shè)備結(jié)構(gòu)沖擊，降低停機故障率，提高設(shè)備的穩(wěn)定性。

3.3.3優(yōu)化閉鎖條件報警顯示

閉鎖條件設(shè)在一定范圍時，參數(shù)對象可能會出現(xiàn)在臨界值范圍波動的情況，機構(gòu)可能因為條件的波動反復(fù)啟停，這樣會給各機構(gòu)運行帶來很大沖擊，有損設(shè)備的使用壽命。目前，閉鎖條件不滿足時不能像故障報警一樣彈出反饋界面，出現(xiàn)動作中斷或機構(gòu)反復(fù)啟停不能及時察覺，影響運行效率。因此，建議設(shè)置閉鎖故障反饋顯示，當閉鎖不滿足時，提醒操作員，提高運行狀態(tài)的可視化和操作的人性化。

3.4 結(jié)果分析

優(yōu)化前后常見相同閉鎖停機次數(shù)故障對比見表6。

表6 優(yōu)化前后常見相同閉鎖停機次數(shù)故障對比

從表6可知，通過集控操作技巧、調(diào)度方式的改變以及停航改造期間的流程優(yōu)化，對接鎖定信號丟失、開船廂門動作停止、進出廂信號燈綠轉(zhuǎn)紅及調(diào)整船廂水深中斷故障率均顯著降低，提高了流程穩(wěn)定性和通航效率。

4 結(jié)論

1)根據(jù)船廂水深、船舶吃水及航道水位狀態(tài)的相對關(guān)系，同時優(yōu)化集控界面的顯示，給集控操作員提供直觀的信息，便可按照當前狀態(tài)選擇直接開船廂門、先關(guān)門調(diào)水再開門或者重新對接，應(yīng)對開船廂門停止的閉鎖停機。

2)以工藝流程為中心，利用集控與檢修模式的優(yōu)勢，采用2種模式相結(jié)合的方法，快速解除對接鎖定信號丟失的閉鎖停機故障。

3)優(yōu)化上位機界面顯示及調(diào)整上行船舶靠墩等待方式，縮短進廂時間和對接時間，改善水位變動對設(shè)備的影響，顯著減少對接鎖定信號丟失和調(diào)整水深中斷的閉鎖停機的發(fā)生幾率。

4)優(yōu)化開船廂門閉鎖條件中水位判斷方式后，顯著減少了機構(gòu)因閉鎖條件影響反復(fù)啟停的次數(shù)，減輕了對設(shè)備結(jié)構(gòu)的沖擊，有利于延長設(shè)備使用壽命。