德州市宮家節制閘啟閉機電器改造

梁國峰 ，陳景福 ，劉 利

（1.德州市水利局河道工程管理處，山東 德州 253014；2.山東水利職業學院，山東 日照 276826）

宮家節制閘位于徒駭河中段，共設10.0 m×6.0 m閘門13孔，每孔配2×25 t啟閉機1臺，已運行40多年，發揮了較好的調節控制作用，在防洪、保護工農業生產和人民生命財產安全以及環境保護等諸多方面都發揮了積極作用。近10年來，工程老化嚴重，啟閉機啟閉時有卡阻現象，機電設備老化，安全性達不到要求。為解決以上問題，對其啟閉機電器加以改造，以保證閘門正常安全的運行。

1 原啟閉機及電器配置存在問題

臺式卷揚啟閉機固定在機架橋上，設置雙吊點。每臺卷揚啟閉機的主要電器設備有：三相異步電動機1臺，容量為16 kW，制動器1臺及啟閉機電器控制裝置1套。

卷揚啟閉機采用常規控制方式，現地操作。在啟閉機防護罩內設1配電盤，主回路由3臺交流接觸器、熱繼電器、行程開關、斷路器、控制按鈕等設備組成，每孔1套。閘門啟閉設上限位置、下限位置，由行程開關控制。閘門提升或下降時，首先接通上升或下降接觸器，使其正常運行，等達到規定高度時，按停止按鈕停止。

在長期運行中，啟閉機及電器設備老化嚴重，對損壞部分雖有更換及修補，但未曾從根本上解決實際存在問題。

1.1 閘門及啟閉機

由于平面鋼閘門的行走支承裝置及導向裝置長期浸泡在水中，造成潤滑不良、轉動不靈，最終導致輪軸生銹與軸套抱死，造成了啟閉卡阻現象。啟閉機械在使用過程中由于磨損、受力、振動等原因，會引起設備的動力性、經濟性和安全可靠性降低，設備運行不暢。

1.2 電器設備

電動機的磨損與老化引起功率因數降低，導致啟動電流、壓降過大。由于交流接觸器采用的是老型號CJ10型，工作電壓范圍過窄，壓降大時不易吸合。制動器在壓降大時也不易打開，致使閘門升降啟動困難。由于是現地操作，電器控制盤設在啟閉機罩內，雷雨天氣易造成漏電，不能保障人身及設備安全。安全防護設施不完備。閘門啟閉時無開度顯示，荷載無測量裝置及顯示，啟閉故障無報警及自動應對裝置。

2 電器改造設計方案

隨著科學技術、數控技術、網絡技術的快速發展，工業自動化控制技術在現代水利行業廣泛運用，水利現代化智能化將是社會發展的必然趨勢。先進的計算機自動控制系統、調度系統、辦公系統將逐漸取代老式的現地控制，新技術新設備的使用將大大提高操作系統的安全性、先進性、可靠性、合理性。

2.1 集中控制方案

把原先每孔啟閉機獨立操作集中管理，安裝在橋頭堡內，設控制柜1號、2號共2個。其中安裝有控制開關、交流接觸器、熱繼電器、電機綜合保護器、浪涌保護器等，面板上設電流表、電壓表、開度顯示儀、荷載顯示儀、信號燈、控制按鈕、聲光報警器等。每孔啟閉機內安裝有行程限位開關、開度傳感器、荷載傳感器。

具體功能有：1）顯示功能：數字顯示閘位、荷重、行程設定值、電網電壓、運行電流等參數以及提升、降落等運行狀態指示。2）參數設定：通過按鍵設定行程值、上下限位置、報警設定值等參數。3）安全保護：具有電子限位、機械限位、過負荷、負載過荷、工作超時、過電流等多種保護功能，確保運行安全可靠。4）控制方式：第1路按照設定值直接啟閉閘門，閘門運行情況直接在盤面顯示，設置在橋頭堡內。第2路可在緊急情況下強行啟閉閘門，位置設在每孔啟閉機旁邊，為現地操作系統，其原理圖見圖1。另外設有RS485可擴充接口，為以后與外圍設備、計算機對接實行遠程控制打下基礎。電器一次主回路采用交流接觸器、斷路器、電機綜合保護器、浪涌保護器等。

圖1 現地操作系統單機接線原理圖

2.2 控制原則與要求

按照閘門啟閉要求控制相應配套啟閉機的運行。控制的對象是啟閉電動機和電磁制動器的主回路接觸器線圈。

對控制系統的基本要求是可靠、靈活、簡練、耐用、方便。具體要求如下：具有滿足閘門運行工藝要求的各種功能以及必要的機電連鎖和電器保護電路，系統安全可靠；具備運行和檢修調試所必須的操作方式，做到操作靈活、方便、直觀，適應各種運行方式的需要；滿足預定操作設定值和數字信號顯示的要求，在此前提下力求線路簡單、整潔，便于維護及擴展。各種操作方式之間要有互鎖，電路應有使違反工藝要求誤操作失效的保護措施。所選用的元器件要求靈敏、耐用、可靠。電器二次回路采用主令按鈕控制，電路采用二次互鎖及繼電保護裝置增加了安全系數，二次回路控制原理見圖2。.

2.3 電路保護與互鎖功能

為運行安全，對電路采取多級保護：1）電機過流保護。電機如果出現電流過大或啟閉機卡阻現象造成負載加重時，系統自動保護。2）閘門啟閉高度行程保護。閘門預設上升、下降安全限位值，閘門運行至安全限位值時，系統自動保護。3）電路欠壓、缺相保護。

圖2 二次回路原理圖

為了防止誤操作，電路采用可逆多項互鎖功能，當上升與下降其中一項出現問題時，電路會自動鎖死，系統自動保護。

3 電器設備選型

3.1 主控電器選型

由于電流、壓降過大，交流接觸器選用寬電壓節能型，雙投開關選用帶滅弧裝置自投型，電機過流保護器選用電動機智能保護器，控制閘門的行程選用電子式行程開關。

3.2 儀表選型

為以后與計算機系統對接，電流表、電壓表、閘位顯示儀、閘門開度儀等儀表全部選用帶擴展功能的數顯式智能儀表，均配有RS485接口，便于遙測。

3.3 控制設備選擇

控制柜采用GGD低壓開關控制柜，直觀易操作。柜內電器布置整潔，維修方便。具備安全性、可擴性、可變性的要求。

1）安全性：當有誤操作時，能自動被禁止并報警。電路故障能自檢并能顯示自檢結果，并報警。電器元器件有自鎖防誤動作功能。現地操作與集中操作通過現地轉換開關轉換。閘門升降設有機械安全限位功能。

2）可擴性：柜內留有可擴展插槽，留有擴充現地控制裝置、外圍設備接口。

3）可變性：可自主設定閘門運行上下限值，電機運行電流值，可設定由于工程老化造成負荷變量的運行工況修訂值。

4 結語

宮家節制閘啟閉機電器改造工程在2011年3月進行了階段性安裝試運行，在試運行過程中分別對啟閉機現地單機操作、集中控制的各項控制進行了現場操作。各種控制功能、保護措施均滿足要求。