一種卷揚啟閉機遠程應急操作方式及應用

林巧鋒，簡偉奇，林一拓，吳榮文，高 冬，于德海，唐 英

（1.福建棉花灘水電開發有限公司，福建 龍巖 364031；2.北京世紀合興起重科技有限公司,北京 102627）

0 引言

水電站溢洪道閘門的及時、準確啟閉控制,是保障水電站運行安全的重要措施。卷揚式啟閉機多以電動機為動力源，驅動傳動及卷筒機構實現閘門的啟閉操作[1]。為保障啟閉機運行安全，應對電源供應故障、電動機故障及電控系統故障等情況，需要配備一定的應急保護措施。常規應急措施有柴油發電機備用電源、雙回路備用電機等方案，都是基于高電壓高功率驅動形式，因此在雷電、涉水、閘門卡阻等特殊工況下存在一定的使用局限性。為卷揚啟閉機增設其他非電力驅動方式是十分必要的。

本文根據棉花灘水電開發有限公司溢洪道弧形閘門2×2 000 kN卷揚啟閉機的技術參數及布局圖，結合現場實際使用情況，進行以柴油發動機為動力，由液壓驅動的遠程應急操作器系統的開發。在應急操作過程中，不需要高壓動力電源的輸入，在控制中心通過光纖通信可以實現遠程應急操作。經安裝、測試、運行等工作，驗證了產品應用的可行性。該類型應急操作系統的增設，提高了閘門啟閉機運行安全保障，有效解決現場失電、電機、電控系統故障無法工作的問題，是現有應急機制的有效補充。

1 現有卷揚啟閉機系統簡介

棉花灘水電廠位于福建省龍巖市境內汀江干流的河段上，主要作為福建電網系統調頻、調峰運行。棉花灘水電站工程為引水式電站，總庫容20.35億m3，總裝機容量600 MW，年平均發電量15.2億kW·h。棉花灘水電廠設開敞式溢洪道3孔，配有3扇弧形閘門，3臺雙吊點雙電機卷揚啟閉機可動水啟閉，局部開啟。

卷揚啟閉機參數如下：

每臺啟閉機電機數量：2 臺

額定啟門力：2×2 000 kN

電機型號：YZR280M-10

電機功率：45 kW

電機轉速：573 r/min

啟閉速度：1.1 m/min

起門高度：17.5 m

吊點中心距：14.12 m

完整啟閉機系統為圖1以低速同步軸為中心的左右對稱部分。

圖1 卷揚啟閉機布局圖

2 遠程應急操作方案及實施

（1）應急方案的配置

增設的遠程無電應急操作系統包含應急操作器本體、電磁離合器、動力單元、應急控制柜、制動器液壓驅動器等部件[2]?；静季忠妶D2，3孔閘門布局方式一致。

圖2 遠程應急操作系統布局圖

圖3 應急操作系統運行流程

在應急操作器本體內包含液壓油路、液位液溫傳感器、電磁閥組、液壓油、液壓馬達等。液壓馬達輸出軸經電磁離合器連接到雙出軸電機的備用輸入軸。動力單元包含柴油發動機、啟動電池、液壓管路及液壓泵等，并配以相關電氣控制元件。動力單元啟動后輸出高壓液流，驅動應急操作器內液壓馬達產生轉矩；在液控系統驅動制動器釋放后，經電磁離合器帶動電動機、減速機、卷筒等機構旋轉，實現閘門起升及下降的操作。應急控制柜包含邏輯控制模塊、通信模塊、采集器等電氣元件，可在現地控制面板操作，也可經光纖通信到控制中心進行遠程操作。閘門的開度值通過多圈絕對值編碼器進行實時通信采集，并與應急狀態信號、閘門限位保護、運行時間、系統壓力等進行連鎖保護。

（2）遠程應急操作系統的選型計算

根據棉花灘水電站卷揚啟閉機已知參數計算如下：

計算所需應急操作器功率：

P應急=電機功率×安全系數

=55×1.15

=63.25 kW

根據功率計算，選擇MQHGTD-60-YK（FDDI）型無電應急操作器。

表1 應急操作器性能參數

應急操作器額定功率83.4 kW，600 r/min，大于所需的應急計算功率63.25 kW，滿足使用需求。

計算電機扭矩：

M電機=9550×電機功率/電機轉速

=9550×55/569

=923 N·m

所選應急額定扭矩1 328 N·m，大于計算電機扭矩923 N·m，滿足使用需求。

根據以上選型對比：應急操作器的輸出扭矩、功率等性能滿足使用要求。

3 遠程應急操作系統運行方式

（1）遠程應急操作系統的特點

為卷揚啟閉機增設的遠程應急操作系統，依靠柴油發動機作為動力，應急操作時無需外部輸入高壓動力電源，無人員觸電傷害風險[3，4]。在現場失電后進入應急狀態時，電磁離合器自動接入啟閉機系統，響應速度快；恢復供電時，電磁離合器自動斷開，不干擾啟閉機正常運行[5]。遠程應急操作系統“一鍵運行”功能操作簡單，運行可靠，減少人員在緊急狀況時的誤操作。在應急時，人員可不到現場操作，實現快速響應及降低人員風險。遠程應急操作系統配有實時視頻采集攝像頭，可在控制中心觀察現地應急運行狀況，做到實時監測，針對異常狀況及時采取措施。遠程應急操作系統可滿足全行程的應急起門、閉門操作。

（2）遠程應急操作系統運行流程

遠程應急操作系統具有現地手動操作、現地電控操作、遠程自動操作等不同運行模式。應急控制柜采集應急操作器內的液位、溫度、壓力、開度等傳感器的信號；結合在動力單元內的發動機控制、調速，調整制動器、液壓動力執行機構輸出，實現閘門的啟閉控制。在應急操作過程中，實時判斷閘門開度、離合器連接狀態、現場視頻監測狀態，以保證應急操作的有效性及可靠性[6]。

為方便現場應急操作，減少應急響應時間和操作錯誤，根據實際需求設置“一鍵起門”功能鍵。以保證在緊急特殊情況下，通過遠程一鍵按鈕，自動實現閘門起升1 m開度，達到快速泄洪的目的?！耙绘I起門”功能運行邏輯框圖如圖4所示。

圖4 一鍵起門邏輯框圖

遠程應急操作系統同時具有“一鍵落門”功能，可實現遠程單次點動按鈕完成閘門應急全行程閉門。

4 總結

經過項目實際安裝、測試驗證，增設的遠程應急操作系統在現地手動、現地電控、遠程自動等多種運行方式下都實現了溢洪道閘門全行程的起升和下降操作，功能及指標滿足現場失電狀態下的遠程應急使用要求。無電應急操作系統運行精度高、可靠性好；日常維護簡單，易于操作。項目的實施為溢洪道卷揚啟閉機在現場失電的情況下安全運行提供了進一步的保障措施，也為其它類似工程應用提供了驗證數據及借鑒經驗。

無電應急操作系統在運行過程中無需高電壓大電流電源輸入，避免操作者觸電風險，保證了人員的安全性。提供低轉速大扭矩輸出，提升力擴容的特點可應對多種特殊工況。增設遠程無電應急操作器消除了現有啟閉機的潛在風險，是水電工程應急起門操作的一種創新方式，是閘門應急預案中必不可少的應急設備。增設無電應急操作系統，進一步提高現有溢洪道閘門啟閉機的可靠性，可以保障水電站、大壩的安全，社會效益及經濟效益突出，應用前景十分廣泛。