锦屏一级水电站进水口3200KN双向门机回转吊抓梁卷筒电缆断裂问题分析及处理

大理西电实业有限责任公司 潘 静 张金伟

锦屏一级水电站进水口3200KN双向门机回转吊抓梁卷筒电缆断裂问题分析及处理

大理西电实业有限责任公司 潘 静 张金伟

锦屏一级电站进水口3200/650kN #1、#2双向门机（以下简称“门机”）用于吊装进水口检修闸门、进水口拦污栅及叠梁门。设备移交后实际操作中，门机电气部分多次出现故障，本文通过对抓梁卷筒多次断裂现象进行分析，确定了该现象直接原因为回转吊抓梁卷筒无法与电缆卷筒同步所致、间接原因为电缆卷筒为框架式结构，使得电缆卷收后受到径向挤压力。提出了相应处理改造方法，取得了良好效果。

进水口门机；回转吊抓梁卷筒；电缆断裂；电机同步；PLC控制；故障分析

1. 概述

锦西电厂进水口安装有两台郑州水工机械有限公司BQM3200650KN双向门机。配置有3200kN的主钩小车用于启闭电站进水口检修闸门。在门机上游侧门架的下中游横梁外伸段设置一套650kN回转吊，配置自动液压抓梁一套，主要用于启闭和吊运进水口拦污栅及挡水门。

2015年6月13日，进水口#1门机回转吊在起吊进水孔拦污栅时抓梁控制电缆断裂；2015年7月8日，进水口#2门机回转吊在起吊进水孔拦污栅时抓梁控制电缆一芯线断裂；2016年3月，#1门机回转吊在落进水口叠梁门时，因磁滞式电缆卷筒磁力偏小，下落至50m左右时控制电缆滑落至门槽内引起拖拽，导致控制电缆断裂。

2. 分析

2.1 直接原因为：回转吊抓梁电缆卷筒设计为变频控制，变频器设计采用VACON NXS系列产品，图纸型号为NXS00075G2H1SSSA1A2C3，现场实际使用的变频器为国产品牌变频器；

现场未使用图纸设计变频器，而是加装无法Prof i bus-DP总线控制的国产变频器。现场无法实现设计的自动变频控制，只能采用电位器手动设定，导致电缆卷筒变频器无法自动跟随回转吊起升机构的运行速度，致使电缆收放速度无法和回转吊起升机构速度同步，造成电缆受力过大出现拉断现象。

图1 设计抓梁电缆卷筒控制

图2 Profibus-DP总线控制图

2.2 进水口3200/650kN #1、#2双向门机回转吊抓梁电缆卷筒无法实现变频控制，除门机回转吊抓梁电缆卷筒未按设计采用变频控制外，抓梁电缆卷筒采用磁滞式结构是回转吊抓梁卷筒无法与电缆卷筒同步的另一要因。

卷筒上升时变频电机驱动卷筒卷绕电缆，下降时依靠抓梁重力下拉电缆，电缆拖拽卷盘放缆。这样电缆除承受自重外，还要承受抓梁的拖拽力，拖拽力的大小通过调整磁滞力矩改变。

现场电缆卷筒通过调整永久磁铁与吸盘之间的间隙改变磁滞力矩，也就是改变卷筒的最大卷绕力矩。由于永久磁铁数量的限制及间隙调整的不确定性，无法实现卷筒转矩的准确控制，特别是上下极限位置的转矩无法兼顾，进而造成卷筒失控损坏电缆的情况发生。

现场电缆卷筒虽采用变频控制，但卷筒结构仍为磁滞摸式。上升时变频电机驱动卷筒卷绕电缆，下降时依靠抓梁重力下拉电缆，电缆拖拽卷盘放缆。这样电缆除承受自重外，还要承受抓梁的拖拽力，拖拽力的大小通过调整磁滞力矩改变。如此控制和普通磁滞电缆卷筒没有区别，没有体现出变频电缆卷筒的优越性；

现场电缆卷筒通过调整永久磁铁与吸盘之间的间隙改变磁滞力，也就是改变卷筒的最大卷绕力矩。由于永久磁铁数量的限制及间隙调整的不确定性，无法实现卷筒转矩的准确控制，特别是上下极限位置的转矩无法兼顾，因而造成卷筒失控损坏电缆的情况。

3. 处理措施

3.1 将进水口#1、#2双向门机回转吊电缆卷筒更换电缆卷筒为新型变频电缆卷筒：并加装变频器制动电阻，电缆卷筒变频器采用Prof i bus-DP现场总线控制，速度给定通过总线通讯自动完成，实现电缆卷筒与主起升同步。并通过修改电缆卷筒控制子程序使电缆卷筒的收缆和放缆均由电机驱动，且自动跟随回装吊起升机构的运行速度，在回装吊起升的整个扬程范围内电缆除承受自重外不承受其它外力。

3.2 重新配置电缆卷筒变频器：拆除目前与电缆卷筒电机相连的变频器控制箱，将副起升控制柜中的变频器接入新电缆卷筒的变频电机，给变频器增加制动电阻，以消耗电缆卷筒下降产生的电能，并将变频器接入门机控制系统的Prof i bus-DP总线网络中。

3.3 改造起升高度及载荷监控系统：目前门机起升高度及载荷由高度载荷仪表显示和控制，高度和载荷的显示数据误差较大，尤其是在变频器启动或运行过程中数据跳变较大。由于变频电缆卷筒控制模型中需要起升高度值作为坐标定位，这样起升高度值就必须准确且稳定，否则将影响电缆卷筒的跟随特性。

因此必须对起升高度和载荷进行改造。

改造的方法是：

a、将载荷传感器的输出信号直接接入桥路变送器；

b、桥路变送器将传感器输出的毫伏信号转换为毫安信号接入PLC模拟量模块；c、通过PLC中载荷处理子程序处理后在触摸屏显示载荷当前值；

d、起升高度的改造需要更换高度传感器，将目前的SSI输出信号的传感器改为电流信号输出的传感器，传感器的输出信号直接接入PLC模拟量模块；

e、通过PLC中高度处理子程序处理后在触摸屏显示高度当前值。

3.4 在PLC中增加高度载荷处理子程序：高度载荷处理子程序不仅完成高度载荷信号数据转换，同时与触摸屏配合完成高度载荷数据的校准。

3.5 修改副起升电缆卷筒变频器控制子程序：通过修改副起升电缆卷筒控制子程序使电缆卷筒的收缆和放缆均由电机驱动，且自动跟随副起升机构的运行速度，在副起升的整个扬程范围内电缆除承受自重外不承受其它外力，在副起升下极限位置放缆余量不超过2米。

3.6 修改触摸屏程序：在触摸屏中增加起升高度载荷校准界面，通过简单的触摸操作智能完成高度载荷的校准；增加电缆卷筒人机接口界面，通过输入电缆卷筒相关参数实现电缆卷筒的自动跟随。

缓冲器中的弹簧，可在抓梁下降，电缆卷筒还未动作时、缓冲电缆所受的自重力及向下的拉力。弹簧受力后，卷筒电机磁滞力受力，卷筒向下旋转，开始释放电缆。

4. 结语

本文鉴于锦屏一级水电站进水口门机回转吊电缆卷筒电缆缺陷，已经发生了多次严重影响设备安全运行的事件。本文针对相关影响因素进行研究与改造、应用。文章首先分析了造成屡次断裂的原因分析，接着介绍了改造方案及措施，证明了方法的可行性与有效性。

[1]徐文刚.锦屏一级电站进水口320T双向门机安装使用说明书:[设备说明书],郑州水工机械有限公司,2011.

潘静，男，助理工程师,大理西电实业有限责有限责任公司机电安装分公司技术员。

张金伟，男，高级工程师，大理西电实业有限责有限责任公司机电安装分公司电气队队长。