趙水汨，劉須朋

(江蘇省泗陽閘站管理所，江蘇 泗陽 223700)

1 工程概況

泗陽閘位于江蘇省泗陽縣城中心東約2.5 km處的中運河上，具有防洪、排澇、灌溉、發(fā)電等綜合功能。泗陽閘閘室右側(cè)岸邊裝設(shè)2臺ZDT03—LM100b軸流式水輪機，配套SF160—6型三相同步發(fā)電機，水輪發(fā)電機組可利用泗陽閘泄水發(fā)電。發(fā)電機組進(jìn)水流道采用快速閘門控制，電磁抱閘制動器剎車器作為閘門啟閉機的開、關(guān)以及上下運行的主要控制裝置。

2 原制動器結(jié)構(gòu)組成及原理

(1)結(jié)構(gòu)組成。主要由兩部分組成：制動電磁鐵和閘瓦制動器。制動電磁鐵由鐵心、銜鐵和線圈三部分組成。閘瓦制動器包括閘輪、閘瓦、杠桿和彈簧等，閘輪與電動機裝在同一根轉(zhuǎn)軸上。

(2)磁抱閘制動器剎車器分離狀態(tài)工作原理。電動機接通電源，同時電磁抱閘線圈得電，銜鐵吸合，克服彈簧的拉力使電磁抱閘制動器剎車器的閘瓦與閘輪分開，閘門啟閉機電動機正常運轉(zhuǎn)。閘門上下正常運行。

(3)電磁抱閘制動器剎車器制動狀態(tài)工作原理。斷開開關(guān)或接觸器，電動機失電，同時電磁抱閘線圈也失電，銜鐵在彈簧拉力作用下與鐵芯分開，并使電磁抱閘制動器剎車器的閘瓦緊緊抱住閘輪，閘門啟閉機電動機被制動而停轉(zhuǎn)(見圖1、圖2)。

圖1 制動器制動鼓與閘瓦分離狀態(tài)示意

圖2 制動器制動鼓與閘瓦制動狀態(tài)示意

3 存在的問題

在泗陽閘水輪發(fā)電機系統(tǒng)中，進(jìn)水流道采用快速閘門控制，電磁抱閘制動器剎車器作為閘門的開、關(guān)以及上下運行的控制裝置。為了減少投資成本，閘門啟閉機未設(shè)直流系統(tǒng)，啟閉機電磁抱閘制動器剎車器的動作線圈為交流電源控制。水輪發(fā)電機組在發(fā)電運行過程中，如果外電網(wǎng)系統(tǒng)失電，或其他故障原因等造成水輪發(fā)電機母線進(jìn)線開關(guān)分閘，導(dǎo)致電磁抱閘制動器剎車器電磁抱閘線圈控制電源失電，制動器剎車器制動鼓與閘瓦處于制動狀態(tài)。進(jìn)水流道快速閘門不能及時下落，會造成水輪發(fā)電機機飛車，所產(chǎn)生的電壓瞬間升高，造成所供設(shè)備過電壓而損壞；同時對發(fā)電機自身的絕緣破壞。

4 改進(jìn)增設(shè)的裝置與原理

4.1 改進(jìn)裝置介紹

在電磁抱閘制動器剎車器抱閘彈簧前端，配置1個凸輪裝置，其穿芯導(dǎo)桿穿過凸輪裝置中心，凸輪裝置的機架一端靠緊電磁抱閘制動器剎車器的杠桿端，作為相對固定端。從動件與機架間通過燕尾滑槽作相對單方向運動，從動件后端安裝間隙調(diào)節(jié)件，間隙調(diào)節(jié)件與從動件通過調(diào)節(jié)螺紋連接。間隙調(diào)節(jié)件另一端靠緊電磁抱閘制動器剎車器的抱閘彈簧前端的墊圈，通過旋轉(zhuǎn)間隙調(diào)節(jié)件調(diào)整從動件與抱閘彈簧零間隙。捌臂連接在捌臂圓盤上，捌臂圓盤安裝在機架頂部。捌臂圓盤的適當(dāng)位置安裝凸輪，當(dāng)捌臂在分閘彈簧的拉力下旋轉(zhuǎn)，帶動捌臂圓盤旋轉(zhuǎn)；同時帶動凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪推動從動件向前運行而壓縮電磁抱閘制動器剎車器抱閘彈簧。捌臂圓盤中部設(shè)1個分閘掣子，分閘掣子下方設(shè)1個分閘線圈，在分閘線圈回路中，連接判斷電路，用于外電網(wǎng)突然停電及其他故障造成發(fā)電機組接線開關(guān)分閘，及時進(jìn)行分離松開制動鼓閘瓦，閘門及時下落，關(guān)閉進(jìn)水流道快速閘門；水輪機降速至停止運轉(zhuǎn)，可避免飛車產(chǎn)生過電壓。

4.2 改造后電磁抱閘制動器剎車器電磁抱閘裝置閘瓦與制動鼓分離工作原理

4.2.1 機械方面設(shè)計

根據(jù)電磁抱閘制動器剎車器的工作原理，當(dāng)克服電磁抱閘制動器剎車器電磁抱閘彈簧的拉力時，電磁抱閘就可以分離。電磁抱閘制動器剎車器裝置套在其穿芯導(dǎo)桿上，整個裝置由機架、從動件、間隙調(diào)節(jié)件、捌臂及圓盤、凸輪、分閘掣子、分閘電磁鐵、儲能彈簧以及機械限位和行程微動開關(guān)構(gòu)成。裝置的一側(cè)以杠桿為固定受力端，通過手動儲能，將捌臂旋轉(zhuǎn)與穿芯導(dǎo)桿垂直位置，拉動儲能彈簧進(jìn)行儲能，通過分閘掣子進(jìn)行定位。此時調(diào)節(jié)間隙調(diào)節(jié)件，使從動件一端剛好靠緊凸輪，與從動件相連的間隙調(diào)節(jié)件一端剛好與電磁抱閘制動器剎車器的抱閘彈簧的平墊片相接觸，也可稍有點間隙，具體跟據(jù)裝置的行程聯(lián)合調(diào)整。

當(dāng)現(xiàn)場進(jìn)行手動或電磁鐵得電動作時，分閘掣子動作，分閘掣子打開對捌臂圓盤的定位，在儲能彈簧的拉力下，捌臂圓盤旋轉(zhuǎn)一定的角度，帶動凸輪旋轉(zhuǎn)；凸輪推動從動件向前運動，從而克服電磁抱閘制動器剎車器抱閘彈簧的拉力使其閘瓦與閘輪分開，實現(xiàn)分離的目的。適當(dāng)調(diào)整機械限位，保證從動件的行程在5～8 mm之間，滿足軸瓦分閘的要求(見圖3、圖4)。

圖3 裝置儲能工作原理示意

圖4 裝置應(yīng)急分離工作原理示意

4.2.2 電氣方面設(shè)計

(1)在水輪發(fā)電機一次主接線電路中，QF1為電源進(jìn)線斷路器，QF1(11-13)為QF1常閉輔助接點；QF2為水輪發(fā)電機進(jìn)線斷路器，QF2(11-13)為QF2常閉輔助接點；QS為水輪發(fā)電機中心點接地刀閘；XK2為QS的輔助常閉輔助接點；GY為過電壓繼電器；GP為過頻繼電器；QF3為水輪機進(jìn)水閘門啟閉機電動機進(jìn)線斷路器；XJ為啟閉機電磁抱閘制動器剎車器電磁抱閘線圈。

(2)采用直流24 V電源作為控制電源，保證在電源母線失電時控制系統(tǒng)能夠正常工作，配置1只24 V蓄電池，采取孚充運行方式。XK1為水輪機進(jìn)水閘門全關(guān)輔助行程常閉接點，XK2為QS的輔助常閉輔助接點，XK3為電磁抱閘制動器剎車器輔助分閘裝置動作行程常閉輔助接點(見圖5、圖6)。

圖5 水輪發(fā)電機電氣一次接線

圖6 應(yīng)急裝置電氣控制示意

在水輪發(fā)電機正常運行過程中，如果進(jìn)線開關(guān)QF1因故突然跳閘，其常閉輔助接點QF1(11-13)閉合，接通電磁抱閘制動器剎車器輔助分閘裝置的分閘線圈，從而進(jìn)行應(yīng)急分閘落門。同樣，當(dāng)水輪發(fā)電機進(jìn)線開關(guān)QF2因故突然跳閘，其常閉輔助接點QF2(11-13)閉合，接通電磁抱閘制動器剎車器輔助分閘裝置的分閘線圈，從而進(jìn)行應(yīng)急分閘落門。當(dāng)水輪發(fā)電機飛車時，其電壓、頻率均升高，其采樣繼電器常開接點閉合，接通電磁抱閘制動器剎車器裝置的分閘線圈，從而進(jìn)行應(yīng)急分離閘瓦與制動鼓，及時下落閘門。

在水輪發(fā)電機系統(tǒng)中，水輪發(fā)電機中心點接地刀閘合閘啟動，水輪發(fā)電機正常啟動后其中心點接地刀閘分開，其輔助常閉輔助接點XK2閉合；水輪發(fā)電機停機時，先將進(jìn)水流道控制閘門落至底部后，再進(jìn)行停機操作。閘門非全關(guān)位置時，其行程開關(guān)XK1閉合，電磁抱閘制動器剎車器輔助分閘裝置未動作時，常閉輔助接點XK3閉合，XK1、XK2、XK3串接在電磁抱閘制動器剎車器輔助分閘裝置的分閘線圈回路中，起到閉鎖作用；保證在水輪發(fā)電機啟動時，閘門全關(guān)時線圈不動作，以及線圈動作后，常閉輔助接點XK3分開，及時對分閘線圈斷電，防止線圈長時間帶電而燒損。

5 改造后取得的效果

泗陽閘水輪發(fā)電機進(jìn)水流道閘門啟閉機電磁抱閘制動器剎車器裝置經(jīng)改造使用后，在電網(wǎng)系統(tǒng)失電，水輪機母線進(jìn)線開關(guān)分閘時，電磁抱閘制動器剎車器能夠及時分離開閘瓦與制動鼓，進(jìn)水流道控制閘門靠自重下落，減少了水輪發(fā)電機飛車時間，可控制事故擴(kuò)大。

6 結(jié) 語

泗陽閘水輪發(fā)電機系統(tǒng)進(jìn)水流道閘門啟閉機制動裝置技術(shù)改造后，克服原裝置的缺陷，保證了機組的安全運行。