林巧鋒，簡偉奇，林一拓，吳榮文，高 冬，于德海，唐 英

（1.福建棉花灘水電開發(fā)有限公司，福建 龍巖 364031；2.北京世紀(jì)合興起重科技有限公司,北京 102627）

0 引言

水電站溢洪道閘門的及時、準(zhǔn)確啟閉控制,是保障水電站運行安全的重要措施。卷揚式啟閉機多以電動機為動力源，驅(qū)動傳動及卷筒機構(gòu)實現(xiàn)閘門的啟閉操作[1]。為保障啟閉機運行安全，應(yīng)對電源供應(yīng)故障、電動機故障及電控系統(tǒng)故障等情況，需要配備一定的應(yīng)急保護措施。常規(guī)應(yīng)急措施有柴油發(fā)電機備用電源、雙回路備用電機等方案，都是基于高電壓高功率驅(qū)動形式，因此在雷電、涉水、閘門卡阻等特殊工況下存在一定的使用局限性。為卷揚啟閉機增設(shè)其他非電力驅(qū)動方式是十分必要的。

本文根據(jù)棉花灘水電開發(fā)有限公司溢洪道弧形閘門2×2 000 kN卷揚啟閉機的技術(shù)參數(shù)及布局圖，結(jié)合現(xiàn)場實際使用情況，進行以柴油發(fā)動機為動力，由液壓驅(qū)動的遠程應(yīng)急操作器系統(tǒng)的開發(fā)。在應(yīng)急操作過程中，不需要高壓動力電源的輸入，在控制中心通過光纖通信可以實現(xiàn)遠程應(yīng)急操作。經(jīng)安裝、測試、運行等工作，驗證了產(chǎn)品應(yīng)用的可行性。該類型應(yīng)急操作系統(tǒng)的增設(shè)，提高了閘門啟閉機運行安全保障，有效解決現(xiàn)場失電、電機、電控系統(tǒng)故障無法工作的問題，是現(xiàn)有應(yīng)急機制的有效補充。

1 現(xiàn)有卷揚啟閉機系統(tǒng)簡介

棉花灘水電廠位于福建省龍巖市境內(nèi)汀江干流的河段上，主要作為福建電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰運行。棉花灘水電站工程為引水式電站，總庫容20.35億m3，總裝機容量600 MW，年平均發(fā)電量15.2億kW·h。棉花灘水電廠設(shè)開敞式溢洪道3孔，配有3扇弧形閘門，3臺雙吊點雙電機卷揚啟閉機可動水啟閉，局部開啟。

卷揚啟閉機參數(shù)如下：

每臺啟閉機電機數(shù)量：2 臺

額定啟門力：2×2 000 kN

電機型號：YZR280M-10

電機功率：45 kW

電機轉(zhuǎn)速：573 r/min

啟閉速度：1.1 m/min

起門高度：17.5 m

吊點中心距：14.12 m

完整啟閉機系統(tǒng)為圖1以低速同步軸為中心的左右對稱部分。

圖1 卷揚啟閉機布局圖

2 遠程應(yīng)急操作方案及實施

（1）應(yīng)急方案的配置

增設(shè)的遠程無電應(yīng)急操作系統(tǒng)包含應(yīng)急操作器本體、電磁離合器、動力單元、應(yīng)急控制柜、制動器液壓驅(qū)動器等部件[2]?；静季忠妶D2，3孔閘門布局方式一致。

圖2 遠程應(yīng)急操作系統(tǒng)布局圖

圖3 應(yīng)急操作系統(tǒng)運行流程

在應(yīng)急操作器本體內(nèi)包含液壓油路、液位液溫傳感器、電磁閥組、液壓油、液壓馬達等。液壓馬達輸出軸經(jīng)電磁離合器連接到雙出軸電機的備用輸入軸。動力單元包含柴油發(fā)動機、啟動電池、液壓管路及液壓泵等，并配以相關(guān)電氣控制元件。動力單元啟動后輸出高壓液流，驅(qū)動應(yīng)急操作器內(nèi)液壓馬達產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；在液控系統(tǒng)驅(qū)動制動器釋放后，經(jīng)電磁離合器帶動電動機、減速機、卷筒等機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閘門起升及下降的操作。應(yīng)急控制柜包含邏輯控制模塊、通信模塊、采集器等電氣元件，可在現(xiàn)地控制面板操作，也可經(jīng)光纖通信到控制中心進行遠程操作。閘門的開度值通過多圈絕對值編碼器進行實時通信采集，并與應(yīng)急狀態(tài)信號、閘門限位保護、運行時間、系統(tǒng)壓力等進行連鎖保護。

（2）遠程應(yīng)急操作系統(tǒng)的選型計算

根據(jù)棉花灘水電站卷揚啟閉機已知參數(shù)計算如下：

計算所需應(yīng)急操作器功率：

P應(yīng)急=電機功率×安全系數(shù)

=55×1.15

=63.25 kW

根據(jù)功率計算，選擇MQHGTD-60-YK（FDDI）型無電應(yīng)急操作器。

表1 應(yīng)急操作器性能參數(shù)

應(yīng)急操作器額定功率83.4 kW，600 r/min，大于所需的應(yīng)急計算功率63.25 kW，滿足使用需求。

計算電機扭矩：

M電機=9550×電機功率/電機轉(zhuǎn)速

=9550×55/569

=923 N·m

所選應(yīng)急額定扭矩1 328 N·m，大于計算電機扭矩923 N·m，滿足使用需求。

根據(jù)以上選型對比：應(yīng)急操作器的輸出扭矩、功率等性能滿足使用要求。

3 遠程應(yīng)急操作系統(tǒng)運行方式

（1）遠程應(yīng)急操作系統(tǒng)的特點

為卷揚啟閉機增設(shè)的遠程應(yīng)急操作系統(tǒng)，依靠柴油發(fā)動機作為動力，應(yīng)急操作時無需外部輸入高壓動力電源，無人員觸電傷害風(fēng)險[3，4]。在現(xiàn)場失電后進入應(yīng)急狀態(tài)時，電磁離合器自動接入啟閉機系統(tǒng)，響應(yīng)速度快；恢復(fù)供電時，電磁離合器自動斷開，不干擾啟閉機正常運行[5]。遠程應(yīng)急操作系統(tǒng)“一鍵運行”功能操作簡單，運行可靠，減少人員在緊急狀況時的誤操作。在應(yīng)急時，人員可不到現(xiàn)場操作，實現(xiàn)快速響應(yīng)及降低人員風(fēng)險。遠程應(yīng)急操作系統(tǒng)配有實時視頻采集攝像頭，可在控制中心觀察現(xiàn)地應(yīng)急運行狀況，做到實時監(jiān)測，針對異常狀況及時采取措施。遠程應(yīng)急操作系統(tǒng)可滿足全行程的應(yīng)急起門、閉門操作。

（2）遠程應(yīng)急操作系統(tǒng)運行流程

遠程應(yīng)急操作系統(tǒng)具有現(xiàn)地手動操作、現(xiàn)地電控操作、遠程自動操作等不同運行模式。應(yīng)急控制柜采集應(yīng)急操作器內(nèi)的液位、溫度、壓力、開度等傳感器的信號；結(jié)合在動力單元內(nèi)的發(fā)動機控制、調(diào)速，調(diào)整制動器、液壓動力執(zhí)行機構(gòu)輸出，實現(xiàn)閘門的啟閉控制。在應(yīng)急操作過程中，實時判斷閘門開度、離合器連接狀態(tài)、現(xiàn)場視頻監(jiān)測狀態(tài)，以保證應(yīng)急操作的有效性及可靠性[6]。

為方便現(xiàn)場應(yīng)急操作，減少應(yīng)急響應(yīng)時間和操作錯誤，根據(jù)實際需求設(shè)置“一鍵起門”功能鍵。以保證在緊急特殊情況下，通過遠程一鍵按鈕，自動實現(xiàn)閘門起升1 m開度，達到快速泄洪的目的?！耙绘I起門”功能運行邏輯框圖如圖4所示。

圖4 一鍵起門邏輯框圖

遠程應(yīng)急操作系統(tǒng)同時具有“一鍵落門”功能，可實現(xiàn)遠程單次點動按鈕完成閘門應(yīng)急全行程閉門。

4 總結(jié)

經(jīng)過項目實際安裝、測試驗證，增設(shè)的遠程應(yīng)急操作系統(tǒng)在現(xiàn)地手動、現(xiàn)地電控、遠程自動等多種運行方式下都實現(xiàn)了溢洪道閘門全行程的起升和下降操作，功能及指標(biāo)滿足現(xiàn)場失電狀態(tài)下的遠程應(yīng)急使用要求。無電應(yīng)急操作系統(tǒng)運行精度高、可靠性好；日常維護簡單，易于操作。項目的實施為溢洪道卷揚啟閉機在現(xiàn)場失電的情況下安全運行提供了進一步的保障措施，也為其它類似工程應(yīng)用提供了驗證數(shù)據(jù)及借鑒經(jīng)驗。

無電應(yīng)急操作系統(tǒng)在運行過程中無需高電壓大電流電源輸入，避免操作者觸電風(fēng)險，保證了人員的安全性。提供低轉(zhuǎn)速大扭矩輸出，提升力擴容的特點可應(yīng)對多種特殊工況。增設(shè)遠程無電應(yīng)急操作器消除了現(xiàn)有啟閉機的潛在風(fēng)險，是水電工程應(yīng)急起門操作的一種創(chuàng)新方式，是閘門應(yīng)急預(yù)案中必不可少的應(yīng)急設(shè)備。增設(shè)無電應(yīng)急操作系統(tǒng)，進一步提高現(xiàn)有溢洪道閘門啟閉機的可靠性，可以保障水電站、大壩的安全，社會效益及經(jīng)濟效益突出，應(yīng)用前景十分廣泛。