浅谈橡胶坝运行中存在的问题及解决措施

浅谈橡胶坝运行中存在的问题及解决措施

1橡胶坝坝袋溢流和坝体分离橡胶水库是一座新型的节水建筑。它具有投资省、见效快、不受洪水影响、外形美观、规模宏大、生态、社会和环境效应等优点。广泛应用于灌溉。我国自1965年开始进行橡胶坝的建造与研究,目前,我国已经进入了橡胶坝建设的高潮,已建成的橡胶坝达4000多座。橡胶坝在运行中,由于坝袋锚固、底板伸缩缝、闸阀关闭不严及充排管路焊接缝老化等原因,坝袋经常出现缓慢自行降坝,造成单坝溢流或坝整体不均过流,影响橡胶坝景观效益的发挥。目前,橡胶坝自行降低坝高后,主要采用原有的充排系统为坝袋补水。这种方式在运行时需要同时开启大功率水泵及多个较大阀门才能完成充坝任务,费时费力,运行成本大,浪费资源。采用大功率机泵充水,水的流量在极短时间内从零猛增到额定流量。流量的巨大变化将使管壁受力产生变形而发生水锤效应。水锤效应及可能损坏阀门和固定装置,具有极大的破坏性,压力过高将引起管子破裂,压力过低又会导致管瘪塌。在直接停机时,供水系统的水头将克服电动机的惯性而使系统骤停,这同样会引起压力冲击和水锤效应,大大缩短了蝶阀、机泵的使用寿命,而且由于人工手动充坝,坝高控制主要依靠工作人员经验,难以使分段坝高达到均衡,为解决此难题,承德市武烈河河道与橡胶坝管理处于2009年开展了“橡胶坝自动化补水系统研究”课题。2内容、关键技术和创新点2.1坝体回归方程(1)通过对坝高、内压的实时观测,采用回归分析法绘制各坝袋坝高塌落与时间关系曲线,求出各坝袋坝高塌落与时间的回归方程。(2)根据回归方程计算各坝袋渗漏量,根据各坝袋渗漏量的大小综合确定补水机泵型号的选定等。(3)压力传感器及高位水箱对稳定数据的信息采集、处理、反馈。(4)PLC控制补水系统及组态软件的编制。(5)超压报警及紧急处理系统。2.2关键技术2.2.1陕西省统一控制装置通过PLC及组态软件,实现自动补水、超压自动报警、自动复位、自动初始化等功能。2.2.2袋坝高塌落与时间关系曲线通过对坝高、内压的观测,采用回归分析法绘制各坝袋坝高塌落与时间关系曲线,求出各坝袋坝高塌落与时间的回归方程。根据回归方程计算各坝袋渗漏量,根据各坝袋渗漏量的大小综合确定补水机泵型号的选定等。保证节能、方便运行、成本低。2.2.3坝袋运行状态此环节关键在于采样周期和高滤波。采样周期过短,输出数据随坝袋运行状态呈正负跃变;采样周期过长,无法保证压力的实时性。经长期运行监测,该参数应定位15s;滤波比例根据实际测定变送器传输干扰及输出尖峰,参数设定为25%。2.3创新点2.3.1辅助管路微补根据橡胶坝坝袋的观测数据进行回归分析计算,科学建立了坝高与渗漏量关系曲线,选用了IS80-65-125离心泵及部分辅助管路进行微补,消除了水锤效应对机泵、管路的破坏作用,同时可以对橡胶坝的充排水过程进行平滑控制,使坝体均匀升降,避免了在充排过程中橡胶坝袋发生振动、拍打,延长了橡胶坝袋使用寿命。流量60m3/h,扬程18m,功率5.5kW。相对原250s16双吸离心泵具有投资小、效率高、效益明显的特点。2.3.2影响测量值的因素该技术要点在于完善输入信号的稳定采集,该数据直接决定着系统控制的稳定性。因橡胶坝运行中,坝袋压力的测量点是固定的,但库区水位的变化,坝袋过流情况,库区风力产生水浪坝袋充水时产生的动压等因素均影响测量的稳定性,多种因素致使测量压力发生正负跃变。为保证采样稳定性,本系统采用数显表低通滤波和高位水箱双方式采集,通过该方式组态,完全保证了压力数据的稳定采集。2.3.3橡胶水库自动注水的无人寿命保险通过PLC及组态软件,实现自动补水、超压自动报警、自动复位、自动初始化等功能,完全不需人工干预控制。3“橡胶水库自动注水系统研究”技术3.1数据分析机泵的选定依据泵出水量、扬程、坝袋水渗漏量、充坝间隔时间综合确定。该项目自2009年7月1日至8月30日止,分别在武烈河第3,5道橡胶坝进行坝高塌落、内压等前期观测(见表1,2)。经过对前期2个月的观测资料进行统计分析,分别计算出两道橡胶坝坝袋塌落渗漏量一览表(见表3,4)。经对第3,5道橡胶坝观测资料进行回归分析,第3道橡胶坝左浅槽、深槽、右浅槽坝袋每日平均降低高度分别为5,12,6cm,日漏水量分别为29,111,35m3。第5道橡胶坝左浅槽、深槽、右浅槽坝袋每日平均降低高度分别为3,13,7cm,日漏水量分别为6.6,104,15m3。经以上参数综合考虑,本项目选用IS80-65-125离心泵,流量60m3/h,扬程18m,功率5.5kW。主充水管路采用原有橡胶坝排残水管路,新安装分管路与机泵进行连接,通过电磁阀进行开关控制。该方案节能、方便运行、成本低。3.2计算机网络的系统化进程和组态3.2.1陕西省的选择考虑橡胶坝自动化补水系统对可靠性、采样速率的要求,选用国产PLC及其文本屏系列产品,上位机组态软件采用组态王。3.2.2电气总参数分析本系统共由3个部分组成:数据采集,数据分析处理,终端执行。数据采集部分主要包含由压力变送器和数显表构成的电气量反馈系统和高位水箱浮球构成的物理压力反馈系统两部分。分析处理单元根据实际电气情况,具体IO点及PLC配置如下:(1)IO点配置。(2)PLC单元配置。CPU复合单元:K308-40ARCPU+24DI+16DO终端执行由接触器、离心水泵及电磁阀构成的电气执行回路和供水管路实现执行功能。3.2.3系统模式和功能3.2.4影响测量方法的因素橡胶坝自动补水系统的技术要点在于输入信号的稳定采集,该数据直接决定着系统控制的稳定性。因橡胶坝运行中,坝袋压力的测量点是固定的,但库区水位的变化、坝袋溢流情况、库区风力产生浪涌、人为攀爬坝袋、充水时产生的动压等因素均影响测量的稳定性,多种因素致使测量压力发生正负跃变。为保证采样稳定性,本系统信息采用双方式采集:3.2.4.采样参数选取变送器输出4-20mA信号经数显表延长采样周期,高滤波,经PID采样,采样有效数据,输入至PLC判断控制。此方式关键在于采样周期、高滤波、PID的设置。采样周期过短,输出数据随坝袋运行状态呈正负跃变;采样周期过长,无法保证压力的实时性。经长期运行监测,该参数应定位15s;滤波比例根据实际测定变送器传输干扰及输出尖峰,参数设定为25%;PID采样主要改善系统在进入稳态后无稳态误差在调节过程中的动态特性。该方式基本解决了压力采集稳定性问题。3.2.4.增长系统模糊控制该方式主要通过与坝袋连接的高位水箱和浮球自身重量的方式实现物理滤波,综合浮球的滞后性和行程开关的动作迟滞性,实现模糊控制。通过浮球的上升下降反映坝袋压力变化的过程,从而实现压力的物理滤波和控制。此方式用于数显表控制外的另一控制方式,当数显表控制流程中间环节发生问题,液位浮球同样可保证坝体自动补水的关停。通过该方式组态,基本实现了压力数据的稳定采集及系统的遥测、遥控、图形动画、数据库、报警等功能。4系统应用的结论和范围4.1自动补水系统依据橡胶坝运行管理的特点,方案设计中特别强调了压力数据滤波及可操作性与先进性的结合。结合项目承担单位多年橡胶坝运行操作经验,加入了成熟的自动控制技术,构成了高度稳定的自动补水系统;消除了水锤效应对水泵和管道系统产生的破坏作用;避免了在充排过程中橡胶坝袋发生振动、拍打,延长了橡胶坝袋的使用寿命。经武烈河第3,5道橡胶坝近2a的运行结果测定,该系统完全满足其设计要求,具有操作方便、可靠性强、数据完整、监控实时等突出优点,不仅保证了对橡胶坝的实时控制,而且有效减轻了运行人员的劳动强度、缩短了操