張希鵬，王培坤，張超偉，趙 丹

（南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局天津分局，天津300393）

1 引言

西黑山節(jié)制閘弧形閘門(mén)埋件融冰設(shè)備原設(shè)計(jì)原理為電加熱油融冰，將油箱內(nèi)的導(dǎo)熱油經(jīng)加熱裝置升溫后，通過(guò)油泵加壓流經(jīng)油管輸送至閘門(mén)埋件處的油腔進(jìn)油口，原油腔的導(dǎo)熱油經(jīng)管道流回油箱。設(shè)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(dǎo)熱油。由于電熱融冰設(shè)備存在漏油風(fēng)險(xiǎn)，影響水質(zhì)安全，且有一定的火災(zāi)隱患，因此迫切需要研究改進(jìn)措施。

2 電熱融冰設(shè)備

2.1 設(shè)備組成

電熱融冰設(shè)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(hào)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(guó)瑞侃（Raychem）VPL限功率發(fā)熱電纜為核心，由適應(yīng)閘門(mén)側(cè)軌原導(dǎo)熱油空腔的結(jié)構(gòu)形式特殊制作的發(fā)熱電纜及冷纜組成（見(jiàn)圖1）。

圖1 電熱融冰設(shè)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(shí)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(shè)備電氣控制系統(tǒng)的中心，內(nèi)部裝有電源開(kāi)關(guān)、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(dòng)范圍：±5%；環(huán)境溫度：-25℃～50℃；環(huán)境濕度：≤90%。

2.3 工作原理

進(jìn)入冬季，弧形閘門(mén)側(cè)止水與閘門(mén)埋件處可能會(huì)結(jié)冰，影響弧門(mén)運(yùn)行安全。此時(shí)，電熱融冰設(shè)備根據(jù)探測(cè)到的環(huán)境溫度以及腔內(nèi)溫度數(shù)值，自動(dòng)分級(jí)投入所需加熱功率運(yùn)行，并隨環(huán)境溫度梯度變化，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)投入加熱電纜的功率，防止閘門(mén)止水與埋件之間出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。

3 電熱融冰設(shè)備安裝

3.1 發(fā)熱元件安裝

原熱油管路須拆除原進(jìn)、出油管的水平段，露出向上的開(kāi)口并預(yù)留約50 mm直管段，管口切割處去毛刺、尖角倒鈍，開(kāi)口上方無(wú)影響穿線的遮擋物；原導(dǎo)熱油腔中的油利用油泵抽干凈，并對(duì)空腔做必要的清洗。

發(fā)熱電纜安裝前需展開(kāi)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(wú)破損，并用萬(wàn)用表測(cè)量發(fā)熱電纜的電阻值，用500 V搖表測(cè)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(shí)將其冷端做好標(biāo)記（在冷端紅黑兩線穿上線號(hào)），然后將發(fā)熱電纜逐一穿進(jìn)閘門(mén)埋件的熱油空腔內(nèi)。因發(fā)熱空腔前端的熱油管路較細(xì)，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(mén)左右兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)中間接線端子箱。中間接線端子箱固定在閘門(mén)兩側(cè)電纜溝內(nèi)，箱內(nèi)布置有接線端子排。電熱融冰設(shè)備的供電電纜和發(fā)熱元件的冷纜通過(guò)中間接線端子箱對(duì)接。

3.3 供電電纜敷設(shè)

電熱融冰設(shè)備電氣控制柜到閘門(mén)每側(cè)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(shè)備發(fā)熱電纜提供電源，型號(hào)為ZR-KVV12×1.0軟電纜，并敷設(shè)在電纜溝內(nèi)，沿電纜橋架引至電氣控制柜。

3.4 信號(hào)電纜敷設(shè)

電熱融冰設(shè)備電氣控制柜到閘門(mén)每側(cè)的中間接線端子箱由兩根6芯信號(hào)電纜連接，使用5芯，備用1芯。兩根信號(hào)電纜分別為閘門(mén)一側(cè)的熱電阻式溫度傳感器傳輸信號(hào)。

3.5 環(huán)境溫度傳感器安裝

電熱融冰設(shè)備設(shè)置一個(gè)環(huán)境溫度傳感器，安裝在弧形閘室內(nèi)，用于檢測(cè)閘門(mén)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(kāi)關(guān)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(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、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(cè)量接地電阻符合標(biāo)準(zhǔn)。

4 電熱融冰設(shè)備調(diào)試

4.1 通電前的準(zhǔn)備

在電氣控制柜端測(cè)量發(fā)熱電纜的阻值、絕緣電阻，確保發(fā)熱電纜無(wú)損傷。測(cè)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(jìn)行測(cè)量，直至滿足標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 電氣控制柜通電

首先，合上進(jìn)線電源開(kāi)關(guān)用萬(wàn)用表測(cè)量進(jìn)線電源，須滿足要求：380 V±10%，50 Hz。然后，逐級(jí)合上控制柜內(nèi)的斷路器，次序?yàn)椋嚎傠娫磾嗦菲?、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(cè)各電源下的電氣元件是否正常工作。

4.3 手動(dòng)功能檢測(cè)

將控制方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)控制位，通過(guò)手動(dòng)按鈕將發(fā)熱電纜接觸器吸合，檢查有無(wú)吸合錯(cuò)誤或不吸合狀況。然后，合上發(fā)熱電纜電源開(kāi)關(guān)并檢查有無(wú)跳閘現(xiàn)象。點(diǎn)擊觸摸屏上狀態(tài)監(jiān)控按鈕，進(jìn)入狀態(tài)監(jiān)控界面，觀察各閘門(mén)發(fā)熱腔內(nèi)溫度是否升高。若正常升高，則通過(guò)電氣控制柜上停止按鈕，停止發(fā)熱電纜工作。

4.4 自動(dòng)功能檢測(cè)

將控制方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)控制位，然后通過(guò)觸摸屏參數(shù)設(shè)置畫(huà)面設(shè)置電熱融冰設(shè)備啟動(dòng)溫度（該溫度數(shù)值一定要大于當(dāng)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(dòng)投入工作。

5 電熱融冰設(shè)備的應(yīng)用

5.1 控制方式

操作面板上設(shè)置有運(yùn)行方式選擇開(kāi)關(guān)，分別是切除、自動(dòng)、手動(dòng)。電熱融冰設(shè)備無(wú)故障警報(bào)情況下，均應(yīng)在自動(dòng)運(yùn)行模式下運(yùn)行。

5.2 融冰設(shè)備啟停條件

環(huán)境溫度下降到“啟動(dòng)溫度”時(shí)，電熱融冰設(shè)備開(kāi)始投入工作，環(huán)境溫度回升到“停止溫度”時(shí)，電熱融冰設(shè)備停止工作。

5.3 溫度控制

5.3.1 參數(shù)設(shè)置

在參數(shù)設(shè)置界面共有3個(gè)參數(shù)：“加熱溫度設(shè)置”、“啟動(dòng)溫度”、“停止加熱溫度”?！凹訜釡囟仍O(shè)置”是指要維持的加熱空腔溫度，設(shè)置值為100℃；“啟動(dòng)溫度”是指電熱融冰設(shè)備自動(dòng)投入運(yùn)行的環(huán)境溫度，設(shè)置值為0℃；“停止溫度”是指電熱融冰設(shè)備自動(dòng)停止運(yùn)行的環(huán)境溫度，設(shè)置值為5℃。

5.3.2 加熱過(guò)程

加熱腔內(nèi)溫度傳感器測(cè)量溫度達(dá)到“加熱溫度設(shè)置（100℃）”時(shí)，電熱融冰設(shè)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(cè)量溫度低于80℃時(shí)，電熱融冰設(shè)備切除的40%功率發(fā)熱電纜重新投入工作；測(cè)量溫度超過(guò)120℃時(shí)，電熱融冰設(shè)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(shè)備使用效果，對(duì)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(jìn)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(shí)埋件溫度始終高于0℃，驗(yàn)證了電熱融冰設(shè)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(shè)備維護(hù)

為有效提高其工作壽命和安全性，每季度定期對(duì)電熱融冰設(shè)備進(jìn)行維護(hù)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(dòng)作檢查。

5.6 故障排除

電熱融冰設(shè)備設(shè)置跳閘警報(bào)、超溫警報(bào)等警報(bào)信息。在電熱設(shè)備運(yùn)行過(guò)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(huì)發(fā)出聲光警報(bào)和觸摸屏警報(bào)，信息畫(huà)面會(huì)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(huà)面中點(diǎn)擊發(fā)生故障報(bào)警的閘門(mén)融冰開(kāi)關(guān)，將其關(guān)閉，然后斷開(kāi)控制柜中對(duì)應(yīng)的斷路器，進(jìn)行故障排查檢修。

常見(jiàn)故障及解決措施如下：（1）斷路器跳閘。將跳閘的斷路器對(duì)應(yīng)的加熱電纜摘除，用萬(wàn)用表測(cè)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(jìn)行絕緣檢查。（2）超溫報(bào)警。對(duì)照?qǐng)D紙，觀察PLC熱電阻擴(kuò)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(cuò)誤。如屏幕顯示溫度為32 767℃，表示溫度傳感器處于斷開(kāi)狀態(tài)。

6 結(jié)語(yǔ)

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(shè)備改造為電熱融冰設(shè)備的原因，通過(guò)對(duì)電熱融冰設(shè)備組成、安裝及調(diào)試過(guò)程詳細(xì)介紹，為類似設(shè)備的安裝調(diào)試提供了參考依據(jù)。列舉了電熱融冰設(shè)備參數(shù)的設(shè)定、維護(hù)保養(yǎng)項(xiàng)目及故障排除方法，為此類設(shè)備的正常運(yùn)行提供了借鑒作用。