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        水閘工程項目的電氣設(shè)備及電氣自動化應(yīng)用

        2022-02-05 03:54:02李盛達(dá)
        黑龍江水利科技 2022年11期
        關(guān)鍵詞:泵站工程

        李盛達(dá)

        (惠州市潼湖水利工程管理中心,廣東 惠州 516000)

        隨著社會發(fā)展水平的提高,水利工程的作用不斷凸顯,不僅與社會建設(shè)發(fā)展息息相關(guān),也決定著人民的生活質(zhì)量和安全。電氣設(shè)備及電氣自動化的應(yīng)用在水利工程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,利用電氣自動化技術(shù)操控電氣設(shè)備,能更好地保證設(shè)備安全可靠運行,確保工程發(fā)揮作用。水閘工程項目是水利工程的重要組成部分,現(xiàn)結(jié)合惠州市潼湖圍東岸水閘工程,深入探討電氣設(shè)備及電氣自動化在水閘工程項目的應(yīng)用。

        1 工程概況

        潼湖圍位于惠州市西南部,東江中下游與石馬河交匯處,橫跨惠州、東莞兩市,是一宗以防洪排澇為主,結(jié)合灌溉的綜合性工程,圍內(nèi)集雨面積494km2,保護(hù)耕地面積約1.33萬hm2,圍內(nèi)有陳屋邊水閘、建塘反虹涵、東岸泵站、東岸水閘、堤防等一系列工程,東岸水閘位于潼湖圍的東江堤段上,是潼湖水利工程重要組成部分。

        東岸水閘是集防洪、排澇于一體的重要水閘,水閘原為單孔閘,孔口尺寸為6.0m×9.3m,設(shè)計排水流量64m3/s,始建于1966年,建成于1969年,1970年投入使用,運行已經(jīng)超過40a,接近建筑物設(shè)計年限,機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)超期服役,再加上防洪標(biāo)準(zhǔn)的提高,水閘存在重大安全隱患。為確保工程安全,經(jīng)潼湖水利工程管理中心委托設(shè)計單位對東岸水閘進(jìn)行安全鑒定,并于2012年4月組織專家對東岸水閘安全鑒定進(jìn)行評審,經(jīng)鑒定東岸水閘為“四類閘”,建議報廢并重建水閘。重建后東岸水閘為中型水閘,水閘為單孔閘,孔口尺寸為10m×8m,采用垂直卷揚式提升鋼閘門,設(shè)計排水量241.4m3/s。為提高工程現(xiàn)代化管理水平,實現(xiàn)統(tǒng)一運行調(diào)度,重建后東岸水閘采用自動化控制方式,既可實現(xiàn)中控室集中控制,也可現(xiàn)地手動控制。

        2 東岸水閘的電氣設(shè)備及電氣自動化應(yīng)用

        2.1 電氣一次

        2.1.1 供電對象及供電負(fù)荷等級

        在東岸水閘工程項目中,供電對象以水閘啟閉機(jī)、現(xiàn)地控制設(shè)備及水閘室內(nèi)外照明設(shè)備為主,結(jié)合水閘工程實際情況和規(guī)模,確定水閘啟閉機(jī)供電負(fù)荷等級為二級,其余設(shè)備等級為三級。結(jié)合供電負(fù)荷等級要求,提供的是二回交流電源供電。

        2.1.2 負(fù)荷容量統(tǒng)計

        東岸水閘供電對象負(fù)荷容量為:工作閘門卷揚式啟閉機(jī),選擇了一臺啟閉機(jī),其配套電動機(jī)功率為18.5kW。檢修閘門卷揚式啟閉機(jī),選擇了一臺啟閉機(jī),配套電動機(jī)功率為11kW。水閘控制設(shè)備功率約為3kW。水閘室內(nèi)、外照明設(shè)備的功率約為1kW。

        上述負(fù)荷總功率合計為33.5kW,負(fù)荷需要系數(shù)取0.8,負(fù)荷同時系數(shù)考慮到工作閘門與檢修閘門啟閉機(jī)不同時工作,故同時系數(shù)取較低值0.6,功率因數(shù)取0.85,設(shè)備效率取0.9,則計算負(fù)荷總設(shè)備容量為21kVA[1]。

        2.1.3 供電電源

        東岸水閘是一個重建工程,重建站址位于原水閘位置,緊靠東岸泵站。由于東岸泵站采用雙電源,一主一備,主電源接110kV潼湖站10kV備用出線柜F21,備用電源接110kV橋頭站10kV橋永線F24。主電源為專線電源,滿足本工程二級負(fù)荷要求。東岸泵站用變壓器容量為400kVA,備用容量>東岸水閘設(shè)備總?cè)萘?。東岸水閘電氣設(shè)備電壓為220V/380V,因此,東岸水閘供電電源從東岸泵站站用變壓器0.4kV低壓側(cè)配電柜供電,采用一回型號為VV22-3×35+1×16低壓電纜,供電距離約200m。

        2.1.4 電氣主接線

        根據(jù)供電回路的數(shù)量和用電負(fù)荷的特點,電氣主接線形式為:380V側(cè)采用單母線連接,進(jìn)線設(shè)置空氣斷路器,每個供電對象設(shè)置單獨的回路,采用放射狀供電:每個啟閉機(jī)、自控設(shè)備和照明設(shè)一個回路[2]。

        2.1.5 電動機(jī)啟動方式

        因為啟閉機(jī)最大功率是18.5kW,在啟動時沖擊電流不會給電網(wǎng)帶來較大影響,所以采取直接啟動方式。

        2.1.6 防雷接地

        配電箱進(jìn)線設(shè)置電力避雷器,防止雷電波侵入,危及人員和設(shè)備安全。防雷接地、工作接地、保護(hù)接地采用同一接地網(wǎng)系統(tǒng)。接地保護(hù)采用TN-C-S。東岸水閘工程防雷接地包括低壓電力設(shè)備及現(xiàn)地控制設(shè)備,根據(jù)規(guī)程要求,接地裝置的接地電阻不得超過1歐姆。具體做法如下:接地干線采用50×5mm鍍鋅扁鐵作為接地干線,焊接成5×5m接地網(wǎng),同時充分利用自然接地體(鋼筋、鋼管、閘門槽等),焊接形成一個整體接地網(wǎng)[3]。所有電氣設(shè)備外殼應(yīng)可靠接地,金屬外露部分均應(yīng)作等電位聯(lián)結(jié),在接地線上方便之處設(shè)置測量端子。實測電阻不滿足接地電阻要求時,加埋人工接地體及外引接地體,直到滿足工程要求為止。

        2.2 閘門及啟閉機(jī)

        2.2.1 工作閘門

        東岸水閘工作閘門主要用于防洪,兼作擋內(nèi)河水。工作閘門共設(shè)1孔,孔口凈寬10m,孔口高度8m,內(nèi)河設(shè)計水位8.29m,外江設(shè)計水位6.57,校核水位12.20m,閘底板高程1.40m。工作閘門為平板鋼閘門結(jié)構(gòu),行走支承采用滾輪,單扇閘門重28.2t,單孔門槽重10.0t。

        2.2.2 檢修閘門

        工作閘門下游設(shè)置檢修閘門,用于工作閘門檢修期間擋內(nèi)河水。檢修閘門孔口共1孔,尺寸為凈寬10m,擋水水位取內(nèi)河設(shè)計水位5.0m,加0.5m超高確定,底檻高程1.4m,則門葉高4.1m。檢修閘門為平板鋼閘門,行走支承采用滾輪,單扇閘門重13.6t。

        2.2.3 啟閉機(jī)

        根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》對水閘啟閉力進(jìn)行計算,工作閘門閉門力為-106.28kN,啟門力為445.63kN,閘門可依靠自重閉門,不需另外增加閉門力;檢修閘門閉門力為-78.50kN,啟門力為129.53kN,閘門可依靠自重閉門,不需另外增加閉門力。工作閘門和檢修閘門可供選用的啟閉機(jī)型式有螺桿啟閉機(jī)、液壓啟閉機(jī)、卷揚啟閉機(jī),以下對三種啟閉機(jī)的優(yōu)缺點作簡要分析。

        1)螺桿啟閉機(jī):

        優(yōu)點:構(gòu)造簡單,體積小,造價低廉,維修方便。多用于中小型平面閘門,在螺桿長細(xì)比許可的范圍內(nèi)能夠?qū)﹂l門施加閉門力作用,多用于閘門不能靠自重閉門的場合。

        缺點:因螺桿式啟閉機(jī)體未設(shè)減速裝置,所以啟閉能力受到限制,常用的噸位較小。螺桿式啟閉機(jī)宜因設(shè)計不周、安裝不準(zhǔn)確或操作不當(dāng)而將螺桿壓彎,影響閘門的啟閉。另外,因機(jī)座及啟閉臺大梁錨固不牢,在閉門力過大時,容易將機(jī)體本身甚至將啟閉臺大梁整個抬起。

        2)液壓啟閉機(jī):

        優(yōu)點:結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,體積??;承載能力大,能夠遠(yuǎn)距離傳遞動力;緩沖性能好,傳動平穩(wěn);液壓傳動與電氣控制相結(jié)合,便于實現(xiàn)自動化。

        缺點:對工作環(huán)境要求較高,啟閉機(jī)室必須保持清潔干燥,防止油液污染。加工成本高,造價高;密封質(zhì)量較差時,液壓油容易滲漏,雙吊點啟閉機(jī)吊點同步性相對較差,某些液壓啟閉機(jī)在失去電力的情況下無法啟閉。

        3)卷揚啟閉機(jī):

        優(yōu)點:由于卷揚啟閉機(jī)通過減速裝置減速,速比大,且通過滑輪組倍率放大作用,可以獲得較大的啟門力,適用于較大孔口尺寸和水頭的閘門。鋼絲繩纏繞在繩鼓上,因此,卷揚啟閉機(jī)的行程不受限制,便于開啟具有較大行程的閘門或深孔閘門。鋼絲繩的受力方向可以適當(dāng)擺動,也可以通過附加埋置的轉(zhuǎn)向滑輪,改變其受力方向。因此閘門與啟閉機(jī)的配合,具有較大的靈活性。在采用電動時,啟閉的速度較快,適用于經(jīng)常啟閉和事故閘門的閘門。另外,卷揚啟閉機(jī)造價比螺桿啟閉機(jī)高,但比液壓啟閉機(jī)低。

        缺點:由于鋼絲繩只能承受拉力,故只能用于開啟閘門,閘門必須靠自重關(guān)閉。卷揚啟閉機(jī)沒有自鎖作用,不論采用手搖或電動,必須附有可靠的制動裝置。若閘門在啟閉過程中停留,必須依靠制動或鎖錠,否則會因自重而墜落,不夠安全[4]。另外,鋼絲繩及滑輪組如長期在水中工作,鋼絲繩易生銹蝕,維護(hù)困難。

        通過以上比較可知,工作閘門和檢修閘門不需閉門力,三種啟閉機(jī)均滿足使用要求,螺桿啟閉機(jī)造價雖低,但結(jié)構(gòu)過于簡陋,可靠性差;液壓啟閉機(jī)技術(shù)性能好,傳動平穩(wěn),但造價高,運行管理麻煩;卷揚啟閉機(jī)技術(shù)性能較好,造價適中,運行管理相對簡單。因此,東岸水閘選用卷揚啟閉機(jī),工作閘門采用QPQ-2×25t型雙吊點卷揚啟閉機(jī),額定起重量2×25t,額定起升高度13.0m。檢修閘門采用QPQ-2×12.5t型雙吊點卷揚啟閉機(jī),額定起重量2×12.5t,額定起升高度13.0m。

        2.3 電氣自動化控制

        東岸水閘坐落于東岸泵站左側(cè),由惠州潼湖水利工程管理中心管理。東岸泵站采用自動控制方式,為提高工程現(xiàn)代化管理水平,實現(xiàn)統(tǒng)一運行調(diào)度,東岸水閘采用自動控制方式,既可在中控室集中控制,也可現(xiàn)地手動控制。水閘的1孔工作閘門設(shè)1套現(xiàn)地控制單元,布置于水閘啟閉機(jī)室內(nèi)?,F(xiàn)地控制單元主要由PLC數(shù)據(jù)采集控制單元組成,通過PLC控制單元采集閘門開度、配電回路開/關(guān)狀況及有關(guān)電量等信息?,F(xiàn)地控制單元通過RS485通信接口與東岸泵站中控室傳輸信號,并接受中控室遠(yuǎn)程控制[5]。自動化控制原理圖見圖2。

        圖2 自動化控制原理圖

        3 結(jié) 語

        總而言之,文章結(jié)合惠州市潼湖圍東岸水閘工程案例,對水閘工程項目的電氣設(shè)備及電氣自動化應(yīng)用進(jìn)行分析,電氣設(shè)備及電氣自動化應(yīng)用是當(dāng)前水利工程建設(shè)發(fā)展的重要因素,通過結(jié)合案例實際,選取適宜的電氣設(shè)備及自動化控制系統(tǒng),有效提升其電氣化水平及自動化控制系統(tǒng),確保了水閘工程安全正常高效的運行,促進(jìn)現(xiàn)代水利工程項目的科學(xué)化、現(xiàn)代化,為水利行業(yè)發(fā)展提供有力的技術(shù)支持。

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