錦屏一級(jí)水電站進(jìn)水口3200KN雙向門(mén)機(jī)回轉(zhuǎn)吊抓梁卷筒電纜斷裂問(wèn)題分析及處理

大理西電實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司 潘 靜 張金偉

錦屏一級(jí)水電站進(jìn)水口3200KN雙向門(mén)機(jī)回轉(zhuǎn)吊抓梁卷筒電纜斷裂問(wèn)題分析及處理

大理西電實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司 潘 靜 張金偉

錦屏一級(jí)電站進(jìn)水口3200/650kN #1、#2雙向門(mén)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“門(mén)機(jī)”）用于吊裝進(jìn)水口檢修閘門(mén)、進(jìn)水口攔污柵及疊梁門(mén)。設(shè)備移交后實(shí)際操作中，門(mén)機(jī)電氣部分多次出現(xiàn)故障，本文通過(guò)對(duì)抓梁卷筒多次斷裂現(xiàn)象進(jìn)行分析，確定了該現(xiàn)象直接原因?yàn)榛剞D(zhuǎn)吊抓梁卷筒無(wú)法與電纜卷筒同步所致、間接原因?yàn)殡娎|卷筒為框架式結(jié)構(gòu)，使得電纜卷收后受到徑向擠壓力。提出了相應(yīng)處理改造方法，取得了良好效果。

進(jìn)水口門(mén)機(jī)；回轉(zhuǎn)吊抓梁卷筒；電纜斷裂；電機(jī)同步；PLC控制；故障分析

1. 概述

錦西電廠進(jìn)水口安裝有兩臺(tái)鄭州水工機(jī)械有限公司BQM3200650KN雙向門(mén)機(jī)。配置有3200kN的主鉤小車(chē)用于啟閉電站進(jìn)水口檢修閘門(mén)。在門(mén)機(jī)上游側(cè)門(mén)架的下中游橫梁外伸段設(shè)置一套650kN回轉(zhuǎn)吊，配置自動(dòng)液壓抓梁一套，主要用于啟閉和吊運(yùn)進(jìn)水口攔污柵及擋水門(mén)。

2015年6月13日，進(jìn)水口#1門(mén)機(jī)回轉(zhuǎn)吊在起吊進(jìn)水孔攔污柵時(shí)抓梁控制電纜斷裂；2015年7月8日，進(jìn)水口#2門(mén)機(jī)回轉(zhuǎn)吊在起吊進(jìn)水孔攔污柵時(shí)抓梁控制電纜一芯線斷裂；2016年3月，#1門(mén)機(jī)回轉(zhuǎn)吊在落進(jìn)水口疊梁門(mén)時(shí)，因磁滯式電纜卷筒磁力偏小，下落至50m左右時(shí)控制電纜滑落至門(mén)槽內(nèi)引起拖拽，導(dǎo)致控制電纜斷裂。

2. 分析

2.1 直接原因?yàn)椋夯剞D(zhuǎn)吊抓梁電纜卷筒設(shè)計(jì)為變頻控制，變頻器設(shè)計(jì)采用VACON NXS系列產(chǎn)品，圖紙型號(hào)為NXS00075G2H1SSSA1A2C3，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的變頻器為國(guó)產(chǎn)品牌變頻器；

現(xiàn)場(chǎng)未使用圖紙?jiān)O(shè)計(jì)變頻器，而是加裝無(wú)法Prof i bus-DP總線控制的國(guó)產(chǎn)變頻器。現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的自動(dòng)變頻控制，只能采用電位器手動(dòng)設(shè)定，導(dǎo)致電纜卷筒變頻器無(wú)法自動(dòng)跟隨回轉(zhuǎn)吊起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度，致使電纜收放速度無(wú)法和回轉(zhuǎn)吊起升機(jī)構(gòu)速度同步，造成電纜受力過(guò)大出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象。

圖1 設(shè)計(jì)抓梁電纜卷筒控制

圖2 Profibus-DP總線控制圖

2.2 進(jìn)水口3200/650kN #1、#2雙向門(mén)機(jī)回轉(zhuǎn)吊抓梁電纜卷筒無(wú)法實(shí)現(xiàn)變頻控制，除門(mén)機(jī)回轉(zhuǎn)吊抓梁電纜卷筒未按設(shè)計(jì)采用變頻控制外，抓梁電纜卷筒采用磁滯式結(jié)構(gòu)是回轉(zhuǎn)吊抓梁卷筒無(wú)法與電纜卷筒同步的另一要因。

卷筒上升時(shí)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒卷繞電纜，下降時(shí)依靠抓梁重力下拉電纜，電纜拖拽卷盤(pán)放纜。這樣電纜除承受自重外，還要承受抓梁的拖拽力，拖拽力的大小通過(guò)調(diào)整磁滯力矩改變。

現(xiàn)場(chǎng)電纜卷筒通過(guò)調(diào)整永久磁鐵與吸盤(pán)之間的間隙改變磁滯力矩，也就是改變卷筒的最大卷繞力矩。由于永久磁鐵數(shù)量的限制及間隙調(diào)整的不確定性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)卷筒轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確控制，特別是上下極限位置的轉(zhuǎn)矩?zé)o法兼顧，進(jìn)而造成卷筒失控?fù)p壞電纜的情況發(fā)生。

現(xiàn)場(chǎng)電纜卷筒雖采用變頻控制，但卷筒結(jié)構(gòu)仍為磁滯摸式。上升時(shí)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒卷繞電纜，下降時(shí)依靠抓梁重力下拉電纜，電纜拖拽卷盤(pán)放纜。這樣電纜除承受自重外，還要承受抓梁的拖拽力，拖拽力的大小通過(guò)調(diào)整磁滯力矩改變。如此控制和普通磁滯電纜卷筒沒(méi)有區(qū)別，沒(méi)有體現(xiàn)出變頻電纜卷筒的優(yōu)越性；

現(xiàn)場(chǎng)電纜卷筒通過(guò)調(diào)整永久磁鐵與吸盤(pán)之間的間隙改變磁滯力，也就是改變卷筒的最大卷繞力矩。由于永久磁鐵數(shù)量的限制及間隙調(diào)整的不確定性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)卷筒轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確控制，特別是上下極限位置的轉(zhuǎn)矩?zé)o法兼顧，因而造成卷筒失控?fù)p壞電纜的情況。

3. 處理措施

3.1 將進(jìn)水口#1、#2雙向門(mén)機(jī)回轉(zhuǎn)吊電纜卷筒更換電纜卷筒為新型變頻電纜卷筒：并加裝變頻器制動(dòng)電阻，電纜卷筒變頻器采用Prof i bus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制，速度給定通過(guò)總線通訊自動(dòng)完成，實(shí)現(xiàn)電纜卷筒與主起升同步。并通過(guò)修改電纜卷筒控制子程序使電纜卷筒的收纜和放纜均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且自動(dòng)跟隨回裝吊起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度，在回裝吊起升的整個(gè)揚(yáng)程范圍內(nèi)電纜除承受自重外不承受其它外力。

3.2 重新配置電纜卷筒變頻器：拆除目前與電纜卷筒電機(jī)相連的變頻器控制箱，將副起升控制柜中的變頻器接入新電纜卷筒的變頻電機(jī)，給變頻器增加制動(dòng)電阻，以消耗電纜卷筒下降產(chǎn)生的電能，并將變頻器接入門(mén)機(jī)控制系統(tǒng)的Prof i bus-DP總線網(wǎng)絡(luò)中。

3.3 改造起升高度及載荷監(jiān)控系統(tǒng)：目前門(mén)機(jī)起升高度及載荷由高度載荷儀表顯示和控制，高度和載荷的顯示數(shù)據(jù)誤差較大，尤其是在變頻器啟動(dòng)或運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)跳變較大。由于變頻電纜卷筒控制模型中需要起升高度值作為坐標(biāo)定位，這樣起升高度值就必須準(zhǔn)確且穩(wěn)定，否則將影響電纜卷筒的跟隨特性。

因此必須對(duì)起升高度和載荷進(jìn)行改造。

改造的方法是：

a、將載荷傳感器的輸出信號(hào)直接接入橋路變送器；

b、橋路變送器將傳感器輸出的毫伏信號(hào)轉(zhuǎn)換為毫安信號(hào)接入PLC模擬量模塊；c、通過(guò)PLC中載荷處理子程序處理后在觸摸屏顯示載荷當(dāng)前值；

d、起升高度的改造需要更換高度傳感器，將目前的SSI輸出信號(hào)的傳感器改為電流信號(hào)輸出的傳感器，傳感器的輸出信號(hào)直接接入PLC模擬量模塊；

e、通過(guò)PLC中高度處理子程序處理后在觸摸屏顯示高度當(dāng)前值。

3.4 在PLC中增加高度載荷處理子程序：高度載荷處理子程序不僅完成高度載荷信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，同時(shí)與觸摸屏配合完成高度載荷數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)。

3.5 修改副起升電纜卷筒變頻器控制子程序：通過(guò)修改副起升電纜卷筒控制子程序使電纜卷筒的收纜和放纜均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且自動(dòng)跟隨副起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度，在副起升的整個(gè)揚(yáng)程范圍內(nèi)電纜除承受自重外不承受其它外力，在副起升下極限位置放纜余量不超過(guò)2米。

3.6 修改觸摸屏程序：在觸摸屏中增加起升高度載荷校準(zhǔn)界面，通過(guò)簡(jiǎn)單的觸摸操作智能完成高度載荷的校準(zhǔn)；增加電纜卷筒人機(jī)接口界面，通過(guò)輸入電纜卷筒相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)電纜卷筒的自動(dòng)跟隨。

緩沖器中的彈簧，可在抓梁下降，電纜卷筒還未動(dòng)作時(shí)、緩沖電纜所受的自重力及向下的拉力。彈簧受力后，卷筒電機(jī)磁滯力受力，卷筒向下旋轉(zhuǎn)，開(kāi)始釋放電纜。

4. 結(jié)語(yǔ)

本文鑒于錦屏一級(jí)水電站進(jìn)水口門(mén)機(jī)回轉(zhuǎn)吊電纜卷筒電纜缺陷，已經(jīng)發(fā)生了多次嚴(yán)重影響設(shè)備安全運(yùn)行的事件。本文針對(duì)相關(guān)影響因素進(jìn)行研究與改造、應(yīng)用。文章首先分析了造成屢次斷裂的原因分析，接著介紹了改造方案及措施，證明了方法的可行性與有效性。

[1]徐文剛.錦屏一級(jí)電站進(jìn)水口320T雙向門(mén)機(jī)安裝使用說(shuō)明書(shū):[設(shè)備說(shuō)明書(shū)],鄭州水工機(jī)械有限公司,2011.

潘靜，男，助理工程師,大理西電實(shí)業(yè)有限責(zé)有限責(zé)任公司機(jī)電安裝分公司技術(shù)員。

張金偉，男，高級(jí)工程師，大理西電實(shí)業(yè)有限責(zé)有限責(zé)任公司機(jī)電安裝分公司電氣隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)。