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引水口工程閘門(mén)啟閉機電氣設計論文
摘要：小浪底南岸引水口工程進(jìn)水塔處的固定卷?yè)P啟閉機、門(mén)機和引水隧洞出口的油壓?jiǎn)㈤]機是引水口工程的重要金屬結構及機電設備，其電氣控制操作的可靠性、靈活性，直接影響整個(gè)引水口工程的安全。本文詳細介紹了幾種類(lèi)型的啟閉機電氣設計原理。
關(guān)鍵詞：小浪底南岸引水口啟閉機電氣設計
1概述
小浪底南岸引水口工程的任務(wù)是從小浪底水庫引水向小浪底南岸灌區和洛陽(yáng)市城市供水。小浪底南岸灌區是河南省嚴重干旱缺水的地區之一，長(cháng)期以來(lái)由于受干旱的影響，農業(yè)生產(chǎn)水平較低，農業(yè)產(chǎn)量低而不穩，農村經(jīng)濟發(fā)展緩慢。灌區的主要受益縣孟津縣系河南省的省級貧困縣，脫貧致富是小浪底南岸灌區開(kāi)發(fā)的首要任務(wù)；而洛陽(yáng)市的城市供水，主要依靠地下水，近幾年來(lái)由于局部超采，地下水位一般已下降10米左右，隨著(zhù)經(jīng)濟和社會(huì )事業(yè)的發(fā)展，供需矛盾愈加突出。為解決以上問(wèn)題，經(jīng)有關(guān)專(zhuān)業(yè)多方面研究、論證，唯一的選擇是興建小浪底水庫供水工程。
小浪底南岸引水口工程引水方式為直接從小浪底水庫自流引水，經(jīng)進(jìn)水塔、輸水隧洞和出口分水工程等主要建筑物向南岸灌區及洛陽(yáng)市城市供水。進(jìn)水塔順水流方向依此設有主、付攔污柵，階梯式檢修門(mén)和事故門(mén)，塔頂布置700KN雙向門(mén)機一臺，1x1250KN固定式啟閉機一臺。門(mén)機用于起吊三孔檢修門(mén)和主、付攔污柵。
2固定卷?yè)P式啟閉機電氣設計
固定卷?yè)P啟閉機安裝在進(jìn)水塔內276m高程，用于操作進(jìn)水塔事故閘門(mén)。運行條件為動(dòng)水下門(mén)，靜水啟門(mén)，采用一門(mén)一機布置方式，單機重量42t。事故閘門(mén)的設置是為了當進(jìn)水塔后隧洞及出口弧門(mén)發(fā)生事故時(shí)，能夠及時(shí)關(guān)閉洞口以防事故擴大，啟閉機容量為1x1250KN。當庫水位在240～246m之間時(shí)，事故閘門(mén)可直接開(kāi)啟而無(wú)需充水平壓；庫水位超過(guò)246m時(shí)，事故門(mén)開(kāi)啟前利用242m高程處的平壓管進(jìn)行充水平壓。
卷?yè)P啟閉機的主要電氣設備有：線(xiàn)繞電動(dòng)機一臺，容量為55kW，制動(dòng)器一臺及啟閉機電氣控制裝置一套。另外還有開(kāi)度測控裝置、荷載測控裝置、主令控制器等。
2．1啟閉機控制
卷?yè)P啟閉機采用常規控制方式，現地操作。在啟閉機室設有一塊控制屏，一塊接觸器屏和一塊起動(dòng)電阻屏�？刂破辽喜贾糜虚l門(mén)開(kāi)度顯示儀、荷載控制顯示儀、控制開(kāi)關(guān)、信號燈、按鈕、繼電器等；接觸器屏上布置有電流表、電壓表、接觸器、斷路器、熱繼電器、電流互感器等主回路設備；起動(dòng)電阻安置在起動(dòng)電阻屏內。
閘門(mén)運行有三個(gè)位置：上限位置、檢修位置、下極限位置，閘門(mén)到達此三個(gè)位置時(shí)自動(dòng)停機。為了提高可靠性，通過(guò)閘門(mén)開(kāi)度測控裝置和主令控制器互為備用方式實(shí)現閘門(mén)運行位置的控制。
閘門(mén)提升或下降時(shí)，首先接通上升或下降接觸器，然后經(jīng)延時(shí)依次接通相應的接觸器，將起動(dòng)電阻逐級切除，使閘門(mén)穩定運行。
2．2保護
為防止啟閉機超負荷運行，在卷筒一端軸承座下安裝有QCX-2型壓力傳感器。運行中，當啟閉荷載達到額定荷載的90%時(shí)，傳感器發(fā)出聲光警報；當啟閉荷載超出額定荷載10%時(shí)，傳感器發(fā)出聲光警報，并自動(dòng)切斷電源，啟閉機停止工作。
閘門(mén)在運行過(guò)程中，若發(fā)生電氣過(guò)負荷，相應保護動(dòng)作停機，并發(fā)聲光信號。
3液壓?jiǎn)㈤]機電氣設計
液壓?jiǎn)㈤]機用于引水洞出口工作閘門(mén)。泵站設2套油泵電動(dòng)機組，每臺油泵電動(dòng)機的容量為18.5kW。在油壓?jiǎn)㈤]機室設置一塊控制屏，一塊接觸器屏。閘門(mén)開(kāi)度控制儀、“主/備用”泵選擇開(kāi)關(guān)、按鈕、中間繼電器、時(shí)間繼電器、閘門(mén)位置信號燈、油壓、油位及過(guò)負荷信號燈等布置在控制屏上。軟啟動(dòng)設備、電流表、二臺油泵起動(dòng)及運行信號燈、斷路器，接觸器，電流互感器等主回路設備布置在接觸器屏上。
3．1啟閉機控制
液壓?jiǎn)㈤]機采用常規繼電器控制方式，油泵電動(dòng)機采用軟啟動(dòng)。工作泵與備用泵不得同時(shí)起動(dòng)，在控制屏上設有泵的“主用/備用”選擇開(kāi)關(guān)。
啟閉閘門(mén)時(shí)應首先啟動(dòng)油泵電動(dòng)機，電機運行10秒后，才可以操作相關(guān)的電磁閥動(dòng)作；停機時(shí)，只有在所有電磁閥斷電5秒后，電動(dòng)機電源才允許切斷。提升或下放閘門(mén)至全開(kāi)或全關(guān)位置時(shí)，由高度指示儀發(fā)訊，自動(dòng)切斷電源停機。部分開(kāi)啟時(shí)，當閘門(mén)上升或下降到所需位置后，按下“停止”按鈕，相繼斷開(kāi)電磁閥和油泵電動(dòng)機的電源，閘門(mén)停在所需位置。
當閘門(mén)長(cháng)期處于全開(kāi)或部分開(kāi)啟位置，出現油缸漏油使閘門(mén)出現下沉情況時(shí)，由高度指示儀控制工作泵自動(dòng)起動(dòng)，閘門(mén)復位后工作泵斷電自動(dòng)退出。若工作泵出現故障，即油缸活塞桿下沉但工作泵卻并未起動(dòng)時(shí)，活塞桿會(huì )繼續下沉到設定最大值,由高度指示儀控制工作泵退出，起動(dòng)備用泵，為油缸供油，使閘門(mén)自動(dòng)復位，之后備用泵斷電退出。
3．2系統保護
1）當提門(mén)時(shí)，油缸下腔的油壓超過(guò)設計油壓的10%時(shí)，壓力繼電器PJ3動(dòng)作，切斷電源，使電機停止運行；
2）當下門(mén)時(shí)，油缸上腔的油壓超過(guò)設計油壓的10%時(shí)，壓力繼電器PJ2動(dòng)作，切斷電源，使電機停止運行；
3）當油缸在動(dòng)作時(shí)，若工作泵發(fā)生故障，壓力過(guò)低，壓力繼電器動(dòng)作使工作泵退出，延時(shí)后起動(dòng)備用泵，若備用泵仍有故障，切斷電源，備用泵停止運行。
4）油箱油位過(guò)高或偏低時(shí)，液位繼電器動(dòng)作，發(fā)出聲光信號；
油箱油位過(guò)低時(shí)，液位繼電器動(dòng)作，液壓系統立即停止工作，并發(fā)出聲光信號。
5）當油泵電機組在運行中過(guò)載時(shí)，熱繼電器動(dòng)作，切斷電源，電機停止運行。
6）聲光信號：閘門(mén)到達全開(kāi)及全關(guān)位置、濾油器堵塞、油缸上、下腔壓力過(guò)高等故障都發(fā)出聲光信號。
4門(mén)式啟閉機電氣設計
塔頂門(mén)機用于啟閉進(jìn)水口三扇檢修門(mén)及一套攔污柵。門(mén)機由起升機構、門(mén)架、大車(chē)運行機構、小車(chē)運行機構、夾軌器、小車(chē)機房、電纜卷筒、軌道等組成，門(mén)機附屬設備為兩臺機械抓梁。
門(mén)機上的主要電氣設備包括：主起升電動(dòng)機22kW，1臺；小車(chē)運行電動(dòng)機2.2kW，2臺；大車(chē)運行電動(dòng)機2.2kW，4臺；夾軌器電動(dòng)機3kW，2臺。
4．1門(mén)機的控制和保護
門(mén)機的供電電源為380/220V，控制方式為主令控制器或按鈕加接觸器常規控制。各電氣設備的控制箱均安裝在小車(chē)機房?jì)��？刂撇僮髌骷托盘栔甘緹舻炔贾迷谒緳C室聯(lián)控臺上，高度、荷載、風(fēng)速風(fēng)向顯示儀表布置在司機室內的儀表箱上。
門(mén)機的電源電纜經(jīng)大車(chē)電纜卷筒、機架、小車(chē)滑線(xiàn)引至小車(chē)機房?jì)鹊目傠娫纯刂葡銩0，然后分為二路，一路接斷路器QF0向主要電氣設備供電，另一路接斷路器QF1為門(mén)機照明、插座等回路供電。斷路器QF0和QF1均為就地手動(dòng)合閘，QF0配有分勵線(xiàn)圈可在司機室進(jìn)行遠方跳閘。
門(mén)機的起升機構控制采用“上升”、“下降”各三檔的LK-11系列主令控制器，獨立的合脫鉤控制開(kāi)關(guān)�？紤]到門(mén)機起吊的三孔檢修門(mén)和攔污柵的吊點(diǎn)均不在同一高程上，為此設置了閘門(mén)選擇開(kāi)關(guān)，并采用有多點(diǎn)位置接點(diǎn)輸出的高度指示器，使操作任何一扇閘門(mén)均能在其要求的位置自動(dòng)停機。大車(chē)在運行過(guò)程中和大車(chē)夾軌器未夾緊的情況下主起升機構不能工作。
小車(chē)運行控制主令控制器“向前”、“向后”各一檔。當電源正常、小車(chē)電動(dòng)機正常且起升荷載小于20t、大車(chē)制動(dòng)、小車(chē)夾軌器松開(kāi)時(shí)，小車(chē)才能運行。小車(chē)運行到前后極限位置時(shí)自動(dòng)停機。
大車(chē)運行機構由四臺電動(dòng)機驅動(dòng)，為保證大車(chē)運行平穩，應使四臺電動(dòng)機同步運行。因此設計了由一個(gè)接觸器控制四臺電動(dòng)機同時(shí)啟停運行。大車(chē)運行控制主令控制器“向左”、“向右”各一檔。在起升機構制動(dòng)、靜荷載小于20t、小車(chē)制動(dòng)且大車(chē)電氣設備正常、夾軌器松開(kāi)的情況下，大車(chē)才能運行。
司機室內設置了大、小車(chē)運行信號燈、90%荷載信號燈及報警電笛，閘門(mén)下降就位指示燈及電鈴，全面警示電鈴等。
4．2保護
在門(mén)機的起升、大車(chē)、小車(chē)等控制回路中均設置了零壓零位聯(lián)鎖、電動(dòng)機過(guò)流保護閉鎖、限位保護回路，啟閉機機械過(guò)載、輕載保護等回路。當起升荷載達到110%額定荷載時(shí)，提升回路自動(dòng)斷電，保護門(mén)機不受重載破壞。當下降荷載低于20%額定荷載時(shí)表明下放的重物被卡住，下降回路自動(dòng)斷電并發(fā)聲光信號提醒運行人員現場(chǎng)處理。零壓零位聯(lián)鎖回路保證起升機構、大車(chē)、小車(chē)不允許同時(shí)工作。限位保護回路使各運行機構一旦達到運行極限位置即立即自動(dòng)停機。
5結語(yǔ)
小浪底南岸引水口工程在2001年11月進(jìn)行了階段驗收，在驗收過(guò)程中分別對塔頂門(mén)機、卷?yè)P機、油壓機的各項控制要求進(jìn)行了現場(chǎng)操作。實(shí)踐表明各種控制功能滿(mǎn)足現場(chǎng)運行要求，各項保護措施能夠保證設備安全運行。
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