張希鵬,王培坤,張超偉,趙 丹
(南水北調(diào)中線干線工程建設管理局天津分局,天津300393)
西黑山節(jié)制閘弧形閘門埋件融冰設備原設計原理為電加熱油融冰,將油箱內(nèi)的導熱油經(jīng)加熱裝置升溫后,通過油泵加壓流經(jīng)油管輸送至閘門埋件處的油腔進油口,原油腔的導熱油經(jīng)管道流回油箱。設備主要參數(shù):工作流量200 mL/min,工作壓力:0.3 MPa,加熱棒功率:20×3 kW,工作介質(zhì):LTD-50 L導熱油。由于電熱融冰設備存在漏油風險,影響水質(zhì)安全,且有一定的火災隱患,因此迫切需要研究改進措施。
電熱融冰設備主要由發(fā)熱元件、腔內(nèi)溫度傳感器、中間接線端子箱、供電電纜、信號電纜、環(huán)境溫度傳感器、電氣控制柜等組成。發(fā)熱元件是以美國瑞侃(Raychem)VPL限功率發(fā)熱電纜為核心,由適應閘門側軌原導熱油空腔的結構形式特殊制作的發(fā)熱電纜及冷纜組成(見圖1)。
圖1 電熱融冰設備發(fā)熱元件組成
發(fā)熱電纜的參數(shù):工作電壓:AC220 V~230 V;額定輸出功率:65 W/m,10℃時150℃電熱纜維持功率:48 W/m;最高維持溫度(持續(xù)通電,230 V):150℃;最高暴露溫度(持續(xù)斷電):260℃。
電氣控制柜是電熱融冰設備電氣控制系統(tǒng)的中心,內(nèi)部裝有電源開關、可編程控制器(PLC)、繼電器等諸多電器元件。
電源電壓:380 V,50 Hz;允許電壓波動范圍:±5%;環(huán)境溫度:-25℃~50℃;環(huán)境濕度:≤90%。
進入冬季,弧形閘門側止水與閘門埋件處可能會結冰,影響弧門運行安全。此時,電熱融冰設備根據(jù)探測到的環(huán)境溫度以及腔內(nèi)溫度數(shù)值,自動分級投入所需加熱功率運行,并隨環(huán)境溫度梯度變化,系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)投入加熱電纜的功率,防止閘門止水與埋件之間出現(xiàn)結冰現(xiàn)象。
原熱油管路須拆除原進、出油管的水平段,露出向上的開口并預留約50 mm直管段,管口切割處去毛刺、尖角倒鈍,開口上方無影響穿線的遮擋物;原導熱油腔中的油利用油泵抽干凈,并對空腔做必要的清洗。
發(fā)熱電纜安裝前需展開平鋪在平整的地面上,讓其自然伸展,以便安裝。檢查發(fā)熱電纜外觀有無破損,并用萬用表測量發(fā)熱電纜的電阻值,用500 V搖表測量發(fā)熱電纜的絕緣電阻,發(fā)熱電纜的阻值≥0.3 KΩ,絕緣電阻≥4 MΩ。
安裝發(fā)熱電纜時將其冷端做好標記(在冷端紅黑兩線穿上線號),然后將發(fā)熱電纜逐一穿進閘門埋件的熱油空腔內(nèi)。因發(fā)熱空腔前端的熱油管路較細,因此需要將一根發(fā)熱電纜安裝到位,再安裝另一根,直至全部安裝完成。
每孔閘門左右兩側分別設置一個中間接線端子箱。中間接線端子箱固定在閘門兩側電纜溝內(nèi),箱內(nèi)布置有接線端子排。電熱融冰設備的供電電纜和發(fā)熱元件的冷纜通過中間接線端子箱對接。
電熱融冰設備電氣控制柜到閘門每側的中間接線端子箱由一根12芯供電電纜連接,使用10芯,備用2芯。供電電纜為電熱融冰設備發(fā)熱電纜提供電源,型號為ZR-KVV12×1.0軟電纜,并敷設在電纜溝內(nèi),沿電纜橋架引至電氣控制柜。
電熱融冰設備電氣控制柜到閘門每側的中間接線端子箱由兩根6芯信號電纜連接,使用5芯,備用1芯。兩根信號電纜分別為閘門一側的熱電阻式溫度傳感器傳輸信號。
電熱融冰設備設置一個環(huán)境溫度傳感器,安裝在弧形閘室內(nèi),用于檢測閘門所在閘室的環(huán)境溫度。
電氣控制柜內(nèi)裝有防雷器、斷路器、接觸器、中間繼電器、控制繼電器、開關電源(220 V變24 V)等低壓電氣元件和可編程控制器(PLC)。電氣控制柜操作面上裝有智能儀表、觸摸屏、轉換開關、按鈕和指示燈。電氣控制柜安裝在閘室控制柜底座上,四角用螺絲固定,做好接地并測量接地電阻符合標準。
在電氣控制柜端測量發(fā)熱電纜的阻值、絕緣電阻,確保發(fā)熱電纜無損傷。測量電氣控制柜的絕緣電阻、接地電阻是否滿足阻值≥0.3 kΩ、絕緣電阻≥4 MΩ。若不滿足,排除故障后在進行測量,直至滿足標準。
首先,合上進線電源開關用萬用表測量進線電源,須滿足要求:380 V±10%,50 Hz。然后,逐級合上控制柜內(nèi)的斷路器,次序為:總電源斷路器、智能儀表電源、控制電源斷路器、輔助電源斷路器、直流電源斷路器。最后,檢測各電源下的電氣元件是否正常工作。
將控制方式轉換開關打到手動控制位,通過手動按鈕將發(fā)熱電纜接觸器吸合,檢查有無吸合錯誤或不吸合狀況。然后,合上發(fā)熱電纜電源開關并檢查有無跳閘現(xiàn)象。點擊觸摸屏上狀態(tài)監(jiān)控按鈕,進入狀態(tài)監(jiān)控界面,觀察各閘門發(fā)熱腔內(nèi)溫度是否升高。若正常升高,則通過電氣控制柜上停止按鈕,停止發(fā)熱電纜工作。
將控制方式轉換開關打到自動控制位,然后通過觸摸屏參數(shù)設置畫面設置電熱融冰設備啟動溫度(該溫度數(shù)值一定要大于當前環(huán)境溫度數(shù)值)和停止溫度。最后檢查發(fā)熱電纜是否自動投入工作。
操作面板上設置有運行方式選擇開關,分別是切除、自動、手動。電熱融冰設備無故障警報情況下,均應在自動運行模式下運行。
環(huán)境溫度下降到“啟動溫度”時,電熱融冰設備開始投入工作,環(huán)境溫度回升到“停止溫度”時,電熱融冰設備停止工作。
5.3.1 參數(shù)設置
在參數(shù)設置界面共有3個參數(shù):“加熱溫度設置”、“啟動溫度”、“停止加熱溫度”。“加熱溫度設置”是指要維持的加熱空腔溫度,設置值為100℃;“啟動溫度”是指電熱融冰設備自動投入運行的環(huán)境溫度,設置值為0℃;“停止溫度”是指電熱融冰設備自動停止運行的環(huán)境溫度,設置值為5℃。
5.3.2 加熱過程
加熱腔內(nèi)溫度傳感器測量溫度達到“加熱溫度設置(100℃)”時,電熱融冰設備切除40%功率發(fā)熱電纜,60%功率發(fā)熱電纜繼續(xù)工作;測量溫度低于80℃時,電熱融冰設備切除的40%功率發(fā)熱電纜重新投入工作;測量溫度超過120℃時,電熱融冰設備全部發(fā)熱電纜停止工作。
為更好的掌握電熱融冰設備使用效果,對2017-2018年度冰期輸水期間環(huán)境溫度和埋件溫度做了記錄,現(xiàn)將2018年1月的環(huán)境溫度和埋件溫度進行比較,如圖2所示。圖2表明,2018年1月在環(huán)境溫度較低時埋件溫度始終高于0℃,驗證了電熱融冰設備的融冰功能。
圖2 2018年1月環(huán)境溫度和埋件溫度比較
為有效提高其工作壽命和安全性,每季度定期對電熱融冰設備進行維護檢修,具體步驟如下:(1)電氣控制柜清掃;(2)檢查電氣控制柜;(3)緊固配電回路接線;(4)控制動作檢查。
電熱融冰設備設置跳閘警報、超溫警報等警報信息。在電熱設備運行過程中,若發(fā)生短路、漏電、加熱溫度超高等故障情況,控制柜操作面板上的蜂鳴器會發(fā)出聲光警報和觸摸屏警報,信息畫面會記錄故障狀況。這種情況下,需要先在觸摸屏狀態(tài)監(jiān)視畫面中點擊發(fā)生故障報警的閘門融冰開關,將其關閉,然后斷開控制柜中對應的斷路器,進行故障排查檢修。
常見故障及解決措施如下:(1)斷路器跳閘。將跳閘的斷路器對應的加熱電纜摘除,用萬用表測量加熱電纜的電阻,若其電阻值≤100 Ω,則需將加熱電纜從加熱空腔中抽出,進行絕緣檢查。(2)超溫報警。對照圖紙,觀察PLC熱電阻擴展模塊的狀態(tài)指示燈,若有紅燈閃爍,需檢查溫度傳感器的接線是否牢靠、是否存在斷路情況。(3)顯示錯誤。如屏幕顯示溫度為32 767℃,表示溫度傳感器處于斷開狀態(tài)。
介紹了南水北調(diào)中線天津分局西黑山節(jié)制閘熱油融冰設備改造為電熱融冰設備的原因,通過對電熱融冰設備組成、安裝及調(diào)試過程詳細介紹,為類似設備的安裝調(diào)試提供了參考依據(jù)。列舉了電熱融冰設備參數(shù)的設定、維護保養(yǎng)項目及故障排除方法,為此類設備的正常運行提供了借鑒作用。