引水口工程闸门启闭机电气设计

摘要：小浪底南岸引水口工程进水塔处的固定卷扬启闭机、门机和引水隧洞出口的油压启闭机是引水口工程的重要金属结构及机电设备，其电气控制操作的可靠性、灵活性，直接影响整个引水口工程的安全。本文详细介绍了几种类型的启闭机电气设计原理。 

关键词：小浪底南岸 引水口 启闭机 电气设计 

　1 概述 
　　小浪底南岸引水口工程的任务是从小浪底水库引水向小浪底南岸灌区和洛阳市城市供水。小浪底南岸灌区是河南省严重干旱缺水的地区之一，长期以来由于受干旱的影响，农业生产水平较低，农业产量低而不稳，缓慢。灌区的主要受益县孟津县系河南省的省级贫困县，脱贫致富是小浪底南岸灌区开发的首要任务；而洛阳市的城市供水，主要依靠地下水，近几年来由于局部超采，地下水位一般已下降10米左右，随着经济和社会事业的发展，供需矛盾愈加突出。为解决以上问题，经有关专业多方面研究、论证，唯一的选择是兴建小浪底水库供水工程。
　　小浪底南岸引水口工程引水方式为直接从小浪底水库自流引水，经进水塔、输水隧洞和出口分水工程等主要建筑物向南岸灌区及洛阳市城市供水。进水塔顺水流方向依此设有主、付拦污栅，阶梯式检修门和事故门，塔顶布置700KN双向门机一台，1 x1250KN固定式启闭机一台。门机用于起吊三孔检修门和主、付拦污栅。
　　2 固定卷扬式启闭机电气设计 
　　固定卷扬启闭机安装在进水塔内276m高程，用于操作进水塔事故闸门。运行条件为动水下门，静水启门，采用一门一机布置方式，单机重量42t。事故闸门的设置是为了当进水塔后隧洞及出口弧门发生事故时，能够及时关闭洞口以防事故扩大，启闭机容量为1 x1250KN。当库水位在240～246m之间时，事故闸门可直接开启而无需充水平压；库水位超过246m时，事故门开启前利用242m高程处的平压管进行充水平压。
　　卷扬启闭机的主要电气设备有：线绕电动机一台，容量为55 kW，制动器一台及启闭机电气控制装置一套。另外还有开度测控装置、荷载测控装置、主令控制器等。
　　2．1启闭机控制 
　　卷扬启闭机采用常规控制方式，现地操作。在启闭机室设有一块控制屏，一块接触器屏和一块起动电阻屏。控制屏上布置有闸门开度显示仪、荷载控制显示仪、控制开关、信号灯、按钮、继电器等；接触器屏上布置有电流表、电压表、接触器、断路器、热继电器、电流互感器等主回路设备；起动电阻安置在起动电阻屏内。 
　　闸门运行有三个位置：上限位置、检修位置、下极限位置，闸门到达此三个位置时自动停机。为了提高可靠性，通过闸门开度测控装置和主令控制器互为备用方式实现闸门运行位置的控制。 
　　闸门提升或下降时，首先接通上升或下降接触器，然后经延时依次接通相应的接触器，将起动电阻逐级切除，使闸门稳定运行。
　　2．2 保护 
　　为防止启闭机超负荷运行，在卷筒一端轴承座下安装有QCX-2型压力传感器。运行中，当启闭荷载达到额定荷载的90%时，传感器发出声光警报；当启闭荷载超出额定荷载10%时，传感器发出声光警报，并自动切断电源，启闭机停止工作。 
　　闸门在运行过程中，若发生电气过负荷，相应保护动作停机，并发声光信号。　3 液压启闭机电气设计 
　　液压启闭机用于引水洞出口工作闸门。泵站设2套油泵电动机组，每台油泵电动机的容量为18.5kW。在油压启闭机室设置一块控制屏，一块接触器屏。闸门开度控制仪、“主/备用”泵选择开关、按钮、中间继电器、时间继电器、闸门位置信号灯、油压、油位及过负荷信号灯等布置在控制屏上。软启动设备、电流表、二台油泵起动及运行信号灯、断路器，接触器，电流互感器等主回路设备布置在接触器屏上。
　　3．1 启闭机控制 
　　液压启闭机采用常规继电器控制方式，油泵电动机采用软启动。工作泵与备用泵不得同时起动，在控制屏上设有泵的“主用/备用”选择开关。
　　启闭闸门时应首先启动油泵电动机，电机运行10秒后，才可以操作相关的电磁阀动作；停机时，只有在所有电磁阀断电5秒后，电动机电源才允许切断。提升或下放闸门至全开或全关位置时，由高度指示仪发讯，自动切断电源停机。部分开启时，当闸门上升或下降到所需位置后，按下“停止”按钮，相继断开电磁阀和油泵电动机的电源，闸门停在所需位置。
　　当闸门长期处于全开或部分开启位置，出现油缸漏油使闸门出现下沉情况时，由高度指示仪控制工作泵自动起动，闸门复位后工作泵断电自动退出。若工作泵出现故障，即油缸活塞杆下沉但工作泵却并未起动时，活塞杆会继续下沉到设定最大值,由高度指示仪控制工作泵退出，起动备用泵，为油缸供油，使闸门自动复位，之后备用泵断电退出。
　　3．2 系统保护
　　1）当提门时，油缸下腔的油压超过设计油压的10%时，压力继电器PJ3动作，切断电源，使电机停止运行；
　　2）当下门时，油缸上腔的油压超过设计油压的10%时，压力继电器PJ2动作，切断电源，使电机停止运行；
　　3）当油缸在动作时，若工作泵发生故障，压力过低，压力继电器动作使工作泵退出，延时后起动备用泵，若备用泵仍有故障，切断电源，备用泵停止运行。
　　4）油箱油位过高或偏低时，液位继电器动作，发出声光信号； 
　　油箱油位过低时，液位继电器动作，液压系统立即停止工作，并发出声光信号。
　　5）当油泵电机组在运行中过载时，热继电器动作，切断电源，电机停止运行。
　　6）声光信号：闸门到达全开及全关位置、滤油器堵塞、油缸上、下腔压力过高等故障都发出声光信号。
　　4 门式启闭机电气设计 
　　塔顶门机用于启闭进水口三扇检修门及一套拦污栅。门机由起升机构、门架、大车运行机构、小车运行机构、夹轨器、小车机房、电缆卷筒、轨道等组成，门机附属设备为两台机械抓梁。
　　门机上的主要电气设备包括：主起升电动机22kW，1台；小车运行电动机2.2kW，2台；大车运行电动机2.2kW，4台；夹轨器电动机3kW，2台。
　　4．1 门机的控制和保护 
　　门机的供电电源为380/220V，控制方式为主令控制器或按钮加接触器常规控制。各电气设备的控制箱均安装在小车机房内。控制操作器件和信号指示灯等布置在司机室联控台上，高度、荷载、风速风向显示仪表布置在司机室内的仪表箱上。
　　门机的电源电缆经大车电缆卷筒、机架、小车滑线引至小车机房内的总电源控制箱A0，然后分为二路，一路接断路器QF0向主要电气设备供电，另一路接断路器QF1为门机照明、插座等回路供电。断路器QF0和QF1均为就地手动合闸，QF0配有分励线圈可在司机室进行远方跳闸。
　　门机的起升机构控制采用“上升”、“下降”各三档的LK-11系列主令控制器，独立的合脱钩控制开关。考虑到门机起吊的三孔检修门和拦污栅的吊点均不在同一高程上，为此设置了闸门选择开关，并采用有多点位置接点输出的高度指示器，使操作任何一扇闸门均能在其要求的位置自动停机。大车在运行过程中和大车夹轨器未夹紧的情况下主起升机构不能工作。
　　小车运行控制主令控制器“向前”、“向后”各一档。当电源正常、小车电动机正常且起升荷载小于20t、大车制动、小车夹轨器松开时，小车才能运行。小车运行到前后极限位置时自动停机。
　　大车运行机构由四台电动机驱动，为保证大车运行平稳，应使四台电动机同步运行。因此设计了由一个接触器控制四台电动机同时启停运行。大车运行控制主令控制器“向左”、“向右”各一档。在起升机构制动、静荷载小于20t、小车制动且大车电气设备正常、夹轨器松开的情况下，大车才能运行。
　　司机室内设置了大、小车运行信号灯、90%荷载信号灯及报警电笛，闸门下降就位指示灯及电铃，全面警示电铃等。
　　4．2 保护 
　　在门机的起升、大车、小车等控制回路中均设置了零压零位联锁、电动机过流保护闭锁、限位保护回路，启闭机机械过载、轻载保护等回路。当起升荷载达到110%额定荷载时，提升回路自动断电，保护门机不受重载破坏。当下降荷载低于20%额定荷载时表明下放的重物被卡住，下降回路自动断电并发声光信号提醒运行人员现场处理。零压零位联锁回路保证起升机构、大车、小车不允许同时工作。限位保护回路使各运行机构一旦达到运行极限位置即立即自动停机。
　　5 结语 
　　小浪底南岸引水口工程在2001年11月进行了阶段验收，在验收过程中分别对塔顶门机、卷扬机、油压机的各项控制要求进行了现场操作。实践表明各种控制功能满足现场运行要求，各项保护措施能够保证设备安全运行。