启闭机在水电站的运用

２０１３年第１期　（总第２４４期）　中闽高新技术企＿业　ｌ　ｃ　Ｈ｝Ｎ＾ＨＩ　６　Ｈ　Ｔ　Ｅ　ｃ　Ｈ　Ｅ　Ｎ　Ｔ　Ｅ　Ｒ　Ｐ　ＲＩ　ｓ　Ｅ　ｓ　ＮＯ．１．２０１３　（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｔｙＮＯ．２４４）　

Ｔ　

启闭机在水电站的运用　卿　文　（中国水利水电八局贵阳机械厂，贵州贵阳５５０００８）　

摘要：启闭机作为常规起重设备，广泛用于水电站的施工及闸门的启闭运行，工况由电站运行要求及闸门重　量确定。启闭机部件由机座、钢绳卷筒、定滑轮、动滑轮圣且（俗称吊头）、制动器、电源控制柜、电阻柜等组成，　保护装置有机械高度限位器、电子高度限位器、荷重传感器，电控部位由ＰＬＣ控制回路、电机过流保护装置、　过载保护回路、过压和欠压保护控制回路及主电动机的电阻降压启动组成，有条件的水电站还配置有摄像头　监控及远程控制。　关键词：启闭机；水电站；高度限位器；荷重传感器；电流型变频器　中图分类号：ＴＶ６６４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２３７４（２０１３）Ｏ１—００４３—０４　

１　启闭机的外部结构　启闭机架多采用分体制作，通常机架一分为　二。腹板对穿，以螺栓连接。现场安装，做机架吊　点，横、纵向中心线。调平机架四角预埋板，让预　埋板与机架可靠焊接且达到设计高程。机架在预埋　板处拼装。连接板先带两螺栓，定位孔打过眼冲，　螺栓孔全部对位，装螺栓并用扭力扳手紧固。机架　拼接好后，使机架吊点中心线与预埋板吊点中心线　吻合，检查机座金加工面的水平，点焊固定机架，　进行钢绳卷筒安装。　

２启闭机的运行工况　启闭机有单吊点、双吊点两类。多用于水电站　闸门的启闭，而电站闸门长期工作于水下，在操作　上有许多不确定因素，使用时有一定难度。操作不　当，会产生严重后果并发生重大安全事故。　有的电站起升高度大，采用钢绳的多层叠绕，　易出现吊头安全距离过小及钢绳在最高限位处的钢　绳夹角过大的设计疏漏；多层叠绕卷筒，钢绳沿着　导槽自行并绕，钢绳绕完第一层导槽后，第二、三　层钢绳会在起头部位发生钢绳跳绕。原因是吊头钢　绳夹角过大，绳槽绕力小于钢绳夹角张力，导致高　

度上限功能失效，卷筒卷不下跳绕多出的钢绳长　度，闸门被迫长期吊在空中，容易发生事故。　解决方案计算出绳槽滑动力与钢绳夹角力大　小，减小层间叠绕钢绳夹角，满足高程工况，可增　大卷简直径，缩短卷筒长度。双吊点启闭机有两个　独立卷筒，直径必须相等，不等就会导致被吊闸门　发生倾斜，在起升过程中产生卡阻，发生事故。　启闭机的减速箱，机座的加工，严控尺寸，卷　筒、减速箱安装水平、齿联结咬合面９０％以上。无　顶齿、空车试转无擦伤或刮痕。减速箱与电机为　制动轮联结。电机侧制动轮与减速箱水平及同轴一　致。联结部四周间隙相等，运转平稳。　闸门２００ｔ以上设计多采用双制动器，减速箱与　电机联结为一级制动，减速箱另一侧为二级制动。　工作原理，一级制动与电机同步，二级制动比一级　制动慢１～２ｓ，由ＰＬＣ编程延时控制。目的是保证闸　门空中停止后，再启动不溜沟和防飞车的功能，减　少制动器的瓦片磨损。大吨位启闭机，减速箱传动　齿较大，箱底的润滑油不易被齿轮带到上部齿面。　解决方法是在减速箱底外部加一润滑泵，通过细导　管淋在上部齿轮处，齿轮的硬度值大致相等。减速　

４３　箱就会有较长的使用寿命。　启闭机多采用独立电源供电，百米左右的距　离，电压降是必须考虑的条件。电源直径的平方大　小等于电机的额定功率之和乘以启闭机同时运行台　数加上线路损耗之和，直观判断电源直径是否满　足。满负荷连续工作数小时，电源线无发热是满足　工况的最低条件。启闭机起升电机采用ＭＺＲ电机，　空车运行３０ｍｉｎ观察电机碳刷与整流子接触面，磨　合面达到７０％以上，可进行负载运行，达不到时就　须取下碳刷在半圆弧面进行研磨，直到满足要求。　电机采用过流保护，加装过流继电器，电机产　生高温会自动脱开电机电源，保护电机不被烧坏。　控制回路，缺相保护继电器，控制主升电机接触　器，电源缺相时实现缺相自保功能。　启闭机操作，按钮的启动、停止。启动多为三　级降压。启动时电机定子回路接触器吸合，电机定　子得电，电机转子接触器延时１～５ｓ分三次逐级吸　合，完成电机降压起动，输出额定功率。启闭机起　动电阻多外型尺寸大，采用两个电阻柜，接线时分　清电阻的星点连结及各级切换电阻的连接线是否对　称，对应连接。连结不正确会造成电机输出达不到　额定功率，使启闭机不能满负荷工作。　启闭机正常运转后进行钢绳的卷筒缠绕，卷钢　绳时做好钢绳的回力工作，穿好钢绳的吊头处于无　扭力的自然状况。启闭机的高度限位：一是传统的　机械限位，二是卷筒软连接的光电编码限位。　首次高度调试及荷重调试在无水情况下进行。　闸门是平压运行方式，在闸门吊点上有冲水阀。　功能是使上下游管道内的压力均衡，在上下管道　内无水压差的工况下升、降闸门。冲水阀与吊点　间有３００ｍｍ的距离，吊头落在门上时为闸门零位，　闸门起止水功能，吊点向上提升３００ｍｍ时，门体没　被吊点提动，吊头提起的仅是闸门的冲水阀。水通　过阀门进入下游管道，管道内有压力装置。下游压　力器显示数值不变后，管道内就充满了水。为充分　平压，充水时间通常有数小时。高度调节在闸门体　下必须有人，确定闸门落底，水封压缩量为５ｍｍ的　范围，确定吊头落在门上冲水阀关闭，吊头钢绳不　松。此时把高度的机械下限调出，编码器调零，　对正卷筒软连接固定。编码器最好选用有负值的　仪器。荷重传感器也为零。起升吊头在３００ｍｍ处停　止。验证并确定冲水阀全开且闸门没提动。设定冲　水行程，编程使闸门运行到此位置自动停止向上运　行。设置转换开关，冲水完成后，给一个完成信　号，闸门方可向上提升。闸门提出门槽，根据闸　门实际重量，调整荷重参数，设定并显示闸门实　重值。标定１０５％蜂鸣报警，１１０％超载自动停止保　护。运行至起升最高点，设机械上限，此高度下降　１ＯＯｍｍ设为编码起升上限。通常机械限位不参与上　下极限工作，在编码失灵的情况下终极保护。光电　编码控制上限及下限和冲水限位值。　

３启闭机信号失灵的解决方法　高度限位其功能十分重要。更换及编码器故障　后，闸门已是水下运行方式，人无法再下水观察。　为解决这一困难，可用下述方法，此方法是个人经　验，仅供参考。　方法一：观察机架定滑轮，闸门及吊头在半空　升降运行时，由于钢绳的重力作用，定滑轮会同时　转动，定滑轮停止转动的同时，停止下降，这时就　正好是闸门体的下限位。不及时停机，钢绳下降过　多就有可能反向勾住吊头。提升闸门会使吊头有被　钢绳拉坏的后果，使闸门无法从水中提出，产生重　大事故，吊头被拉坏在有的地方就发生过。　方法二：观察荷重显示，闸门体及吊头落地时　荷重显示刚好为零，此时可停止下降。　方法三：观察电流表数值变化，闸门体下降过程　中，电流值比较平稳地停在某一数值上。发现电流表　突然有轻微明显变小的时候，可立即停机，闸门就已　经落地。启闭机重载和轻载时电流变化不是很大。　三种方法同时结合使用，相互印证可判断出闸　门下降零位，也可用于水下液压抓梁零位判断及是　否抓住闸门提供参考。　抱匝长期使用会磨损，影响零位直观性，定期　检查、紧固。通气孔设计尺寸大小限制了通气量，　闸门充水阀开启后闸门误动作提升，通气孔实施排　气功能。闸门关闭，水轮机导叶全开，通气孔实施　补气。无论排气还是补气不能满足通气量，会对管　道设施相关物体造成不同程度损坏。通气孔相应增　大，其优势明显。　４启闭机实行自动化控制的工况　实现远程自动化，提高工效，减少维修、维护　工作量，采用智能控制。ＰＬＣＳＤ变频技术实现优化　管理。变频器配用电机恒转矩调速。电机电动转矩　Ｔ（Ｎ・ｍ）由转子电流Ｉ　与主磁通　作用产生，由　下式决定：Ｔ＝Ｃ　Ｉ　２ＣＯＳ　２，其中Ｃｍ为转矩常数，　ＣＯＳ　为转子回路功率因数。　４．１　电流型变频器的特点　表１　电流型变频器的特点　变频器类型　电流型　直流回路滤波环节　输出电压波形　输出电流波形　输出动态阻抗　再生制动（发电制动）　过电流以及短路保护　电抗器　决定于负载，当负栽为异步电动机时　近似为正弦波　矩彤　大　方便、不需附加设备　容易　４．２动力制动环节　自动单元是中间电路主环节，电机制动时能量经　逆变器回馈到直流侧，使直流侧滤波电容电压升高。　回馈能量较大或要求强制动，选用接于Ｈ、Ｇ两点的外　接制动电阻Ｒ　制动电阻一般置于柜外，订货时须向　厂家特别注明，是作为选购件提供给用户的。　４．３变频器的通信控制　ＰＬＣ　变频器　图１开关指令输入　ＰＬＣ与变频器相连：当利用变频器构成自动控　制系统进行控制时，许多情况是采用￣ＤＰＬＣ等上位　机配合使用。ＰＬＣ可提供控制信号（如速度）和指　令通断信号（启动、停止、反向）。　

门１　；　

图２隔离输入的场　无论哪种情况都必须ＰＬＣ一侧的输入阻抗的大　

小保证电路中的电压和电流不超过电路允许值，保　证系统可靠性，减少误差。　

表２串行接口表　

４．３．１采用串行接口有以下优点：无须重新　布线，即可更改控制功能；可以通过设置串行接口　修改变频器参数；连续对变频器进行监测和控制。　４．３．２恒转矩（ＣＴ）。　恒转矩过载能力：０．１２～７５ｋＷ，１．５倍额定电　流（即１５０％过载），持续时间６０ｓ，间隔周期时间　为３００ｓ；２倍额定输出电流（即２００％过载），持续　时间３ｓ，间隔周期时间为３００ｓ。　变频器效率：９６％￣９７％，供电因数０．９８。　保护特征：欠电压、过电压、过负载、接地、　短路、电机锁定保护、电机过温、参数联锁。　４．４　ＰＬＣ主要性能指标　４．４．１　存储容量：中小型ＰＬＣ存储容量一般　在１６ｋＢ以下，超大型ＰＬＣ的存储容量最多可达到　２５６ｋＢ～２ＭＢ。　４．４．２功能模块：指可完成模拟量控制、位　置和速度控制以及通信联网等功能的模块。功能模　块种类多少和功能强弱是衡量ＰＬＣ产品水平高低的　一个重要指标。　４５