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引水口工程閘門啟閉機電氣設計論文
摘要：小浪底南岸引水口工程進水塔處的固定卷揚啟閉機、門機和引水隧洞出口的油壓啟閉機是引水口工程的重要金屬結(jié)構(gòu)及機電設備，其電氣控制操作的可靠性、靈活性，直接影響整個引水口工程的安全。本文詳細介紹了幾種類型的啟閉機電氣設計原理。
關鍵詞：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是從小浪底水庫引水向小浪底南岸灌區(qū)和洛陽市城市供水。小浪底南岸灌區(qū)是河南省嚴重干旱缺水的地區(qū)之一，長期以來由于受干旱的影響，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平較低，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量低而不穩(wěn)，農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展緩慢。灌區(qū)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(qū)開發(fā)的首要任務；而洛陽市的城市供水，主要依靠地下水，近幾年來由于局部超采，地下水位一般已下降10米左右，隨著經(jīng)濟和社會事業(yè)的發(fā)展，供需矛盾愈加突出。為解決以上問題，經(jīng)有關專業(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)進水塔、輸水隧洞和出口分水工程等主要建筑物向南岸灌區(qū)及洛陽市城市供水。進水塔順水流方向依此設有主、付攔污柵，階梯式檢修門和事故門，塔頂布置700KN雙向門機一臺，1x1250KN固定式啟閉機一臺。門機用于起吊三孔檢修門和主、付攔污柵。
2固定卷揚式啟閉機電氣設計
固定卷揚啟閉機安裝在進水塔內(nèi)276m高程，用于操作進水塔事故閘門。運行條件為動水下門，靜水啟門，采用一門一機布置方式，單機重量42t。事故閘門的設置是為了當進水塔后隧洞及出口弧門發(fā)生事故時，能夠及時關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，事故閘門可直接開啟而無需充水平壓；庫水位超過246m時，事故門開啟前利用242m高程處的平壓管進行充水平壓。
卷揚啟閉機的主要電氣設備有：線繞電動機一臺，容量為55kW，制動器一臺及啟閉機電氣控制裝置一套。另外還有開度測控裝置、荷載測控裝置、主令控制器等。
2．1啟閉機控制
卷揚啟閉機采用常規(guī)控制方式，現(xiàn)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電阻屏�？刂破辽喜贾糜虚l門開度顯示儀、荷載控制顯示儀、控制開關、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；起動電阻安置在起動電阻屏內(nèi)。
閘門運行有三個位置：上限位置、檢修位置、下極限位置，閘門到達此三個位置時自動停機。為了提高可靠性，通過閘門開度測控裝置和主令控制器互為備用方式實現(xiàn)閘門運行位置的控制。
閘門提升或下降時，首先接通上升或下降接觸器，然后經(jīng)延時依次接通相應的接觸器，將起動電阻逐級切除，使閘門穩(wěn)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，傳感器發(fā)出聲光警報；當啟閉荷載超出額定荷載10%時，傳感器發(fā)出聲光警報，并自動切斷電源，啟閉機停止工作。
閘門在運行過程中，若發(fā)生電氣過負荷，相應保護動作停機，并發(fā)聲光信號。
3液壓啟閉機電氣設計
液壓啟閉機用于引水洞出口工作閘門。泵站設2套油泵電動機組，每臺油泵電動機的容量為18.5kW。在油壓啟閉機室設置一塊控制屏，一塊接觸器屏。閘門開度控制儀、“主/備用”泵選擇開關、按鈕、中間繼電器、時間繼電器、閘門位置信號燈、油壓、油位及過負荷信號燈等布置在控制屏上。軟啟動設備、電流表、二臺油泵起動及運行信號燈、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
液壓啟閉機采用常規(guī)繼電器控制方式，油泵電動機采用軟啟動。工作泵與備用泵不得同時起動，在控制屏上設有泵的“主用/備用”選擇開關。
啟閉閘門時應首先啟動油泵電動機，電機運行10秒后，才可以操作相關的電磁閥動作；停機時，只有在所有電磁閥斷電5秒后，電動機電源才允許切斷。提升或下放閘門至全開或全關位置時，由高度指示儀發(fā)訊，自動切斷電源停機。部分開啟時，當閘門上升或下降到所需位置后，按下“停止”按鈕，相繼斷開電磁閥和油泵電動機的電源，閘門停在所需位置。
當閘門長期處于全開或部分開啟位置，出現(xiàn)油缸漏油使閘門出現(xiàn)下沉情況時，由高度指示儀控制工作泵自動起動，閘門復位后工作泵斷電自動退出。若工作泵出現(xiàn)故障，即油缸活塞桿下沉但工作泵卻并未起動時，活塞桿會繼續(xù)下沉到設定最大值,由高度指示儀控制工作泵退出，起動備用泵，為油缸供油，使閘門自動復位，之后備用泵斷電退出。
3．2系統(tǒng)保護
1）當提門時，油缸下腔的油壓超過設計油壓的10%時，壓力繼電器PJ3動作，切斷電源，使電機停止運行；
2）當下門時，油缸上腔的油壓超過設計油壓的10%時，壓力繼電器PJ2動作，切斷電源，使電機停止運行；
3）當油缸在動作時，若工作泵發(fā)生故障，壓力過低，壓力繼電器動作使工作泵退出，延時后起動備用泵，若備用泵仍有故障，切斷電源，備用泵停止運行。
4）油箱油位過高或偏低時，液位繼電器動作，發(fā)出聲光信號；
油箱油位過低時，液位繼電器動作，液壓系統(tǒng)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載時，熱繼電器動作，切斷電源，電機停止運行。
6）聲光信號：閘門到達全開及全關位置、濾油器堵塞、油缸上、下腔壓力過高等故障都發(fā)出聲光信號。
4門式啟閉機電氣設計
塔頂門機用于啟閉進水口三扇檢修門及一套攔污柵。門機由起升機構(gòu)、門架、大車運行機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、夾軌器、小車機房、電纜卷筒、軌道等組成，門機附屬設備為兩臺機械抓梁。
門機上的主要電氣設備包括：主起升電動機22kW，1臺；小車運行電動機2.2kW，2臺；大車運行電動機2.2kW，4臺；夾軌器電動機3kW，2臺。
4．1門機的控制和保護
門機的供電電源為380/220V，控制方式為主令控制器或按鈕加接觸器常規(guī)控制。各電氣設備的控制箱均安裝在小車機房內(nèi)�？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、風速風向顯示儀表布置在司機室內(nèi)的儀表箱上。
門機的電源電纜經(jīng)大車電纜卷筒、機架、小車滑線引至小車機房內(nèi)的總電源控制箱A0，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為門機照明、插座等回路供電。斷路器QF0和QF1均為就地手動合閘，QF0配有分勵線圈可在司機室進行遠方跳閘。
門機的起升機構(gòu)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關。考慮到門機起吊的三孔檢修門和攔污柵的吊點均不在同一高程上，為此設置了閘門選擇開關，并采用有多點位置接點輸出的高度指示器，使操作任何一扇閘門均能在其要求的位置自動停機。大車在運行過程中和大車夾軌器未夾緊的情況下主起升機構(gòu)不能工作。
小車運行控制主令控制器“向前”、“向后”各一檔。當電源正常、小車電動機正常且起升荷載小于20t、大車制動、小車夾軌器松開時，小車才能運行。小車運行到前后極限位置時自動停機。
大車運行機構(gòu)由四臺電動機驅(qū)動，為保證大車運行平穩(wěn)，應使四臺電動機同步運行。因此設計了由一個接觸器控制四臺電動機同時啟停運行。大車運行控制主令控制器“向左”、“向右”各一檔。在起升機構(gòu)制動、靜荷載小于20t、小車制動且大車電氣設備正常、夾軌器松開的情況下，大車才能運行。
司機室內(nèi)設置了大、小車運行信號燈、90%荷載信號燈及報警電笛，閘門下降就位指示燈及電鈴，全面警示電鈴等。
4．2保護
在門機的起升、大車、小車等控制回路中均設置了零壓零位聯(lián)鎖、電動機過流保護閉鎖、限位保護回路，啟閉機機械過載、輕載保護等回路。當起升荷載達到110%額定荷載時，提升回路自動斷電，保護門機不受重載破壞。當下降荷載低于20%額定荷載時表明下放的重物被卡住，下降回路自動斷電并發(fā)聲光信號提醒運行人員現(xiàn)場處理。零壓零位聯(lián)鎖回路保證起升機構(gòu)、大車、小車不允許同時工作。限位保護回路使各運行機構(gòu)一旦達到運行極限位置即立即自動停機。
5結(jié)語
小浪底南岸引水口工程在2001年11月進行了階段驗收，在驗收過程中分別對塔頂門機、卷揚機、油壓機的各項控制要求進行了現(xiàn)場操作。實踐表明各種控制功能滿足現(xiàn)場運行要求，各項保護措施能夠保證設備安全運行。
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