德州市宮家節(jié)制閘啟閉機(jī)電器改造

梁國峰 ，陳景福 ，劉 利

（1.德州市水利局河道工程管理處，山東 德州 253014；2.山東水利職業(yè)學(xué)院，山東 日照 276826）

宮家節(jié)制閘位于徒駭河中段，共設(shè)10.0 m×6.0 m閘門13孔，每孔配2×25 t啟閉機(jī)1臺，已運(yùn)行40多年，發(fā)揮了較好的調(diào)節(jié)控制作用，在防洪、保護(hù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全以及環(huán)境保護(hù)等諸多方面都發(fā)揮了積極作用。近10年來，工程老化嚴(yán)重，啟閉機(jī)啟閉時(shí)有卡阻現(xiàn)象，機(jī)電設(shè)備老化，安全性達(dá)不到要求。為解決以上問題，對其啟閉機(jī)電器加以改造，以保證閘門正常安全的運(yùn)行。

1 原啟閉機(jī)及電器配置存在問題

臺式卷揚(yáng)啟閉機(jī)固定在機(jī)架橋上，設(shè)置雙吊點(diǎn)。每臺卷揚(yáng)啟閉機(jī)的主要電器設(shè)備有：三相異步電動機(jī)1臺，容量為16 kW，制動器1臺及啟閉機(jī)電器控制裝置1套。

卷揚(yáng)啟閉機(jī)采用常規(guī)控制方式，現(xiàn)地操作。在啟閉機(jī)防護(hù)罩內(nèi)設(shè)1配電盤，主回路由3臺交流接觸器、熱繼電器、行程開關(guān)、斷路器、控制按鈕等設(shè)備組成，每孔1套。閘門啟閉設(shè)上限位置、下限位置，由行程開關(guān)控制。閘門提升或下降時(shí)，首先接通上升或下降接觸器，使其正常運(yùn)行，等達(dá)到規(guī)定高度時(shí)，按停止按鈕停止。

在長期運(yùn)行中，啟閉機(jī)及電器設(shè)備老化嚴(yán)重，對損壞部分雖有更換及修補(bǔ)，但未曾從根本上解決實(shí)際存在問題。

1.1 閘門及啟閉機(jī)

由于平面鋼閘門的行走支承裝置及導(dǎo)向裝置長期浸泡在水中，造成潤滑不良、轉(zhuǎn)動不靈，最終導(dǎo)致輪軸生銹與軸套抱死，造成了啟閉卡阻現(xiàn)象。啟閉機(jī)械在使用過程中由于磨損、受力、振動等原因，會引起設(shè)備的動力性、經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性降低，設(shè)備運(yùn)行不暢。

1.2 電器設(shè)備

電動機(jī)的磨損與老化引起功率因數(shù)降低，導(dǎo)致啟動電流、壓降過大。由于交流接觸器采用的是老型號CJ10型，工作電壓范圍過窄，壓降大時(shí)不易吸合。制動器在壓降大時(shí)也不易打開，致使閘門升降啟動困難。由于是現(xiàn)地操作，電器控制盤設(shè)在啟閉機(jī)罩內(nèi)，雷雨天氣易造成漏電，不能保障人身及設(shè)備安全。安全防護(hù)設(shè)施不完備。閘門啟閉時(shí)無開度顯示，荷載無測量裝置及顯示，啟閉故障無報(bào)警及自動應(yīng)對裝置。

2 電器改造設(shè)計(jì)方案

隨著科學(xué)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)自動化控制技術(shù)在現(xiàn)代水利行業(yè)廣泛運(yùn)用，水利現(xiàn)代化智能化將是社會發(fā)展的必然趨勢。先進(jìn)的計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)將逐漸取代老式的現(xiàn)地控制，新技術(shù)新設(shè)備的使用將大大提高操作系統(tǒng)的安全性、先進(jìn)性、可靠性、合理性。

2.1 集中控制方案

把原先每孔啟閉機(jī)獨(dú)立操作集中管理，安裝在橋頭堡內(nèi)，設(shè)控制柜1號、2號共2個(gè)。其中安裝有控制開關(guān)、交流接觸器、熱繼電器、電機(jī)綜合保護(hù)器、浪涌保護(hù)器等，面板上設(shè)電流表、電壓表、開度顯示儀、荷載顯示儀、信號燈、控制按鈕、聲光報(bào)警器等。每孔啟閉機(jī)內(nèi)安裝有行程限位開關(guān)、開度傳感器、荷載傳感器。

具體功能有：1）顯示功能：數(shù)字顯示閘位、荷重、行程設(shè)定值、電網(wǎng)電壓、運(yùn)行電流等參數(shù)以及提升、降落等運(yùn)行狀態(tài)指示。2）參數(shù)設(shè)定：通過按鍵設(shè)定行程值、上下限位置、報(bào)警設(shè)定值等參數(shù)。3）安全保護(hù)：具有電子限位、機(jī)械限位、過負(fù)荷、負(fù)載過荷、工作超時(shí)、過電流等多種保護(hù)功能，確保運(yùn)行安全可靠。4）控制方式：第1路按照設(shè)定值直接啟閉閘門，閘門運(yùn)行情況直接在盤面顯示，設(shè)置在橋頭堡內(nèi)。第2路可在緊急情況下強(qiáng)行啟閉閘門，位置設(shè)在每孔啟閉機(jī)旁邊，為現(xiàn)地操作系統(tǒng)，其原理圖見圖1。另外設(shè)有RS485可擴(kuò)充接口，為以后與外圍設(shè)備、計(jì)算機(jī)對接實(shí)行遠(yuǎn)程控制打下基礎(chǔ)。電器一次主回路采用交流接觸器、斷路器、電機(jī)綜合保護(hù)器、浪涌保護(hù)器等。

圖1 現(xiàn)地操作系統(tǒng)單機(jī)接線原理圖

2.2 控制原則與要求

按照閘門啟閉要求控制相應(yīng)配套啟閉機(jī)的運(yùn)行。控制的對象是啟閉電動機(jī)和電磁制動器的主回路接觸器線圈。

對控制系統(tǒng)的基本要求是可靠、靈活、簡練、耐用、方便。具體要求如下：具有滿足閘門運(yùn)行工藝要求的各種功能以及必要的機(jī)電連鎖和電器保護(hù)電路，系統(tǒng)安全可靠；具備運(yùn)行和檢修調(diào)試所必須的操作方式，做到操作靈活、方便、直觀，適應(yīng)各種運(yùn)行方式的需要；滿足預(yù)定操作設(shè)定值和數(shù)字信號顯示的要求，在此前提下力求線路簡單、整潔，便于維護(hù)及擴(kuò)展。各種操作方式之間要有互鎖，電路應(yīng)有使違反工藝要求誤操作失效的保護(hù)措施。所選用的元器件要求靈敏、耐用、可靠。電器二次回路采用主令按鈕控制，電路采用二次互鎖及繼電保護(hù)裝置增加了安全系數(shù)，二次回路控制原理見圖2。.

2.3 電路保護(hù)與互鎖功能

為運(yùn)行安全，對電路采取多級保護(hù)：1）電機(jī)過流保護(hù)。電機(jī)如果出現(xiàn)電流過大或啟閉機(jī)卡阻現(xiàn)象造成負(fù)載加重時(shí)，系統(tǒng)自動保護(hù)。2）閘門啟閉高度行程保護(hù)。閘門預(yù)設(shè)上升、下降安全限位值，閘門運(yùn)行至安全限位值時(shí)，系統(tǒng)自動保護(hù)。3）電路欠壓、缺相保護(hù)。

圖2 二次回路原理圖

為了防止誤操作，電路采用可逆多項(xiàng)互鎖功能，當(dāng)上升與下降其中一項(xiàng)出現(xiàn)問題時(shí)，電路會自動鎖死，系統(tǒng)自動保護(hù)。

3 電器設(shè)備選型

3.1 主控電器選型

由于電流、壓降過大，交流接觸器選用寬電壓節(jié)能型，雙投開關(guān)選用帶滅弧裝置自投型，電機(jī)過流保護(hù)器選用電動機(jī)智能保護(hù)器，控制閘門的行程選用電子式行程開關(guān)。

3.2 儀表選型

為以后與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對接，電流表、電壓表、閘位顯示儀、閘門開度儀等儀表全部選用帶擴(kuò)展功能的數(shù)顯式智能儀表，均配有RS485接口，便于遙測。

3.3 控制設(shè)備選擇

控制柜采用GGD低壓開關(guān)控制柜，直觀易操作。柜內(nèi)電器布置整潔，維修方便。具備安全性、可擴(kuò)性、可變性的要求。

1）安全性：當(dāng)有誤操作時(shí)，能自動被禁止并報(bào)警。電路故障能自檢并能顯示自檢結(jié)果，并報(bào)警。電器元器件有自鎖防誤動作功能。現(xiàn)地操作與集中操作通過現(xiàn)地轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換。閘門升降設(shè)有機(jī)械安全限位功能。

2）可擴(kuò)性：柜內(nèi)留有可擴(kuò)展插槽，留有擴(kuò)充現(xiàn)地控制裝置、外圍設(shè)備接口。

3）可變性：可自主設(shè)定閘門運(yùn)行上下限值，電機(jī)運(yùn)行電流值，可設(shè)定由于工程老化造成負(fù)荷變量的運(yùn)行工況修訂值。

4 結(jié)語

宮家節(jié)制閘啟閉機(jī)電器改造工程在2011年3月進(jìn)行了階段性安裝試運(yùn)行，在試運(yùn)行過程中分別對啟閉機(jī)現(xiàn)地單機(jī)操作、集中控制的各項(xiàng)控制進(jìn)行了現(xiàn)場操作。各種控制功能、保護(hù)措施均滿足要求。