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）

1 引言

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。

2 電熱融冰設備

2.1 設備組成

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。

2.2 使用環(huán)境

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%。

2.3 工作原理

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。

3 電熱融冰設備安裝

3.1 發(fā)熱元件安裝

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。

3.2 中間接線箱安裝

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。

3.3 供電電纜敷設

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。

3.4 信號電纜敷設

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。

3.5 環(huán)境溫度傳感器安裝

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。

3.6 電氣控制柜安裝

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。

4 電熱融冰設備調(diào)試

4.1 通電前的準備

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。

4.2 電氣控制柜通電

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。

4.3 手動功能檢測

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。

4.4 自動功能檢測

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。

5 電熱融冰設備的應用

5.1 控制方式

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。

5.2 融冰設備啟停條件

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 溫度控制

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。

5.4 電熱融冰使用效果

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

5.5 電熱融冰設備維護

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。

5.6 故障排除

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)。

6 結語

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。