温州赵山渡引水渠系进水口检修闸门改造及应用

2017-08-29徐顺放白美娥

水电站机电技术 2017年5期

关键词：电动葫芦进水口接触器

徐顺放，白美娥

（浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江温州 325000）

温州赵山渡引水渠系进水口检修闸门改造及应用

徐顺放，白美娥

（浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江温州 325000）

以电动葫芦在赵山渡引水渠系进水口检修闸门改造中的应用为例，详细介绍了检修闸门启闭设备改造的目标、容量选择、同步控制和轨道的选择与安装，并对电动葫芦的性能特征、操作原理和方法、保护装置等进行阐述，以及对方案的应用领域进行了研究和探索，通过项目的实际运行数据表明，赵山渡引水渠系进水口检修闸门改造有效的解决检修闸门启闭操作劳动强度大、工作繁琐等问题，对类似工程应用有一定的借鉴意义。

渠系进水口；检修闸门；技术应用

1 工程概况

赵山渡引水工程是温州珊溪水利枢纽工程的重要组成部分，是以供水、灌溉为主，结合发电、防洪的综合性水利工程，工程由引水枢纽和输水渠系两部分组成，主要建筑物为2级建筑物。设计年供水量7.30亿m3，可满足温州市区、瑞安、平阳、苍南、洞头等地近期、远期用水需求；城镇防洪标准提高到20年一遇，防洪保护农田17.5万亩；保护人口25万人，为500万城乡居民提供优质的生活用水和工业用水，为温瑞塘河水质的改善提供生态用水。

2 赵山渡进水口检修闸门现况与存在问题

赵山渡引水渠系进水口设备主要包括金属结构工作闸门及启闭设备、检修闸门及启闭设备、回转式拦污栅。正常蓄水位：22.00m，校核洪水位：23.37m，死水位：21.0m，设计流量为36m3/s，加大流量为39m3/s，工作闸门的上游侧布置一道检修闸门，孔口尺寸为5.5m×6.6m（宽×高），底板高程为16.0m，设计水头6.0m，闸门门型为滑动式浮动叠梁钢闸门，一扇门叶分为3节，单节高2.2m。检修闸门采用2只30kN手拉葫芦进行操作，手拉葫芦挂置于启闭机排架梁上。检修闸门平时从门槽中提出放置于检修平台上，当工作闸门需维护、检修时通过手拉葫芦逐节吊至门槽内。

赵山渡引水工程原来设计是以农田灌溉为主要任务，而赵山渡引水工程从2001年5月运行以来主要任务是城市供水，因此赵山渡进水口闸门的工作情况发生变化，闸门操作频率和操作精度都比工程建设之初的要求高出许多，在运行过程出现了一些不适应的地方，已无法满足现在的供水需求。主要存在的问题：检修闸门的启闭设备采用的是两只固定的手拉葫芦，在运行过程中，检修闸门启闭操作劳动强度大、工作繁琐，尤其是每节闸门拉出孔口后要将其移动至旁边位置时，较不方便。随着城市供水需求越来越大，对进水口检修闸门启闭设备的改造显得尤为迫切。

3 检修闸门启闭设备改造方案

3.1 检修闸门启闭设备改造目标

（1）改手动操作为电动操作；

（2）使各节闸门在检修平台上移动方便；

（3）在紧急情况时能对工作闸门进行应急启闭。

能实现上述3项功能的启闭设备有电动葫芦、桥式启闭机、台车式启闭机等多种，其中电动葫芦以布置简单、操作灵活、轨道安装方便等优点相比其他设备更适合赵山渡引水工程检修闸门。

3.2 电动葫芦的容量选择

赵山渡引水工程进水口原来检修闸门启闭设备为两只30kN的手拉葫芦，其容量仅满足检修闸门的启闭，不能满足对工作闸门的应急启闭。检修闸门不仅仅要改成电动形式，还考虑兼顾满足对工作闸门的应急启闭，因此启吊检修闸门的设备容量必须增大。通过对启闭力计算：在水库水位不超过正常水位22.0m时，容量为2×100kN电动葫芦能以超过额量5%工况对闸门进行启闭；当水库水位超过22.0m时，能够关闭闸门或将闸门保持在某一开度，但不能将闸门从全关位置开启。从进水口布置情况分析，库水位在22.0m时闸门吊耳在水下1.1m，如果此时要将电动葫芦吊钩与闸门吊耳连接都已经很困难，更不存在开启的可能性。而且水库水位超过22.0m的情况都是可以提前预知并避免的，因此不考虑在超过正常水位22.0m时用电动葫芦启闭闸门，故电动葫芦容量选定为2×100kN，启闭行程9.0m。

3.3 电动葫芦的同步控制

赵山渡引水工程进水口左右两个吊点的两只电动葫芦分别在两根独立的工字钢轨道上行走，与常见的使用条件有很大区别，通常两只葫芦布置在同一轨道，只要在两只葫芦间设一根同轴和一连接架装置，就能够保证设备的两个吊点起升同步和行走同步。而当设备的两个吊点布置在不同轨道时，仅靠连接装置不足以让两只葫芦同步地行走，需要通过电气同步控制。容量为100kN的电动葫卷筒轴向的最大外形尺寸接近1700mm，如果双吊点同轴布置则电动葫芦与工作闸门启闭机在空间上不能错开，因此将设备布置与于卷筒轴向与轨道平行，这样就无法布置同步轴，两个吊点行走同步也需要电气控制来实现。

采用一种新型移动式双吊点电动葫芦启闭机，启闭机包括卷扬装置、行走机构、制动器、电机、滑动小车和电气控制装置，其特征是一套电气同步控制双吊点的两个卷扬装置，即两个卷扬装置分别通过电气控制装置内设远程控制的GIS接口，两台电机的同步控制系统，能够控制电机的实时速度，电机的速度可以通过上位机设定，用改进的PID控制算法，用C语言编程去实现两台电机的速度同步，并达到一定的控制精度。两台葫芦采用一套电气控制系统，克服了电气动作误差，从而保证两台葫芦同步准确可靠升降起吊重物。

3.4 轨道的选择及安装

电动葫芦的轨道选用I45a工字钢，轨道安装的顶高程为30.94m，轨道通过锚杆固定在启闭平台下方，并在启门排架上游1.5m处安装钢结构排架用以固定轨道，轨道及电动葫芦安装见图1。

图1 赵山渡渠系轨道及电动葫芦安装图

4 启闭设备技术要求

4.1 电动葫芦技术特性

主要技术参数与机构工作级别见表1。

表1

4.2 起升机构

（1）电动葫芦在起升过程中其吊具不应发生左右方向上位移。

（2）电动葫芦的两只吊点分别在两根平行的轨道上行走，其起升同步和行走同步均通过电气实现。

4.3 保护装置

4.3.1 负荷检测及限制装置

（1）电动葫芦起升机构设有负荷检测装置和负荷限制装置。

（2）负荷检测装置优先选用性能良好的电子荷重传感器，在电动葫芦的电控柜内配有数码显示装置，检测装置的传感器精度不低于0.5%，系统精度不低于5%。

（3）负荷检测装置及其线路具有防潮、抗干扰性能。

（4）装置应配置二次显控仪表，并具有二个独立的荷载超限报警接点及一路4～20mA的荷载模拟量输出。

4.3.2 高度指示器

（1）高度指示器应能在电控柜内以数字全程显示闸门左、右侧开度，读数精度1cm。在断电情况下能跟踪闸门高度位置。

（2）传感器选用绝对型旋转编码器，传感器的检测范围应大于总扬程，传感器的检测精度：电气分辨率≤1mm，精度误差≤3mm。

（3）高度指示器具有纠正显示和调零功能。

（4）高度指示器及其线路具有防潮、抗干扰性能。

（5）装置应配置二次显控仪表，并具有闸门左、右侧全开、全关各二付独立位置接点及闸门左右侧共二路4～20mA的开度模拟量输出。

4.3.3 行走指示器

（1）行走指示器应能在电控柜内以数字全程显示闸门左、右侧行走位置，读数精度1cm。在断电情况下能跟踪闸门行走位置。

（2）传感器选用绝对型旋转编码器，传感器的检测范围应大于总扬程，传感器的检测精度：电气分辨率≤1mm，精度误差≤3mm。

（3）行走指示器具有纠正显示和调零功能。

（4）行走指示器及其线路具有防潮、抗干扰性能。

（5）装置应配置二次显控仪表，并具有闸门左、右侧行走前后到位位置各二个独立接点及闸门左右侧共二路4～20mA的行走位置模拟量输出。

4.4 电气设备

4.4.1 现地控制柜的硬件配置

电动葫芦应配套提供现地控制柜，柜内应设置荷载仪、高度仪、行走指示仪、空气开关、接触器、热继电器及按钮、信号灯。

空气开关、接触器、热继电器等元件应选用ABB、施耐德等品牌。

4.4.2 闸门的控制方式

当按下闸门提升或下降按钮时，同时开启左、右侧电动葫芦接触器，人工监视闸门左、右侧高度；当左、右侧高度差达到纠偏值时，按下停止按钮同时停止左、右侧电动葫芦，然后点动一侧电动葫芦提升或下降按钮进行纠偏；纠偏完成后，再次按下闸门提升或下降按钮同时开启左、右电动葫芦接触器，并监视闸门左、右侧高度。按此循环运行直至闸门上升或下降到位后按下停止按钮同时切断左、右侧电动葫芦接触器。

当按下闸门行走按钮时，同时开启电动葫芦左、右侧行走电机接触器，人工监视闸门左、右侧行走位置；当左、右侧行走位置差达到纠偏值时，按下停止按钮同时停止电动葫芦左、右侧行走电机，然后点动一侧行走电机行走按钮进行纠偏；纠偏完成后，再次按下行走按钮同时开启电动葫芦左、右侧行走电机接触器，并监视闸门左、右侧行走位置。按此循环运行直至闸门行走到位后按下停止按钮同时切断电动葫芦左、右侧行走电机接触器。

4.4.3 信号输入与输出

现地控制柜应能通过高度仪、行走指示仪、荷载仪采集并显示闸门高度、行走位置、闸门荷载值；电源监视、闸门全开、闸门全关、行走到位、接触器合闸、热继电器动作等信号应具有信号灯指示；应设置闸门提升、下降、停止、左侧提升、左侧下降、右侧提升、右侧下降、前进、后退、停止、左侧前进、左侧后退、右侧前进、右侧后退等按钮。

4.5 安全卫生

电动机应设防雨罩,外露的且可能造成不安全的旋转零部件均设置防护罩。