严埭港水利枢纽泵站快速门失电应急保护措施

杨 邗 宋伟新 冯 晓

严埭港水利枢纽泵站快速门失电应急保护措施

杨 邗 宋伟新 冯 晓

工程概况

严埭港水利枢纽是江苏省无锡市主城区防洪控制八大枢纽工程之一，位于无锡市惠山区堰桥街道寺头村的严埭港河和锡北运河的交汇处。枢纽工程由泵站、节制闸、船闸以及上下游水工建筑物等组成。泵站采用堤身式布置，安装5台2200ZLBK15—2立式轴流泵，配TL630—40/2600同步电机，单机设计流量14m3/s，其中2台机组为“X”流道，具有双向抽排功能，总装机容量3150kW。

泵站5台机组各设2扇快速门，加上2组“X”流道，共有7组14扇快速直升门，由7台启闭机现地操作控制，启闭机型号为QPK—2×100kN—3绳鼓式卷扬启闭机，快速门为镀锌平面钢闸门，启闭机组均为露天安装，用不锈钢罩壳进行防护。启闭机的动力源为站变低压室输出的380V三相交流电。未考虑供电线路故障、跳闸等特殊情况下的应急运行。

泵站快速门的作用及制动器工作原理

泵站快速门是水泵出水口的逆向断流装置。在水泵投入运行时，出水口的闸门快速打开，水泵正常出水；当需要停机时，闸门快速关闭，防止因水体的逆向流动造成机电设备的磨损或毁坏。但泵站快速门启闭机是由电力控制的，枢纽一旦遭遇供电线路故障或意外跳闸停电，则所有电器设备均失去运行动力，处于运行开启状态的泵站快速门也因失电而无法关闭。因此，外河侧的水体在水位差的作用下，必然形成逆向流动。

制动器是快速门的动力控制装置。其工作原理：开机时，启闭机和制动器同时获得运行电流，制动器液压装置推杆在电力作用下向上移动，克服主弹簧拉力，并通过三角形杠杆松开抱闸；同时，启闭机在电力作用下，正向转动并通过钢丝绳牵引闸门快速上升。当闸门上升到位时，通过上限行程开关切断控制电源，液压推杆制动器断电后，在主弹簧的拉力作用下，三角形杠杆和推杆同时向下移动，抱闸收紧，制动轮在抱闸力的作用下停止转动，达到控制快速门的目的。需要停机时，启闭机和制动器再次获得运行电流并重复以上开机动作，但启闭机的旋转方向已改变，快速门在电机的正常转速控制下快速下降，到达关闭状态时，下限行程开关切断控制电源，制动器抱闸再次收紧。

泵站快速门失电应急保护的必要性

严埭港枢纽泵站快速门启闭机由10kV电网经枢纽站变降压到380V，作为低压电机、电器的动力电源，当泵站机组在运行过程中遭遇供电线路故障或意外跳闸停电时，快速门启闭系统也因失去电源而无法动作。在防汛排涝时期，内外河存在一定的水位差，快速门如不能及时关闭，则必然因水位差的作用导致机组发生反转，随着时间的推移，其反转的速度也会不断加快，当机组的反转速度达到一定值时（机组额定转速为150r/min，当达到225r/min为飞逸转速），其转动部分将遭到破坏，甚至可能发生共振，导致机组设备损毁。另一方面，由于大型立式轴流泵的推力轴承承受着巨大的压力，反向高速运转时，也会因摩擦产生的热量过大而烧毁。因此，大型机组高速反转的现象是绝对不允许发生的。

当然，电网跳闸或意外停电时，运行人员可以赶到快速闸门现场，通过手动松开抱闸，控制闸门下放，避免机组反转。但根据水泵反转时间推算，一旦主机停机后，很快便会开始反转，若5台机组同时运行时，手动操作关闭5台机组的闸门，所需要的时间远远大于开始反转时间。况且，紧急情况下，靠现场工作人员手动操作闸门是不现实的，也不符合安全运行管理的要求。

保护措施

针对上述情况，为保证快速门启闭系统在失电情况下仍能正常工作，必须对快速门进行改造。最初的做法是：在原先电网供电的启闭机控制电路上再并联一个由电压380V、电流38Ah的电池组作为备用电源。当电网正常运行时，对电池组进行充电，当电网遇到突发情况无法正常供电时，电池组经逆变装置向启闭机制动器进行供电，确保制动器能正常动作，从而保障闸门能够快速关闭。

但经过几年的实践检验，上述改造方案在日常的运行中，仍存在诸多不安全因素：一是该系统启动运行时，仅控制启闭机的制动装置，松开制动器后，由于快速门自身重量较大，在重力作用下闸门下降速度过快，往往要超过原启闭机闭门时的额定转速，转速过快容易引起钢丝绳余绳错位、脱槽及闸门损坏，甚至酿成事故；二是由于该操作系统在室内，属于远程操作，工作人员在操作过程中看（听）不见现场启闭机及闸门的运行状况，因此，无法准确判断快速门的下降速度和关闭情况；三是该技术改造方案日常维护成本较高：电池组寿命一般1～2年，逆变装置也存在不稳定性，每年维修养护费用约1万元。

本着安全可靠的原则，我们经过多次分析研究，提出了在现有设备条件下对快速门再次进行改造的思路。具体做法是：添加人工机械闭门装置（脚踏式机械快速闭门装置），以保证在电网失电、备供电源也无法正常工作的情况下，仍可以对液压推杆制动器进行操作，达到安全、快速关闭闸门的目的。

图1 液压推杆制动器发行后正视图

脚踏式机械快速闭门装置的工作原理

脚踏式机械快速闭门装置运用杠杆原理进行设计安装（见图1）。

由图1可见，脚踏式闭门装置有脚踏杆、支架、连接杆三个部分组成。连接杆呈T字形，一端与两台液压推杆制动器的推杆销孔相连，另一端与脚踏杆相连，脚踏杆的另一端穿过启闭机罩壳向外延长10cm，作为脚踏位置。经过实地测量，液压推杆制动器的推杆向上运动5cm才能使制动器完全松闸，而抬升推杆需约200N的力。利用简单的杠杆原理，脚踩踏杆按照1∶3分布。F踩踏力：F抬升力=1∶3，故F踩踏力=66.7N，脚踩踏下的行程为15cm，脚踏力经杠杆放大并传递到连接杆，再通过连接杆带动推杆向上移动，进而克服制动器主弹簧拉力，使制动器完全松开，快速门在重力作用下快速下降。

具体操作过程：工作人员现场踩下控制踏杆，推杆受力并克服主弹簧拉力上移，抱闸松开，制动轮转动，快速门在重力作用下快速下降。当操作人员发现转速过快时，可松开踏杆，抱闸收紧；当转速过慢时，加大踩踏力度，往复数次，即可关闭快速门。

效益分析

原来的液压推杆制动器在遇到电网失电且逆变装置因故障无法正常工作的情况下，为使闸门快速下降，必须由两名工作人员抬开启闭机罩壳，然后两人配合，同时用手抬的方式使液压推杆向上运动。由于主弹簧弹力较大，再加上原来的液压推杆制动器并没有设计手抬的着力点，因此要完成这一动作有一定的难度，且整个操作过程耗时较长。而改造后的脚踏式闭门装置，在不用抬罩壳的情况下只需一人就能快速、轻松地完成此项动作，耗时大大减少。且泵站开机运行时，脚踏式闭门装置对运行设备不会产生任何影响。同时，该装置为纯机械连杆，日常维护除了除尘防锈外，不需要其他支出。

结 语

脚踏式机械快速闭门装置，能够在供电线路故障或意外跳闸停电的情况下，安全、快速地完成泵站快速门的及时关闭，可快速有效地切断外河水流倒灌的隐患，为泵站机组的安全运行提供可靠保障。当然，工作人员在操作脚踏式闭门装置时，也应注意观察并控制制动轮的转速，防止因转速过快而引起钢丝绳错位、脱槽及闸门损坏等。从实际操作看，应通过适当控制脚踩踏杆的间歇，控制好闸门的下降速度。当快速门下降到位时，应再次查看闸门的开度数据，确认闸门是否完全关闭；查看滚筒钢丝绳是否有松散、错位现象，确认完好后方可离开。

（ 作者单位：杨 邗，宋伟新，冯 晓，江苏省无锡市城市防洪工程管理处）