螺桿式啟閉機(jī)過(guò)載保護(hù)方案探討

陳曉明，熊德朝

(國(guó)電恩施水電開(kāi)發(fā)有限公司，湖北 恩施 445000)

螺桿式啟閉機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于灌區(qū)、城市排澇防洪、各類引水渠道的平板閘門啟閉操作，在很多中小型引水式水電站平板閘門啟閉控制也得到大量應(yīng)用。目前螺桿式啟閉機(jī)缺乏有效的預(yù)防啟閉機(jī)事故的保護(hù)措施，在實(shí)際關(guān)閉閘門操作過(guò)程中，因閘門底部異物卡塞、閘門傾斜卡在閘槽等情況，均可能發(fā)生頂閘事件，輕則螺桿變形、燒損電機(jī)，重則頂碎啟閉機(jī)端蓋、啟閉機(jī)旋轉(zhuǎn)傾覆，甚至造成人員受傷，嚴(yán)重影響工程的安全運(yùn)行。

1 螺桿啟閉機(jī)配置的常規(guī)保護(hù)

螺桿啟閉機(jī)一般由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，部分啟閉機(jī)在閘門上裝設(shè)閘門開(kāi)度儀，現(xiàn)場(chǎng)一般配置有全開(kāi)、全關(guān)2個(gè)限位開(kāi)關(guān)，閘門開(kāi)度儀用于現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)方閘門開(kāi)度監(jiān)測(cè)，通過(guò)全開(kāi)、全關(guān)2個(gè)限位開(kāi)關(guān)，在閘門提升至全開(kāi)或下降至全關(guān)位置時(shí)，切斷電機(jī)控制回路，停止運(yùn)行，防止閘門全開(kāi)、全關(guān)位置后啟閉機(jī)繼續(xù)運(yùn)行導(dǎo)致啟閉機(jī)損壞。為防止啟閉機(jī)運(yùn)行過(guò)程中電動(dòng)機(jī)損壞，現(xiàn)場(chǎng)一般配置有電動(dòng)機(jī)保護(hù)，間接對(duì)螺桿啟閉機(jī)進(jìn)行保護(hù)。

2 螺桿啟閉機(jī)常規(guī)保護(hù)存在的問(wèn)題

2.1 限位開(kāi)關(guān)保護(hù)

限位開(kāi)關(guān)保護(hù)只能在閘門全開(kāi)、全關(guān)位置時(shí)進(jìn)行保護(hù)，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，螺桿啟閉機(jī)控制的閘門，很多時(shí)候并非運(yùn)行在全開(kāi)、全關(guān)位置，而是根據(jù)工程需要，對(duì)引用流量進(jìn)行調(diào)整，閘門可能處于任意位置，這時(shí)進(jìn)行閘門操作，限位開(kāi)關(guān)不能起到保護(hù)作用，若閘門上升、下降過(guò)程中發(fā)生傾斜、閘門底部異物卡塞等，均可能導(dǎo)致啟閉機(jī)損壞。

2.2 電動(dòng)機(jī)保護(hù)

電動(dòng)機(jī)保護(hù)一般有短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、欠壓保護(hù)等。其中短路保護(hù)、欠壓保護(hù)是針對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)可應(yīng)用于外部負(fù)載過(guò)大的保護(hù)[1]。

2.2.1 過(guò)流保護(hù)

過(guò)流保護(hù)是當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載增加時(shí)，引起電動(dòng)機(jī)電流增大，當(dāng)電流超過(guò)整定值時(shí)，控制回路切斷電源。過(guò)電流保護(hù)常用斷路器或過(guò)電流繼電器，在斷路器選型及繼電器設(shè)定保護(hù)整定值時(shí)，因需避開(kāi)啟動(dòng)電流值，斷路器額定電流值、過(guò)流繼電器整定值一般比電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行電流值大，若閘門發(fā)生異?？ㄗ鑼?dǎo)致電動(dòng)機(jī)電流值增大，除非超過(guò)過(guò)流保護(hù)整定值，否則過(guò)流保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

2.2.2 過(guò)載保護(hù)

過(guò)載保護(hù)是指電動(dòng)機(jī)的電流大于其額定電流，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，溫度超過(guò)允許值，當(dāng)過(guò)載電流較小時(shí)，熱繼電器要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才動(dòng)作，當(dāng)過(guò)載電流較大時(shí)，熱繼電器則經(jīng)過(guò)較短時(shí)間就會(huì)動(dòng)作。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可按略大于電動(dòng)機(jī)實(shí)際工作最大電流值，整定熱繼電器動(dòng)作電流，從而保護(hù)啟閉機(jī)。平板閘門動(dòng)水啟閉過(guò)程中，啟門力、閉門力計(jì)算公式如下。

啟門力計(jì)算公式為

閉門力計(jì)算公式為

FW=nT(Tzd+Tzs)-nG×G

從上式可以看出，平板閘門啟門力較閉門力，約增大2倍閘門重量和作用在閘門上的水柱壓力，也就是閘門開(kāi)啟過(guò)程電動(dòng)機(jī)工作電流大于閘門關(guān)閉過(guò)程電動(dòng)機(jī)工作電流，在整定過(guò)載保護(hù)熱繼電器動(dòng)作電流時(shí)，應(yīng)按略大于閘門開(kāi)啟時(shí)電動(dòng)機(jī)工作電流進(jìn)行整定。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，閘門卡塞大多發(fā)生在閘門關(guān)閉過(guò)程中，需待電流超過(guò)熱繼電動(dòng)作電流保護(hù)才能動(dòng)作，且熱繼電器動(dòng)作值的精度不高，電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)難以滿足閘門關(guān)閉時(shí)的保護(hù)要求。

3 螺桿式啟閉機(jī)增設(shè)保護(hù)實(shí)例

3.1 基本情況

某引水式水電站裝機(jī)兩臺(tái)2×3 200 kW，設(shè)有大壩取水口、渠道沖砂閘兩處平板閘門，大壩取水口閘門重量9.4 t,螺桿啟閉機(jī)型號(hào)QL-15，渠道沖砂閘門重量6.2 t，螺桿啟閉機(jī)型號(hào)QL-10。電站投運(yùn)以來(lái)，雖然一直在現(xiàn)場(chǎng)操作啟閉機(jī)，但仍然發(fā)生多起因閘門卡塞導(dǎo)致螺桿啟閉機(jī)螺桿變形，甚至發(fā)生過(guò)電動(dòng)機(jī)燒損事故。2020年，電站為提升自動(dòng)化水平，需將兩處閘門現(xiàn)地控制改造為廠房值班室遠(yuǎn)程控制，完善螺桿啟閉機(jī)保護(hù)勢(shì)在必行。

3.2 處理方案

螺桿式啟閉機(jī)功能是實(shí)現(xiàn)閘門的啟閉操作，通過(guò)直接監(jiān)測(cè)閘門的啟閉力，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，是螺桿啟閉機(jī)最直接的保護(hù)。螺桿啟閉機(jī)在啟、閉過(guò)程中，分別承受向下、向上的力，其中，關(guān)閉閘門操作過(guò)程，即啟閉機(jī)承受向上力時(shí)，螺桿啟閉機(jī)最易受損，通過(guò)監(jiān)測(cè)閘門的關(guān)閉力，設(shè)置關(guān)閉力超限保護(hù)，是簡(jiǎn)單易行的方案[2]。通過(guò)了解測(cè)試傳感器工業(yè)系統(tǒng)中力的測(cè)量和天車秤、軌道衡、料斗秤等各種稱重、測(cè)力的工業(yè)自動(dòng)化測(cè)量控制系統(tǒng)，查詢各類資料，最終選擇了HZC-YH圓環(huán)式測(cè)力/稱重傳感器，該測(cè)力傳感器最大額定載荷10t，為圓環(huán)形狀，外形尺寸可根據(jù)用戶要求定制。安裝如圖1。

圖1 測(cè)力傳感器安裝圖

在螺桿啟閉機(jī)底座4個(gè)地腳螺栓上套入測(cè)力傳感器，擰上螺母，執(zhí)行關(guān)閉閘門操作，測(cè)量正常關(guān)閉閘門時(shí)4個(gè)測(cè)力傳感器的最大值，隨后按最大測(cè)量值擰緊螺母，并在螺母上面增加鎖緊螺母，防止螺母松動(dòng)。原閘門現(xiàn)地控制柜未采用PLC控制，現(xiàn)場(chǎng)增加智能顯示控制儀，將測(cè)力傳感器測(cè)量值輸入控制儀，控制儀動(dòng)作值可設(shè)置為測(cè)量最大值的5%～10%，測(cè)控儀輸出開(kāi)關(guān)量接點(diǎn)，接入原有啟閉機(jī)控制回路，若測(cè)量值超過(guò)測(cè)控儀整定值，切斷啟閉機(jī)控制回路，從而實(shí)現(xiàn)啟閉機(jī)關(guān)閉閘門過(guò)程的保護(hù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)測(cè)力傳感器應(yīng)用，完善螺桿式啟閉機(jī)保護(hù)配置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，是簡(jiǎn)單易行的一種有效手段，在螺桿啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和完善保護(hù)配置中，應(yīng)注意以下幾方面：

1)不斷研發(fā)測(cè)力壓力傳感器，提升傳感器額定荷載及精度，逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍；

2)本次重點(diǎn)研究了閘門關(guān)閉過(guò)程的保護(hù)，雖然閘門開(kāi)啟過(guò)程中卡塞情況很少，但仍有可能發(fā)生，研究在螺桿啟閉機(jī)底座下部增加測(cè)力片等方式，進(jìn)一步完善閘門開(kāi)啟過(guò)程中保護(hù)配置；

3)啟閉機(jī)現(xiàn)地控制保護(hù)配置在設(shè)計(jì)階段予以綜合考慮，建議現(xiàn)地采用PLC控制，啟閉機(jī)地腳螺栓外露部分適當(dāng)加長(zhǎng)，便于后期調(diào)整。