溪洛渡水電站進水口門機液壓抓梁系統(tǒng)改造

溪洛渡水電站進水口門機液壓抓梁系統(tǒng)改造趙爽;席前偉;董萬里;劉靖【摘要】溪洛渡電站進水口檢修閘門、疊梁門、攔污柵均用門機結(jié)合液壓抓梁進行啟閉，運行頻繁.而液壓抓梁在正常蓄水位下的使用水深達到82m,因此液壓抓梁的密封性、同步性及安全可靠性顯得尤為重要.前期使用過程中出現(xiàn)過隨行抓梁電纜被拉斷、液壓泵站進水、穿退銷中途停止等故障,對電站的正常運行造成一定威脅.為此，對液壓抓梁的密封性、同步性及力矩限制器進行了改造，取得了預(yù)期的良好效果.【期刊名稱】《水電與新能源》【年(卷)，期】2017(000)004【總頁數(shù)】3頁(P39-41)【關(guān)鍵詞】液壓抓梁;同步性;密封性;力矩限制器;改造【作者】趙爽;席前偉;董萬里瀏靖【作者單位】溪洛渡水力發(fā)電廠,云南永善657300;溪洛渡水力發(fā)電廠,云南永善657300;溪洛渡水力發(fā)電廠,云南永善657300;溪洛渡水力發(fā)電廠,云南永善657300【正文語種】中文【中圖分類】TV732+1溪洛渡電站左、右岸進水口共布置5臺雙向門機，其中左岸為2臺500kN雙向門機與1臺2500kN雙向門機，右岸為2臺2500/500kN雙向門機。門機通過吊具與抓梁連接，液壓抓梁通過門機小車機房內(nèi)的抓梁電纜卷筒與起升機構(gòu)同步行走，為液壓泵站、穿退銷信號點、就位信號點、電磁閥等供電。進水口門機及液壓抓梁承擔著進水口90扇攔污柵，90扇疊梁門，2扇進水口檢修門的啟閉任務(wù)，使用頻繁。溪洛渡電站的正常蓄水位高程為600m，進水口底坎高程為518m，因此液壓抓梁的正常使用水頭在82m，屬深水作業(yè)，因此要求可靠性很高。溪洛渡電站在安裝運行初期，陸續(xù)出現(xiàn)過抓梁電纜被拉斷、液壓泵站進水、穿退銷中途停止等故障，因此溪洛渡電廠對進水口門機及液壓抓梁系統(tǒng)進行了三部分改造。分別為密封性改造，同步性改造及增設(shè)力矩限制器。液壓抓梁的密封性改造包括如下幾個方面：1） 抓梁供電電纜自身密封性及電纜與接頭處密封。原設(shè)備采用深水橡膠電纜配合航空插頭實現(xiàn)密封，電纜與插頭處通過高壓絕緣膠帶結(jié)合AB膠實現(xiàn)密封，此種密封形式經(jīng)過日曬等情況，容易出現(xiàn)老化，失效等，溪洛渡電站出現(xiàn)過此種情況。改造的方案為選用專用內(nèi)帶鋼芯的船用深水密封電纜，表面進行耐曬抗老化處理，接頭采用進口軍工級深水密封接頭，密封接頭與電纜間的密封通過壓板配合螺栓及密封實現(xiàn)，此種密封接頭的殼體采用海清銅制成，配備五鍵防插錯鍵槽，防止操作人員的誤操作。接觸件采用黃銅焊接接觸件，鎳基層上鍍金，此種方法能最大程度保證連接可靠性及連接電阻值。改造后的插頭與插座間連接僅需人手動擰緊即可保證足夠的密封性能，安全可靠，操作方面便。2） 接線盒自身及密封盒插座的密封性。深水密封盒是閘門抓梁上各種電纜和信號線的中轉(zhuǎn)裝置，其作業(yè)一般在深水中進行，水下深度在100m左右，因此其在深水中的密封性能顯得尤為重要。此次改造的水密封接線盒采用船舶用鋼Q345，通過焊接及螺栓緊固組裝而成，具體可分為如下幾部分：密封倉、密封倉蓋板、水密封接頭、電纜密封接頭、以及O型密封圈等（見深水防水密封接線盒裝配圖）。密封倉為純焊接式結(jié)構(gòu)，各條焊縫嚴格按照國家一級等級標準焊接而成，Q345鋼材強度高，可焊性強，各處焊縫均通過電磁探傷，無氣孔，無夾雜，無裂紋，其自身的密封性能安全、可靠。密封倉與水密封接頭之間的連接密封，為了最大程度滿足密封要求，水密封接頭選用國際領(lǐng)先的法國軍工深水防水插接件，其性能安全可靠，使用壽命長。密封倉與密封倉蓋板之間的密封，采用了高標準O型密封圈，其材質(zhì)、彈塑性、耐壓性優(yōu)良，密封槽的加工嚴格按照國家標準規(guī)定的形狀、尺寸公差、形位公差及粗糙度而精制成品，沒有任何機械加工缺限，在組裝進程中，涂上優(yōu)質(zhì)密封膠，使其密封性能更強。電纜密封接頭采用軟橡膠彈性柱壓式密封，壓迫脹緊力達到30kgf/cm2，通過高壓水泵試壓試驗，當水壓達20kgf/cm2時，相當于水下200m的壓力，接頭處未出現(xiàn)浸水現(xiàn)象。為了加強系統(tǒng)可靠性，在密封盒內(nèi)部設(shè)置浸水傳感器，以便實時檢測盒內(nèi)潮濕狀況，防止盒內(nèi)接線裝置短路而導(dǎo)致系統(tǒng)運行癱瘓，及時提醒操作、維護人員打開密封盒進行檢修。密封盒和泵站之間采用8芯軸向密封電纜連接。3） 接線盒與泵站、接線盒與各信號點間電纜的密封性。原設(shè)備的電纜采用普通深水電纜，電纜進水就會造成整體液壓抓梁失效。改造后的電纜采用軸向密封電纜，在電源外端套金屬軟管進行防護。軸向密封電纜適用于長期暴露在深水中工作的場所，對于抓梁上接線盒到各信號元器件間的電纜顯的尤為適用。4） 泵站自身密封性能。原設(shè)備泵站采用雙層密封圈密封，密封效果較理想，故此次針對此未進行改造。5） 各檢測信號接頭處及自身密封性能。原各檢測信號自身密封較為可靠，同樣存在經(jīng)過日曬等情況，容易出現(xiàn)老化，失效等。改造后通過軸向密封電纜配合灌注環(huán)氧脂進行綜合密封，由于原檢測信號元器件自身防水性能較好，故未進行改造。門機帶抓梁進行水下提落門作業(yè)時，抓梁電纜的同步性及可靠性是非常關(guān)鍵的，目前國內(nèi)部分水電站的門機抓梁電纜的同步性是通過在電纜卷筒電機輸出端安裝力矩限制器來實現(xiàn)電纜同步的，屬于機械式控制，存在控制方式不穩(wěn)定，過程不可控等不足。溪洛渡電站進水口門機在設(shè)計之初考慮到電纜同步性對電站高效安全穩(wěn)定運行的影響，結(jié)合三峽水電站壩頂門機的改造經(jīng)驗，提出了轉(zhuǎn)矩控制的方案。溪洛渡電站進水口門機的抓梁電纜采用的是型號為YTP-G18*1深水電纜，長130m,自重約120kg，抓梁電纜驅(qū)動裝置包括電動機、行星擺線針輪式減速器、鏈輪、卷筒、抓梁上設(shè)置緩沖彈簧，原來抓梁同步性主要是通過轉(zhuǎn)矩控制來實現(xiàn)。實際使用中發(fā)現(xiàn)這種控制方式很難保證抓梁電纜與門機主起升機構(gòu)的同步性，尤其是主起升機構(gòu)下降過程中，多次出現(xiàn)由于電纜運行過慢或運行過快而被拉斷現(xiàn)象。分析主要原因如下：這種同步方式的前提條件是，減速器運行產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩p保持恒定，但是實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，行星擺線針輪式減速器存在如下兩個特點。1）行星擺線針輪減速器在不同速度運行時，其內(nèi)部阻力不同，在一定范圍內(nèi)其速度與自身阻力成反比。使得起升機構(gòu)在低檔位運行時，p較大，電纜自重f1不變，而緩沖彈簧拉力f2則減??；實際使用中f2在1檔是為0，電纜自然下垂。而在4檔、5檔高檔位運行時，p較小，f1不變，而f2則增大，電纜拉力較大，電纜有被拉斷風險。要實現(xiàn)在起升機構(gòu)以不同速度運行時，抓梁電纜均能保持良好的同步性，需在起升機構(gòu)以不同速度運行時使抓梁電纜卷筒電機輸出最合適的轉(zhuǎn)矩，而電機的輸出轉(zhuǎn)矩是由變頻器直接輸出，變頻器參數(shù)是通過與PLC通訊獲得的。因此，在PLC程序的對應(yīng)的邏輯塊中，加入執(zhí)行行，以起升機構(gòu)的檔位為條件，加入一個〃轉(zhuǎn)移”塊，將固定值賦予轉(zhuǎn)矩值計算的中間變量，這樣就實現(xiàn)了起升機構(gòu)不同速度對應(yīng)的抓梁電纜卷筒電機輸出不同轉(zhuǎn)矩，而輸出的固定值則根據(jù)現(xiàn)場情況多次反復(fù)試驗得出。2)長時間使用發(fā)現(xiàn)，不管電纜松緊，抓梁電纜卷筒電機在啟動時，電纜運行速度均慢于起升速度，如果此時電纜較緊，有被拉斷風險；分析和查閱相關(guān)案例得知，擺線針輪減速器在啟動時阻力較正常運行時阻力更大。經(jīng)過多次不同條件和環(huán)境下的現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，減速器啟動阻力在前2s到3s內(nèi)較正常運行時大，為了克服行星擺線針輪式減速器在啟動時阻力較大的問題，我們增大了抓梁電纜卷筒電機在啟動前3s的輸出轉(zhuǎn)矩；在PLC程序內(nèi)，以添加延時繼電器的方式實現(xiàn)在前3s加大轉(zhuǎn)矩輸出，之后轉(zhuǎn)矩輸出恢復(fù)正常。另外，考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性和特殊工況，結(jié)合門機前期運行的故障經(jīng)驗，防止抓梁電纜出現(xiàn)失速等極端情況發(fā)生，我們同時加入了速度反饋控制來輔助轉(zhuǎn)矩控制：利用抓梁電纜卷筒電機自帶的編碼器裝置檢測電機運行速度，根據(jù)實際情況記錄主起升機構(gòu)在各檔位情況下抓梁電纜同步性良好時的運行速度，將電機運行速度與該速度進行比較，如若電機運行速度較快，則適當減小電機轉(zhuǎn)矩值，如若電機運行速度較慢，則可適當增大轉(zhuǎn)矩值；若速度偏差過大，可增大或減小較大的轉(zhuǎn)矩值。以實現(xiàn)在運行過程中的閉環(huán)控制，保持抓梁電纜始終與主起升機構(gòu)的同步性，進一步實現(xiàn)了溪洛渡電站門機抓梁電纜同步性以〃轉(zhuǎn)矩控制為主，速度控制為輔”的控制模式。為徹底避免抓梁電纜被拉斷的現(xiàn)象發(fā)生，此次改造在抓梁電纜卷筒與驅(qū)動減速器間增設(shè)力矩限制器。市場上的力矩限制器的主流產(chǎn)品型式為摩擦式和滾珠式兩種。此次改造選用滾珠式力矩限制器。力矩值設(shè)定為額定最大力矩值(500Nm)的90%，450Nm，這個力矩值小于抓梁隨行供電電纜的鋼芯破段拉力值611.5Nm，大于抓梁電纜全部落下時的自身重量力矩值200Nm，這樣既能保證力矩限制器保證電纜不被拉斷，又能保證力矩限制器在承受電纜最大自重時，不產(chǎn)生誤打滑的現(xiàn)象。通過此次抓梁三個方面的改造，使得抓梁的密封性、同步性及可靠性均得到顯著增強，為整個電站的安全運行打下了堅實的基礎(chǔ)，也為國內(nèi)外同類型水電站門式啟閉機機及液壓抓梁系統(tǒng)運行提供寶貴經(jīng)驗。【相關(guān)文獻】王鵬,安術(shù)鑫.