一种卷扬启闭机远程应急操作方式及应用

林巧锋，简伟奇，林一拓，吴荣文，高 冬，于德海，唐 英

（1.福建棉花滩水电开发有限公司，福建 龙岩 364031；2.北京世纪合兴起重科技有限公司,北京 102627）

0 引言

水电站溢洪道闸门的及时、准确启闭控制,是保障水电站运行安全的重要措施。卷扬式启闭机多以电动机为动力源，驱动传动及卷筒机构实现闸门的启闭操作[1]。为保障启闭机运行安全，应对电源供应故障、电动机故障及电控系统故障等情况，需要配备一定的应急保护措施。常规应急措施有柴油发电机备用电源、双回路备用电机等方案，都是基于高电压高功率驱动形式，因此在雷电、涉水、闸门卡阻等特殊工况下存在一定的使用局限性。为卷扬启闭机增设其他非电力驱动方式是十分必要的。

本文根据棉花滩水电开发有限公司溢洪道弧形闸门2×2 000 kN卷扬启闭机的技术参数及布局图，结合现场实际使用情况，进行以柴油发动机为动力，由液压驱动的远程应急操作器系统的开发。在应急操作过程中，不需要高压动力电源的输入，在控制中心通过光纤通信可以实现远程应急操作。经安装、测试、运行等工作，验证了产品应用的可行性。该类型应急操作系统的增设，提高了闸门启闭机运行安全保障，有效解决现场失电、电机、电控系统故障无法工作的问题，是现有应急机制的有效补充。

1 现有卷扬启闭机系统简介

棉花滩水电厂位于福建省龙岩市境内汀江干流的河段上，主要作为福建电网系统调频、调峰运行。棉花滩水电站工程为引水式电站，总库容20.35亿m3，总装机容量600 MW，年平均发电量15.2亿kW·h。棉花滩水电厂设开敞式溢洪道3孔，配有3扇弧形闸门，3台双吊点双电机卷扬启闭机可动水启闭，局部开启。

卷扬启闭机参数如下：

每台启闭机电机数量：2 台

额定启门力：2×2 000 kN

电机型号：YZR280M-10

电机功率：45 kW

电机转速：573 r/min

启闭速度：1.1 m/min

起门高度：17.5 m

吊点中心距：14.12 m

完整启闭机系统为图1以低速同步轴为中心的左右对称部分。

图1 卷扬启闭机布局图

2 远程应急操作方案及实施

（1）应急方案的配置

增设的远程无电应急操作系统包含应急操作器本体、电磁离合器、动力单元、应急控制柜、制动器液压驱动器等部件[2]。基本布局见图2，3孔闸门布局方式一致。

图2 远程应急操作系统布局图

图3 应急操作系统运行流程

在应急操作器本体内包含液压油路、液位液温传感器、电磁阀组、液压油、液压马达等。液压马达输出轴经电磁离合器连接到双出轴电机的备用输入轴。动力单元包含柴油发动机、启动电池、液压管路及液压泵等，并配以相关电气控制元件。动力单元启动后输出高压液流，驱动应急操作器内液压马达产生转矩；在液控系统驱动制动器释放后，经电磁离合器带动电动机、减速机、卷筒等机构旋转，实现闸门起升及下降的操作。应急控制柜包含逻辑控制模块、通信模块、采集器等电气元件，可在现地控制面板操作，也可经光纤通信到控制中心进行远程操作。闸门的开度值通过多圈绝对值编码器进行实时通信采集，并与应急状态信号、闸门限位保护、运行时间、系统压力等进行连锁保护。

（2）远程应急操作系统的选型计算

根据棉花滩水电站卷扬启闭机已知参数计算如下：

计算所需应急操作器功率：

P应急=电机功率×安全系数

=55×1.15

=63.25 kW

根据功率计算，选择MQHGTD-60-YK（FDDI）型无电应急操作器。

表1 应急操作器性能参数

应急操作器额定功率83.4 kW，600 r/min，大于所需的应急计算功率63.25 kW，满足使用需求。

计算电机扭矩：

M电机=9550×电机功率/电机转速

=9550×55/569

=923 N·m

所选应急额定扭矩1 328 N·m，大于计算电机扭矩923 N·m，满足使用需求。

根据以上选型对比：应急操作器的输出扭矩、功率等性能满足使用要求。

3 远程应急操作系统运行方式

（1）远程应急操作系统的特点

为卷扬启闭机增设的远程应急操作系统，依靠柴油发动机作为动力，应急操作时无需外部输入高压动力电源，无人员触电伤害风险[3，4]。在现场失电后进入应急状态时，电磁离合器自动接入启闭机系统，响应速度快；恢复供电时，电磁离合器自动断开，不干扰启闭机正常运行[5]。远程应急操作系统“一键运行”功能操作简单，运行可靠，减少人员在紧急状况时的误操作。在应急时，人员可不到现场操作，实现快速响应及降低人员风险。远程应急操作系统配有实时视频采集摄像头，可在控制中心观察现地应急运行状况，做到实时监测，针对异常状况及时采取措施。远程应急操作系统可满足全行程的应急起门、闭门操作。

（2）远程应急操作系统运行流程

远程应急操作系统具有现地手动操作、现地电控操作、远程自动操作等不同运行模式。应急控制柜采集应急操作器内的液位、温度、压力、开度等传感器的信号；结合在动力单元内的发动机控制、调速，调整制动器、液压动力执行机构输出，实现闸门的启闭控制。在应急操作过程中，实时判断闸门开度、离合器连接状态、现场视频监测状态，以保证应急操作的有效性及可靠性[6]。

为方便现场应急操作，减少应急响应时间和操作错误，根据实际需求设置“一键起门”功能键。以保证在紧急特殊情况下，通过远程一键按钮，自动实现闸门起升1 m开度，达到快速泄洪的目的。“一键起门”功能运行逻辑框图如图4所示。

图4 一键起门逻辑框图

远程应急操作系统同时具有“一键落门”功能，可实现远程单次点动按钮完成闸门应急全行程闭门。

4 总结

经过项目实际安装、测试验证，增设的远程应急操作系统在现地手动、现地电控、远程自动等多种运行方式下都实现了溢洪道闸门全行程的起升和下降操作，功能及指标满足现场失电状态下的远程应急使用要求。无电应急操作系统运行精度高、可靠性好；日常维护简单，易于操作。项目的实施为溢洪道卷扬启闭机在现场失电的情况下安全运行提供了进一步的保障措施，也为其它类似工程应用提供了验证数据及借鉴经验。

无电应急操作系统在运行过程中无需高电压大电流电源输入，避免操作者触电风险，保证了人员的安全性。提供低转速大扭矩输出，提升力扩容的特点可应对多种特殊工况。增设远程无电应急操作器消除了现有启闭机的潜在风险，是水电工程应急起门操作的一种创新方式，是闸门应急预案中必不可少的应急设备。增设无电应急操作系统，进一步提高现有溢洪道闸门启闭机的可靠性，可以保障水电站、大坝的安全，社会效益及经济效益突出，应用前景十分广泛。