陳曉明，熊德朝

(國電恩施水電開發(fā)有限公司，湖北 恩施 445000)

螺桿式啟閉機以其結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護簡便、價格低廉等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于灌區(qū)、城市排澇防洪、各類引水渠道的平板閘門啟閉操作，在很多中小型引水式水電站平板閘門啟閉控制也得到大量應(yīng)用。目前螺桿式啟閉機缺乏有效的預(yù)防啟閉機事故的保護措施，在實際關(guān)閉閘門操作過程中，因閘門底部異物卡塞、閘門傾斜卡在閘槽等情況，均可能發(fā)生頂閘事件，輕則螺桿變形、燒損電機，重則頂碎啟閉機端蓋、啟閉機旋轉(zhuǎn)傾覆，甚至造成人員受傷，嚴重影響工程的安全運行。

1 螺桿啟閉機配置的常規(guī)保護

螺桿啟閉機一般由電機驅(qū)動，部分啟閉機在閘門上裝設(shè)閘門開度儀，現(xiàn)場一般配置有全開、全關(guān)2個限位開關(guān)，閘門開度儀用于現(xiàn)場及遠方閘門開度監(jiān)測，通過全開、全關(guān)2個限位開關(guān)，在閘門提升至全開或下降至全關(guān)位置時，切斷電機控制回路，停止運行，防止閘門全開、全關(guān)位置后啟閉機繼續(xù)運行導(dǎo)致啟閉機損壞。為防止啟閉機運行過程中電動機損壞，現(xiàn)場一般配置有電動機保護，間接對螺桿啟閉機進行保護。

2 螺桿啟閉機常規(guī)保護存在的問題

2.1 限位開關(guān)保護

限位開關(guān)保護只能在閘門全開、全關(guān)位置時進行保護，實際運行過程中，螺桿啟閉機控制的閘門，很多時候并非運行在全開、全關(guān)位置，而是根據(jù)工程需要，對引用流量進行調(diào)整，閘門可能處于任意位置，這時進行閘門操作，限位開關(guān)不能起到保護作用，若閘門上升、下降過程中發(fā)生傾斜、閘門底部異物卡塞等，均可能導(dǎo)致啟閉機損壞。

2.2 電動機保護

電動機保護一般有短路保護、過流保護、過載保護、欠壓保護等。其中短路保護、欠壓保護是針對電動機的保護，過流保護、過載保護可應(yīng)用于外部負載過大的保護[1]。

2.2.1 過流保護

過流保護是當電動機的負載增加時，引起電動機電流增大，當電流超過整定值時，控制回路切斷電源。過電流保護常用斷路器或過電流繼電器，在斷路器選型及繼電器設(shè)定保護整定值時，因需避開啟動電流值，斷路器額定電流值、過流繼電器整定值一般比電動機正常運行電流值大，若閘門發(fā)生異?？ㄗ鑼?dǎo)致電動機電流值增大，除非超過過流保護整定值，否則過流保護不會動作。

2.2.2 過載保護

過載保護是指電動機的電流大于其額定電流，電動機發(fā)熱，溫度超過允許值，當過載電流較小時，熱繼電器要經(jīng)過較長時間才動作，當過載電流較大時，熱繼電器則經(jīng)過較短時間就會動作。實際應(yīng)用時，可按略大于電動機實際工作最大電流值，整定熱繼電器動作電流，從而保護啟閉機。平板閘門動水啟閉過程中，啟門力、閉門力計算公式如下。

啟門力計算公式為

閉門力計算公式為

FW=nT(Tzd+Tzs)-nG×G

從上式可以看出，平板閘門啟門力較閉門力，約增大2倍閘門重量和作用在閘門上的水柱壓力，也就是閘門開啟過程電動機工作電流大于閘門關(guān)閉過程電動機工作電流，在整定過載保護熱繼電器動作電流時，應(yīng)按略大于閘門開啟時電動機工作電流進行整定。在實際運行過程中，閘門卡塞大多發(fā)生在閘門關(guān)閉過程中，需待電流超過熱繼電動作電流保護才能動作，且熱繼電器動作值的精度不高，電動機過載保護難以滿足閘門關(guān)閉時的保護要求。

3 螺桿式啟閉機增設(shè)保護實例

3.1 基本情況

某引水式水電站裝機兩臺2×3 200 kW，設(shè)有大壩取水口、渠道沖砂閘兩處平板閘門，大壩取水口閘門重量9.4 t,螺桿啟閉機型號QL-15，渠道沖砂閘門重量6.2 t，螺桿啟閉機型號QL-10。電站投運以來，雖然一直在現(xiàn)場操作啟閉機，但仍然發(fā)生多起因閘門卡塞導(dǎo)致螺桿啟閉機螺桿變形，甚至發(fā)生過電動機燒損事故。2020年，電站為提升自動化水平，需將兩處閘門現(xiàn)地控制改造為廠房值班室遠程控制，完善螺桿啟閉機保護勢在必行。

3.2 處理方案

螺桿式啟閉機功能是實現(xiàn)閘門的啟閉操作，通過直接監(jiān)測閘門的啟閉力，從而實現(xiàn)保護功能，是螺桿啟閉機最直接的保護。螺桿啟閉機在啟、閉過程中，分別承受向下、向上的力，其中，關(guān)閉閘門操作過程，即啟閉機承受向上力時，螺桿啟閉機最易受損，通過監(jiān)測閘門的關(guān)閉力，設(shè)置關(guān)閉力超限保護，是簡單易行的方案[2]。通過了解測試傳感器工業(yè)系統(tǒng)中力的測量和天車秤、軌道衡、料斗秤等各種稱重、測力的工業(yè)自動化測量控制系統(tǒng)，查詢各類資料，最終選擇了HZC-YH圓環(huán)式測力/稱重傳感器，該測力傳感器最大額定載荷10t，為圓環(huán)形狀，外形尺寸可根據(jù)用戶要求定制。安裝如圖1。

圖1 測力傳感器安裝圖

在螺桿啟閉機底座4個地腳螺栓上套入測力傳感器，擰上螺母，執(zhí)行關(guān)閉閘門操作，測量正常關(guān)閉閘門時4個測力傳感器的最大值，隨后按最大測量值擰緊螺母，并在螺母上面增加鎖緊螺母，防止螺母松動。原閘門現(xiàn)地控制柜未采用PLC控制，現(xiàn)場增加智能顯示控制儀，將測力傳感器測量值輸入控制儀，控制儀動作值可設(shè)置為測量最大值的5%～10%，測控儀輸出開關(guān)量接點，接入原有啟閉機控制回路，若測量值超過測控儀整定值，切斷啟閉機控制回路，從而實現(xiàn)啟閉機關(guān)閉閘門過程的保護。

4 結(jié) 語

通過測力傳感器應(yīng)用，完善螺桿式啟閉機保護配置，實現(xiàn)遠程操控，是簡單易行的一種有效手段，在螺桿啟閉機結(jié)構(gòu)設(shè)計和完善保護配置中，應(yīng)注意以下幾方面：

1)不斷研發(fā)測力壓力傳感器，提升傳感器額定荷載及精度，逐步擴大應(yīng)用范圍；

2)本次重點研究了閘門關(guān)閉過程的保護，雖然閘門開啟過程中卡塞情況很少，但仍有可能發(fā)生，研究在螺桿啟閉機底座下部增加測力片等方式，進一步完善閘門開啟過程中保護配置；

3)啟閉機現(xiàn)地控制保護配置在設(shè)計階段予以綜合考慮，建議現(xiàn)地采用PLC控制，啟閉機地腳螺栓外露部分適當加長，便于后期調(diào)整。