淺談荊山湖進洪閘工作門啟閉系統改造

馮 偉

（安徽省茨淮新河工程管理局，安徽 蚌埠 233010）

1 工程概況

荊山湖進洪閘工程于2004 年2 月開工建設，2006 年7月完工。該工程采用開敞式水閘型式，為大（2）型水閘，抗震設防列度為7 級，共31 孔，每孔凈寬10m，門高8m，閘室總寬352m，閘底板高程17.5m，閘頂高程25.5m，設計行洪流量3500m3/s。設計行洪水位淮河側24.25m，湖內側24.10m，設計防洪水位淮河側23.85m，湖內側17.0m。

該工程的工作閘門為平面定輪鋼閘門，支承型式為懸臂式鑄鋼滾輪，閘門面板布置在上游側。每扇閘門自重32.97t，啟閉機選用QPQ-2×320kN-9m卷揚式啟閉機，電機型號為YZR200 L，功率為22kW，單電機集中驅動，采用剛性軸保證雙吊點同步。因采用繞線式電機，故每臺啟閉機配置了頻敏變阻器，以滿足啟動要求。

荊山湖進洪閘工程建成運用，改變了荊山湖行洪區口門行洪難度大、效果差的局面，加強了對淮河洪水的控制和調度，增強了蓄滯洪功能，確保了荊山湖行洪區及時、有效地通暢行洪。荊山湖進洪閘工程自投入運行以來，分別于2007 年和2020 年兩次開閘行洪，有效地削減了淮河干流的洪峰，緩解了淮干的洪水壓力，對保護蚌埠、淮南兩市的安全起到了重要作用，工程的運行安全意義重大。

2 存在問題

荊山湖進洪閘工程自投入運行以來，分別于2007 年和2020 年兩次啟用行洪，行洪時上游水位分別為23.05m 和23.08m，上下游水位差均為5.50m左右，運行條件相差不大。在兩次行洪運用過程中，部分工作門的啟閉機電機在啟動瞬間出現短暫堵轉及異常噪音，短暫堵轉之后才能進入正常的閘門提升狀態，現場判斷啟動困難時啟閉機電機運轉已達臨界狀態，可能存在超負荷現象。

3 原因分析

針對以上問題，為保證工程行洪運用安全，經原設計單位進行分析和排查，對工作門的啟閉系統進行復核。

3.1 啟門力達不到設計要求

按照設計最大擋水高度進行復核計算，啟閉機容量滿足啟門要求，實際啟門力僅為2×248kN，達不到設計啟門力2×320kN 要求，故造成啟閉機啟動時電機超負荷工作，啟門困難。

3.2 滾輪卡阻

工作門兩側共設置4組滾輪，以減小摩擦力。經復核計算，理論啟門力為442kN，實際啟門力為496kN。因此，工作門的運轉件（滾輪）在工作時存在一定的卡阻現象，摩擦系數大于理論值。

4 改造方案及比選

4.1 方案一（更換電機）

按照設計啟門力2×320kN 要求，在目前啟閉機其他所有部件不做更換調整的基礎上計算，電機功率最低應達到24.6kW。更換后的電機型號為YZR225 M-8，轉速為701rpm，負載持續率FC＝25%，功率為26kW，更換頻敏變阻器與之匹配。制動器、減速器、鋼絲繩及電器元件等經復核均滿足要求，不需更新改造。

經市場調研，可按照目前電機外形安裝尺寸定制，并保證新電機的輸出軸中心高與原電機一致，可以在原電機底座上直接進行安裝，既可以確保更換后運行平穩可靠，又能大大減少現場工作量，縮短工期。工程概算投資289.96 萬元。

4.2 方案二（更換減速器）

如更換傳動比為56 的減速器，運行速度由原設計1.7m/min，降低為1.2m/min。要達到設計要求的2×320kN 啟門力要求，按25%負載持續計算，電機功率需要達到17.8kW。原啟閉機配備的電機按照25%負載持續計算的功率為18.5kW，滿足要求，制動器、減速器、鋼絲繩及電器元件等經復核也滿足要求，不需更新改造。

由于減速器與小齒輪及中間軸聯軸器內齒圈是過盈配合，在現場無法拆開，需要整體拆除后返廠進行拆解，然后再把小齒輪、中間軸聯軸器內齒圈與新減速器重新匹配成套后送到現場整體安裝。該方案更換難度大，且不能保證原減速器與小齒輪等部件可以完好地拆解，也可能會對減速器以及相關部件造成損壞。該方案大大增加工作量，工期較長，拆解工作也會導致現場啟閉機長時間無法運行。工程概算投資306.87 萬元。

4.3 方案三（電動機增設恒轉矩變頻器）

在電動機饋電回路中增設變頻器，讓變頻器恒轉矩運行。即在變頻器低頻運行時增加其輸出電壓，以補償定子電阻上電壓降引起的輸出轉矩損失，從而改善電機的輸出轉矩。本工程中，對電動機功率復核結果顯示，電機靜功率應達到24.6kW，而目前的電機功率僅為22kW，啟閉機的實際啟門力只有2×248kN，達不到2×320kN 的設計啟閉力，相差較大，無法通過變頻器恒轉矩運行來滿足要求。且電動機長期低于額定速度運行，易產生發熱等不良現象，對電機壽命影響較大。對于本工程，電動機增設恒轉矩變頻器方案不可行，故不采用。

經分析，方案一、方案二在技術上都是可行的，從施工難度來看，更換減速器安裝工作量及難度都相對較大，施工工期也較長；電動機更換難度及工作量大大降低，工期大大縮短，更有利于更換的可靠性和運行穩定。綜合考慮施工難度、工程工期及工程投資等因素，本工程采用了方案一。

5 改造效果

2021 年10 月22 日，荊山湖進洪閘工作門啟閉機改造工程開始實施，于2021 年12 月2 日完工。主要實施的工程內容包括：原電機、頻敏變阻器拆除吊運，新電機、頻敏變阻器安裝調試，啟閉機底座油漆修復等。通過工程現場管理單位、工程監理單位及施工單位等精細管理、密切配合，工程在拆除、搬運及安裝等施工過程中，沒有造成二次破壞，且保持了其他工程設備和工程環境原貌。

工程完工后，逐臺進行了啟閉機調試、監測，設備運行正常，噪音、振動及瞬間電流等工況均滿足要求。

6 下一步工作思考

6.1 加強運行管理

工作門啟閉系統是水閘工程重要組成部分，該系統的正常運行決定了整個工程的運行效果。一要加強運行人員培訓。啟閉系統涉及機械、供電、電氣設備、自動化控制等，結構復雜、技術含量高、運行維護難，要開展有針對性的培訓，不斷鞏固提高運行人員的業務水平、操作技能及處理故障的能力。二要定期開展設備等級評定。要嚴格遵守相關規范標準，綜合運用各種檢測和檢查方法，對相關設備狀況進行評定，總結評定結論和意見，制定整改計劃。三要強化日常維護保養。加強日常巡視巡查，汛前汛后組織開展帶載試運行，檢查電機、制動器、減速器等設備及鋼絲繩平衡度、工作門吊頭滑輪運轉情況是否正常，并做好檢查維護保養記錄，確保啟閉系統運轉正常。四是建議高水位差時適時重載試機。工程完工調試時工作門上下游水位差較小，啟門力也較小，不能充分體現電機更新改造后的效果。建議在汛期，選取不同高度上下游水位差的工況下進行重載試運行，記錄不同工況下的運行數據，切實掌握啟閉系統的運行狀態，保證工程運行安全。

6.2 加強滾輪維護保養

工作門滾輪的正常旋轉是有效減少啟門力的保障措施之一，加強滾輪維護保養工作對工程正常運行非常重要。一是汛期前、后檢查中要逐一對滾輪進行人工盤轉，確保每一個滾輪旋轉正常，以減少摩擦力，有效降低啟門力。二是做好拆卸保養，根據汛期前、后人工盤轉情況，制定拆卸保養計劃，利用專業工具將滾輪拆卸，進行打磨、注油等養護作業，確保滾輪有效轉動■