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泄水闸弧门启闭机安全运行技术措施

时间:2010-05-04 12:14 来源:未知

二江泄水闸是葛洲坝枢纽最主要的泄水建筑物 ,承担着控制水库水位,调节下游河势的重要作用。二江泄水闸共有27个闸孔,闸室内采用上、下双扉闸门布置,上扉为定轮式平板工作闸门,由坝顶2×250 t双向门机启闭,下扉为弧形工作闸门,由2×160 t固定式启闭机启闭。
  二江泄水闸弧门启闭机年均启闭次数超过1 500次,总结过去近20年的运行经验,针对影响启闭机安全运行的重点环节,采取了相应的技术措施,保证了启闭机的安全运行。

1 旋转编码器的选型和安装

(1) 早期启闭机采用电刷式绝对值型旋转编码器,格雷码方式输出。虽然电刷材料使用铱钛合金,但磨损仍然存在。此外格雷码的输出方式需要19根信号线,接线复杂,且由于插接头大小的限制,导致信号电缆的线芯极细,在运行中发生过信号电缆中一芯中间断裂而使编码器输出乱码的情况。

  现采用光电式绝对值型旋转编码器,避免了磨损的发生。输出接口使用光电隔离符合RS422标准的SSI同步串行接口,该接口是特别为传输绝对值型编码器的输出数据到控制装置而开发的。不管编码器的分辨率是多少,时钟线和数据线只有4根,加上供电电源、方向选择、零位设置一共只需8芯电缆,简化了现场接线。同时由于编码器具有零位设置功能,维护人员无需通过调整编码器旋转轴的方式来进行现场对零,降低了人为故障的可能性。

(2) 旋转编码器的安装方式也是保证其安全运行的重要条件之一。二江泄水闸启闭机在1993年之前,旋转编码器安装在启闭机机械开度指示器旁,通过耦合齿轮与机械开度指示器的齿轮连接。由于机械开度指示器的齿轮与启闭机钢丝绳卷筒之间采用的是传动链条的连接方式,1993-05-02,二江泄水闸17孔在开门过程中因传动链条疲劳断开,而使旋转编码器失去了监视弧门开度的作用,控制系统由闭环控制变为开环控制,直到把弧门提升至22.5 m的极限位置才由于机械过负荷限制装置动作而停机。此次事故导致启闭机4个定滑轮和钢丝绳报废。经过这次事故后,将编码器的安装位置移至启闭机的开式齿轮处,从而避免了类似事故的发生。

(3) 由于编码器与开式齿轮仍然采用耦合齿轮这种刚性连接方式,启闭机运行时的震动会通过耦合齿轮传递到编码器内部,影响编码器的使用寿命。现编码器采用镀镍钢制弹簧柔性连接器与开式齿轮轴之间进行连接,该连接器允许编码器与齿轮轴之间有±1.5 mm的径向偏差和±5。的角度偏差,有效地防止了震动对编码器寿命的影响。另外由于编码器带有同步法兰,使用偏心夹具和同步法兰安装罩壳,可保证编码器牢固地固定在启闭机开式齿轮盖上,确保了编码器的安全运行。

2 机械制动器的选型和安装

  二江泄水闸弧门启闭机每孔安装有4台机械制动器,其中2台为与电动机同步工作的工作制动器,2台为延时制动的安全制动器。

(1) 原制动器采用长行程电磁铁瓦块式制动器。该型制动器较多的杠杆和铰链,因变形和磨损形成间隙,使制动器在松、合闸时有一段无效行程,从而延长了制动时间。另外由于退距不均而造成制动衬垫浮贴制动器轮,电磁铁由于铁芯吸合不良而产生的发颤现象影响启闭机的安全运行。

  现采用了YWZ系列电力液压块式制动器。该制动器具有无需调整的联锁式等退距装置,保证动作过程中两侧瓦块退距均等,避免了上述浮贴制动器轮现象的发生。制动器的主要摆动铰点设有自润滑轴承;制动力矩有直接显示装置,方便现场调整;采用环保型无石棉卡装插入式制动衬垫;安装有手动释放装置,方便启闭机机械部件的检修

(2) 根据现场情况,在制动器所有轴两端采用开口卡簧定位;固定连接轴使用不锈钢制造,推动器进行三防处理以适应现场潮湿的环境;加装制动衬垫磨损自动补偿装置,以实现制动衬垫磨损时瓦块退距和制动力矩的无级自动补偿;加装制动衬垫磨损限位开关,以及时通知检修人员更换制动衬垫;加装制动器释放和闭合限位开关,保证在制动器失效的情况下停止电动机。

3 行程开关的选型与安装

  安装在启闭机上的上下限位行程开关、机械锁定行程开关、机械过负荷行程开关是保证启闭机安全运行的重要装置。

(1) 原上下限位行程开关安装在启闭机机械开度指示器的内部,采用滚轮杠杆型,靠近丝杠,油污较重,常造成不能正确动作。

  现将上下限位行程开关的安装位置移至开度指示器的侧面,采用防护等级为IP67的WL系列可调弹性杠杆型行程开关,以确保其可靠动作。为了防止旋转编码器零位低于下限位行程开关,而造成由于下限位行程开关触点接触不良导致电动机反复启动的故障,将下限位行程开关的安装位置调整到低于旋转编码器的零位,并在控制程序中加以防范。

(2) 启闭机的杠杆式机械过负荷切断装置是保证启闭机安全的最后一道防线。该装置是根据弹簧的行程判断是否有过负荷故障发生,而弹簧的行程仅有7 mm。根据现场安装情况,现用可调钢性杠杆型行程开关替代原滚轮杠杆型,以确保可靠动作。

4 电路设计

(1) 二江泄水闸弧门启闭机采用两路电源供电,一路是在正常情况下由变电所供电,一路是在紧急情况下由柴油发电机组供电。两路电源之间由安装在启闭机电气控制柜内的带有门闩性闭锁机构的2个空气开关实现闭锁。启闭机电动机的启动方式曾考虑过使用变频器拖动,但由于启闭机不存在调速运行且只是在夏季汛期运行,虽然动作频繁,但累计动作时间不长,变频器无级变速和省电的优点无法发挥, 况且变频器的冷却风扇也是一个潜在的故障点,故采用绕线式电动机转子分级切除电阻的方式,此方式更加可靠。

(2) 使 用了RS62-10新型不锈钢片状电阻代替原ZD1型电阻器。该片状电阻器散热面积大,耐腐蚀性好,同时通过改善电阻柜的结构和通风散热条件,使电阻器能够适应夏季高温潮湿的环境。

(3) 在控制电路方面,虽然PLC的逻辑控制程序中具有安全闭锁,仍将上下限位行程开关、机械过负荷行程开关和机械锁定行程开关的触点串入常规控制回路中,以确保安全可靠。为此专门选用了触点耐压等级大于380 V的WL系列行程开关。

(4) 为了防止因电源空气开关虚合而导致电动机缺相运行,特别在空气开关的下端增设2台电压互感器,并同时将电动机的三相电流均输入PLC。另外在启闭机电气控制柜门上安装了蘑菇状急停开关,按下此开关即跳开电源空气开关。

(5) 选用SC系列接触器 ,该接触器采用带有电子控制和埋入式IC的电磁铁,接触器闭合后,由开关电路来控制吸持电流,操作电压范围宽,即使在电压跌落至65%额定电压时,也不会发生“颤抖”现象,基本上消除了触头熔焊和线圈烧毁的现象。