三峡船闸自动化运行控制技术

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1、三峡船闸自动化运行控制技术段波朱海清吴斌(长江水利委员会长江勘测规划设计研究院，武汉430010)【摘要】本文简要介绍了三峡船闸整体运行特点和运行控制技术的关键难题，提出了船闸运行控制技术难题的解决方案，着重对船闸运行级数、补水运行判定数学模型和抑制闸室超灌超泄的技术措施进行论证，并归纳了实现这些技术措施的船闸整体运行软件的技术特点。。【关键词】船闸控制运行自动化1概述三峡船闸为双线连续五级船闸，每线各由6个闸首和5个闸室组成，船闸总设计水头113m，级间工作水头达45．2m，可通过万吨级船队。三峡船闸上下游水位变幅大、连续运行级数多、运行方式多变，其工程规模、设备数量和运行

2、控制的复杂程度都远远超过了目前世界上已投入运行的同类型船闸。2三峡船闸运行控制技术关键难题2．1船闸整体运行特点(1)由于存在当上游级闸室的水量部分输入下一级闸室后，上游级闸室可能不满足船舶最小运行水深(5m)的要求，需要直接由水库向下一级闸室补充一定的水量。因此，需进行补水或不补水的控制。而且，受各闸室最高和最低通航水位的限制，当上下游水位在不同的水位段时，还需作减级运用，如作四级或三级运行。(2)船闸运行工况多变，运行条件复杂。在船舶过闸过程中，各闸室的水位配合是十分严格的，要求各相邻闸首的闸／阀门间有严格的位置状态闭锁关系。当要作补水运行时，则又需要同时开启相邻的两个闸

3、首的输水阀门，打破位置状态的闭锁关系。(3)当船闸五级运行时，可有三批船队同时驶过三个闸室，相当于有二至三个单级船闸在同时运行，即控制对象多且分散。(4)高水头船闸存在严重的超灌、超泄现象，需采取适当措施加以抑制，避免由此造成损害。(5)三峡船闸自动化运行控制系统必须能适应三峡工程“一次建成、分期蓄水”的建设要求，在围堰挡水和大坝挡水的各种水头下均能保证航道畅通，确保高水头、大水位变幅、多工况、高频度和高效率安全运行。(6)三峡船闸具有单／双向运行、3级／4级／5级运行、补水／不补水运行、单边／双边阀门输水运行、换向运行、船舶连续同步过闸运行、逐级过闸运行等多种运行方式，且存

4、在上述运行方式间的转换。三峡船闸运行方式多样、运行程序多变，其复杂程度是前所未有的。2．2船闸自动化运行的关键难题三峡船闸自动化运行控制技术需要解决的关键难题是监控五级船闸适应水库分期运行而带来的大幅度水位变化、大超灌超泄量、变级数运行、闸室补水运行等一系列直接影响连续五级船闸运行可行性的重大技术问题。(1)研究运行级数和补水运行方式的判定，推导补水量计算公式是保障船闸通航安全的关键。(2)如何有效地抑制闸室超灌超泄量，限制人字闸门的反向水头，是多级连续船闸自动化运行控制技890第一届水力发电技术国际会议论文集(第二卷)术中的一项关键难题。(3)三峡船闸过闸工艺复杂、运行工况

5、繁多，闭锁条件繁杂，船闸运行工况的转变存在打破原有的闭锁条件，发生“开通闸”事故的危险。如何简化操作、减免失误、提高多级船闸运行效率，是保障多级船闸运行安全的又一个难题。(4)三峡单线船闸运行涉及到了6个闸首、12扇人字闸门、14扇输水阀门以及大量辅助设备协同运行，控制对象和检测元件众多，提高系统可靠性和控制传输速率，优化系统配置，减少工程投资是设计中需要研究考虑的重要问题。3船闸运行控制技术难题的解决方案3．1建立船闸运行级数、补水运行判定数学模型通过研究三峡船闸运用级数与上下游水位的关系，以及补水运行的相关条件，推导出运行级数、补水运行方式的判定和补水量的计算公式，编制运

6、行程序，使控制系统能随时根据现场水位信息，自动生成船闸运用级数指令和提示，并进行补水与否的判断和补水量的控制。各闸室水位如图1所示。图1三峡五级船闸上下游及各闸室水位示意图3．1．1船闸运行级数判定数学模型(1)基本判断公式。根据船闸已经确定了的水级划分方案，分析、推导的运行级数的基本判断公式如下：矸I。。=[，n形k一一(m+n一6)w乞]／(6一／7,)式中矾一——允许进行m级运行的上游最高水位；职一——第it／,闸室允许的最高通航水位(已知值)；职——当前的下游水位实测值；m——船闸运行级数；n——五级闸室自上至下的顺序数。(2)根据实测的上游水位值初步确定运行级数。当

7、Iv,=135．OOm时，船闸按三级或四级运行；当职≤152．40m时，船闸按四级或五级运行；第一届水力发电技术国际会议论文集(第二卷)当矾>152．40m时，船闸按五级运行。(3)按允许的上游最高通航水位值wk一。和输水阀门允许的最高工作水头判断运行级数。当职≤Wd一5、矾≤W,3—4并且(矾一取)／3，<22．60m时，船闸按三级运行，否则按四级运行；当矾≤n一”矾≤％一4并且(职一职)／4。<22．60m时，船闸按四级运行，否则按五级运行；当矾≤W,5—5、矾≤风一4并且(形。一耽)／5。<22．