楊 邗 宋偉新 馮 曉

嚴(yán)埭港水利樞紐泵站快速門失電應(yīng)急保護(hù)措施

楊 邗 宋偉新 馮 曉

工程概況

嚴(yán)埭港水利樞紐是江蘇省無(wú)錫市主城區(qū)防洪控制八大樞紐工程之一，位于無(wú)錫市惠山區(qū)堰橋街道寺頭村的嚴(yán)埭港河和錫北運(yùn)河的交匯處。樞紐工程由泵站、節(jié)制閘、船閘以及上下游水工建筑物等組成。泵站采用堤身式布置，安裝5臺(tái)2200ZLBK15—2立式軸流泵，配TL630—40/2600同步電機(jī)，單機(jī)設(shè)計(jì)流量14m3/s，其中2臺(tái)機(jī)組為“X”流道，具有雙向抽排功能，總裝機(jī)容量3150kW。

泵站5臺(tái)機(jī)組各設(shè)2扇快速門，加上2組“X”流道，共有7組14扇快速直升門，由7臺(tái)啟閉機(jī)現(xiàn)地操作控制，啟閉機(jī)型號(hào)為QPK—2×100kN—3繩鼓式卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)，快速門為鍍鋅平面鋼閘門，啟閉機(jī)組均為露天安裝，用不銹鋼罩殼進(jìn)行防護(hù)。啟閉機(jī)的動(dòng)力源為站變低壓室輸出的380V三相交流電。未考慮供電線路故障、跳閘等特殊情況下的應(yīng)急運(yùn)行。

泵站快速門的作用及制動(dòng)器工作原理

泵站快速門是水泵出水口的逆向斷流裝置。在水泵投入運(yùn)行時(shí)，出水口的閘門快速打開(kāi)，水泵正常出水；當(dāng)需要停機(jī)時(shí)，閘門快速關(guān)閉，防止因水體的逆向流動(dòng)造成機(jī)電設(shè)備的磨損或毀壞。但泵站快速門啟閉機(jī)是由電力控制的，樞紐一旦遭遇供電線路故障或意外跳閘停電，則所有電器設(shè)備均失去運(yùn)行動(dòng)力，處于運(yùn)行開(kāi)啟狀態(tài)的泵站快速門也因失電而無(wú)法關(guān)閉。因此，外河側(cè)的水體在水位差的作用下，必然形成逆向流動(dòng)。

制動(dòng)器是快速門的動(dòng)力控制裝置。其工作原理：開(kāi)機(jī)時(shí)，啟閉機(jī)和制動(dòng)器同時(shí)獲得運(yùn)行電流，制動(dòng)器液壓裝置推桿在電力作用下向上移動(dòng)，克服主彈簧拉力，并通過(guò)三角形杠桿松開(kāi)抱閘；同時(shí)，啟閉機(jī)在電力作用下，正向轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)鋼絲繩牽引閘門快速上升。當(dāng)閘門上升到位時(shí)，通過(guò)上限行程開(kāi)關(guān)切斷控制電源，液壓推桿制動(dòng)器斷電后，在主彈簧的拉力作用下，三角形杠桿和推桿同時(shí)向下移動(dòng)，抱閘收緊，制動(dòng)輪在抱閘力的作用下停止轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到控制快速門的目的。需要停機(jī)時(shí)，啟閉機(jī)和制動(dòng)器再次獲得運(yùn)行電流并重復(fù)以上開(kāi)機(jī)動(dòng)作，但啟閉機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向已改變，快速門在電機(jī)的正常轉(zhuǎn)速控制下快速下降，到達(dá)關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，下限行程開(kāi)關(guān)切斷控制電源，制動(dòng)器抱閘再次收緊。

泵站快速門失電應(yīng)急保護(hù)的必要性

嚴(yán)埭港樞紐泵站快速門啟閉機(jī)由10kV電網(wǎng)經(jīng)樞紐站變降壓到380V，作為低壓電機(jī)、電器的動(dòng)力電源，當(dāng)泵站機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中遭遇供電線路故障或意外跳閘停電時(shí)，快速門啟閉系統(tǒng)也因失去電源而無(wú)法動(dòng)作。在防汛排澇時(shí)期，內(nèi)外河存在一定的水位差，快速門如不能及時(shí)關(guān)閉，則必然因水位差的作用導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生反轉(zhuǎn)，隨著時(shí)間的推移，其反轉(zhuǎn)的速度也會(huì)不斷加快，當(dāng)機(jī)組的反轉(zhuǎn)速度達(dá)到一定值時(shí)（機(jī)組額定轉(zhuǎn)速為150r/min，當(dāng)達(dá)到225r/min為飛逸轉(zhuǎn)速），其轉(zhuǎn)動(dòng)部分將遭到破壞，甚至可能發(fā)生共振，導(dǎo)致機(jī)組設(shè)備損毀。另一方面，由于大型立式軸流泵的推力軸承承受著巨大的壓力，反向高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，也會(huì)因摩擦產(chǎn)生的熱量過(guò)大而燒毀。因此，大型機(jī)組高速反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象是絕對(duì)不允許發(fā)生的。

當(dāng)然，電網(wǎng)跳閘或意外停電時(shí)，運(yùn)行人員可以趕到快速閘門現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)手動(dòng)松開(kāi)抱閘，控制閘門下放，避免機(jī)組反轉(zhuǎn)。但根據(jù)水泵反轉(zhuǎn)時(shí)間推算，一旦主機(jī)停機(jī)后，很快便會(huì)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，若5臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行時(shí)，手動(dòng)操作關(guān)閉5臺(tái)機(jī)組的閘門，所需要的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開(kāi)始反轉(zhuǎn)時(shí)間。況且，緊急情況下，靠現(xiàn)場(chǎng)工作人員手動(dòng)操作閘門是不現(xiàn)實(shí)的，也不符合安全運(yùn)行管理的要求。

保護(hù)措施

針對(duì)上述情況，為保證快速門啟閉系統(tǒng)在失電情況下仍能正常工作，必須對(duì)快速門進(jìn)行改造。最初的做法是：在原先電網(wǎng)供電的啟閉機(jī)控制電路上再并聯(lián)一個(gè)由電壓380V、電流38Ah的電池組作為備用電源。當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)電池組進(jìn)行充電，當(dāng)電網(wǎng)遇到突發(fā)情況無(wú)法正常供電時(shí)，電池組經(jīng)逆變裝置向啟閉機(jī)制動(dòng)器進(jìn)行供電，確保制動(dòng)器能正常動(dòng)作，從而保障閘門能夠快速關(guān)閉。

但經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐檢驗(yàn)，上述改造方案在日常的運(yùn)行中，仍存在諸多不安全因素：一是該系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，僅控制啟閉機(jī)的制動(dòng)裝置，松開(kāi)制動(dòng)器后，由于快速門自身重量較大，在重力作用下閘門下降速度過(guò)快，往往要超過(guò)原啟閉機(jī)閉門時(shí)的額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速過(guò)快容易引起鋼絲繩余繩錯(cuò)位、脫槽及閘門損壞，甚至釀成事故；二是由于該操作系統(tǒng)在室內(nèi)，屬于遠(yuǎn)程操作，工作人員在操作過(guò)程中看（聽(tīng)）不見(jiàn)現(xiàn)場(chǎng)啟閉機(jī)及閘門的運(yùn)行狀況，因此，無(wú)法準(zhǔn)確判斷快速門的下降速度和關(guān)閉情況；三是該技術(shù)改造方案日常維護(hù)成本較高：電池組壽命一般1～2年，逆變裝置也存在不穩(wěn)定性，每年維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用約1萬(wàn)元。

本著安全可靠的原則，我們經(jīng)過(guò)多次分析研究，提出了在現(xiàn)有設(shè)備條件下對(duì)快速門再次進(jìn)行改造的思路。具體做法是：添加人工機(jī)械閉門裝置（腳踏式機(jī)械快速閉門裝置），以保證在電網(wǎng)失電、備供電源也無(wú)法正常工作的情況下，仍可以對(duì)液壓推桿制動(dòng)器進(jìn)行操作，達(dá)到安全、快速關(guān)閉閘門的目的。

圖1 液壓推桿制動(dòng)器發(fā)行后正視圖

腳踏式機(jī)械快速閉門裝置的工作原理

腳踏式機(jī)械快速閉門裝置運(yùn)用杠桿原理進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝（見(jiàn)圖1）。

由圖1可見(jiàn)，腳踏式閉門裝置有腳踏桿、支架、連接桿三個(gè)部分組成。連接桿呈T字形，一端與兩臺(tái)液壓推桿制動(dòng)器的推桿銷孔相連，另一端與腳踏桿相連，腳踏桿的另一端穿過(guò)啟閉機(jī)罩殼向外延長(zhǎng)10cm，作為腳踏位置。經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)量，液壓推桿制動(dòng)器的推桿向上運(yùn)動(dòng)5cm才能使制動(dòng)器完全松閘，而抬升推桿需約200N的力。利用簡(jiǎn)單的杠桿原理，腳踩踏桿按照1∶3分布。F踩踏力：F抬升力=1∶3，故F踩踏力=66.7N，腳踩踏下的行程為15cm，腳踏力經(jīng)杠桿放大并傳遞到連接桿，再通過(guò)連接桿帶動(dòng)推桿向上移動(dòng)，進(jìn)而克服制動(dòng)器主彈簧拉力，使制動(dòng)器完全松開(kāi)，快速門在重力作用下快速下降。

具體操作過(guò)程：工作人員現(xiàn)場(chǎng)踩下控制踏桿，推桿受力并克服主彈簧拉力上移，抱閘松開(kāi)，制動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，快速門在重力作用下快速下降。當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí)，可松開(kāi)踏桿，抱閘收緊；當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)慢時(shí)，加大踩踏力度，往復(fù)數(shù)次，即可關(guān)閉快速門。

效益分析

原來(lái)的液壓推桿制動(dòng)器在遇到電網(wǎng)失電且逆變裝置因故障無(wú)法正常工作的情況下，為使閘門快速下降，必須由兩名工作人員抬開(kāi)啟閉機(jī)罩殼，然后兩人配合，同時(shí)用手抬的方式使液壓推桿向上運(yùn)動(dòng)。由于主彈簧彈力較大，再加上原來(lái)的液壓推桿制動(dòng)器并沒(méi)有設(shè)計(jì)手抬的著力點(diǎn)，因此要完成這一動(dòng)作有一定的難度，且整個(gè)操作過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)。而改造后的腳踏式閉門裝置，在不用抬罩殼的情況下只需一人就能快速、輕松地完成此項(xiàng)動(dòng)作，耗時(shí)大大減少。且泵站開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，腳踏式閉門裝置對(duì)運(yùn)行設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生任何影響。同時(shí)，該裝置為純機(jī)械連桿，日常維護(hù)除了除塵防銹外，不需要其他支出。

結(jié) 語(yǔ)

腳踏式機(jī)械快速閉門裝置，能夠在供電線路故障或意外跳閘停電的情況下，安全、快速地完成泵站快速門的及時(shí)關(guān)閉，可快速有效地切斷外河水流倒灌的隱患，為泵站機(jī)組的安全運(yùn)行提供可靠保障。當(dāng)然，工作人員在操作腳踏式閉門裝置時(shí)，也應(yīng)注意觀察并控制制動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，防止因轉(zhuǎn)速過(guò)快而引起鋼絲繩錯(cuò)位、脫槽及閘門損壞等。從實(shí)際操作看，應(yīng)通過(guò)適當(dāng)控制腳踩踏桿的間歇，控制好閘門的下降速度。當(dāng)快速門下降到位時(shí)，應(yīng)再次查看閘門的開(kāi)度數(shù)據(jù)，確認(rèn)閘門是否完全關(guān)閉；查看滾筒鋼絲繩是否有松散、錯(cuò)位現(xiàn)象，確認(rèn)完好后方可離開(kāi)。

（ 作者單位：楊 邗，宋偉新，馮 曉，江蘇省無(wú)錫市城市防洪工程管理處）