溪洛渡水電站進(jìn)水口門(mén)機(jī)液壓抓梁系統(tǒng)改造

溪洛渡水電站進(jìn)水口門(mén)機(jī)液壓抓梁系統(tǒng)改造趙爽;席前偉;董萬(wàn)里;劉靖【摘要】溪洛渡電站進(jìn)水口檢修閘門(mén)、疊梁門(mén)、攔污柵均用門(mén)機(jī)結(jié)合液壓抓梁進(jìn)行啟閉，運(yùn)行頻繁.而液壓抓梁在正常蓄水位下的使用水深達(dá)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(guò)程中出現(xiàn)過(guò)隨行抓梁電纜被拉斷、液壓泵站進(jìn)水、穿退銷(xiāo)中途停止等故障,對(duì)電站的正常運(yùn)行造成一定威脅.為此，對(duì)液壓抓梁的密封性、同步性及力矩限制器進(jìn)行了改造，取得了預(yù)期的良好效果.【期刊名稱(chēng)】《水電與新能源》【年(卷)，期】2017(000)004【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(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(wàn)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(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】TV732+1溪洛渡電站左、右岸進(jìn)水口共布置5臺(tái)雙向門(mén)機(jī)，其中左岸為2臺(tái)500kN雙向門(mén)機(jī)與1臺(tái)2500kN雙向門(mén)機(jī)，右岸為2臺(tái)2500/500kN雙向門(mén)機(jī)。門(mén)機(jī)通過(guò)吊具與抓梁連接，液壓抓梁通過(guò)門(mén)機(jī)小車(chē)機(jī)房?jī)?nèi)的抓梁電纜卷筒與起升機(jī)構(gòu)同步行走，為液壓泵站、穿退銷(xiāo)信號(hào)點(diǎn)、就位信號(hào)點(diǎn)、電磁閥等供電。進(jìn)水口門(mén)機(jī)及液壓抓梁承擔(dān)著進(jìn)水口90扇攔污柵，90扇疊梁門(mén)，2扇進(jìn)水口檢修門(mén)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(jìn)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(yùn)行初期，陸續(xù)出現(xiàn)過(guò)抓梁電纜被拉斷、液壓泵站進(jìn)水、穿退銷(xiāo)中途停止等故障，因此溪洛渡電廠對(duì)進(jìn)水口門(mén)機(jī)及液壓抓梁系統(tǒng)進(jìn)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(gè)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(shí)現(xiàn)密封，電纜與插頭處通過(guò)高壓絕緣膠帶結(jié)合AB膠實(shí)現(xiàn)密封，此種密封形式經(jīng)過(guò)日曬等情況，容易出現(xiàn)老化，失效等，溪洛渡電站出現(xiàn)過(guò)此種情況。改造的方案為選用專(zhuān)用內(nèi)帶鋼芯的船用深水密封電纜，表面進(jìn)行耐曬抗老化處理，接頭采用進(jìn)口軍工級(jí)深水密封接頭，密封接頭與電纜間的密封通過(guò)壓板配合螺栓及密封實(shí)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(cuò)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(dòng)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(mén)抓梁上各種電纜和信號(hào)線的中轉(zhuǎn)裝置，其作業(yè)一般在深水中進(jìn)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(guò)焊接及螺栓緊固組裝而成，具體可分為如下幾部分：密封倉(cāng)、密封倉(cāng)蓋板、水密封接頭、電纜密封接頭、以及O型密封圈等（見(jiàn)深水防水密封接線盒裝配圖）。密封倉(cāng)為純焊接式結(jié)構(gòu)，各條焊縫嚴(yán)格按照國(guó)家一級(jí)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)焊接而成，Q345鋼材強(qiáng)度高，可焊性強(qiáng)，各處焊縫均通過(guò)電磁探傷，無(wú)氣孔，無(wú)夾雜，無(wú)裂紋，其自身的密封性能安全、可靠。密封倉(cāng)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(guó)際領(lǐng)先的法國(guó)軍工深水防水插接件，其性能安全可靠，使用壽命長(zhǎng)。密封倉(cāng)與密封倉(cāng)蓋板之間的密封，采用了高標(biāo)準(zhǔn)O型密封圈，其材質(zhì)、彈塑性、耐壓性?xún)?yōu)良，密封槽的加工嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的形狀、尺寸公差、形位公差及粗糙度而精制成品，沒(méi)有任何機(jī)械加工缺限，在組裝進(jìn)程中，涂上優(yōu)質(zhì)密封膠，使其密封性能更強(qiáng)。電纜密封接頭采用軟橡膠彈性柱壓式密封，壓迫脹緊力達(dá)到30kgf/cm2，通過(guò)高壓水泵試壓試驗(yàn)，當(dāng)水壓達(dá)20kgf/cm2時(shí)，相當(dāng)于水下200m的壓力，接頭處未出現(xiàn)浸水現(xiàn)象。為了加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，在密封盒內(nèi)部設(shè)置浸水傳感器，以便實(shí)時(shí)檢測(cè)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(yùn)行癱瘓，及時(shí)提醒操作、維護(hù)人員打開(kāi)密封盒進(jìn)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(hào)點(diǎn)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(jìn)水就會(huì)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(jìn)行防護(hù)。軸向密封電纜適用于長(zhǎng)期暴露在深水中工作的場(chǎng)所，對(duì)于抓梁上接線盒到各信號(hào)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(duì)此未進(jìn)行改造。5） 各檢測(cè)信號(hào)接頭處及自身密封性能。原各檢測(cè)信號(hào)自身密封較為可靠，同樣存在經(jīng)過(guò)日曬等情況，容易出現(xiàn)老化，失效等。改造后通過(guò)軸向密封電纜配合灌注環(huán)氧脂進(jìn)行綜合密封，由于原檢測(cè)信號(hào)元器件自身防水性能較好，故未進(jìn)行改造。門(mén)機(jī)帶抓梁進(jìn)行水下提落門(mén)作業(yè)時(shí)，抓梁電纜的同步性及可靠性是非常關(guān)鍵的，目前國(guó)內(nèi)部分水電站的門(mén)機(jī)抓梁電纜的同步性是通過(guò)在電纜卷筒電機(jī)輸出端安裝力矩限制器來(lái)實(shí)現(xiàn)電纜同步的，屬于機(jī)械式控制，存在控制方式不穩(wěn)定，過(guò)程不可控等不足。溪洛渡電站進(jìn)水口門(mén)機(jī)在設(shè)計(jì)之初考慮到電纜同步性對(duì)電站高效安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，結(jié)合三峽水電站壩頂門(mén)機(jī)的改造經(jīng)驗(yàn)，提出了轉(zhuǎn)矩控制的方案。溪洛渡電站進(jìn)水口門(mén)機(jī)的抓梁電纜采用的是型號(hào)為YTP-G18*1深水電纜，長(zhǎng)130m,自重約120kg，抓梁電纜驅(qū)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、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(lái)抓梁同步性主要是通過(guò)轉(zhuǎn)矩控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)這種控制方式很難保證抓梁電纜與門(mén)機(jī)主起升機(jī)構(gòu)的同步性，尤其是主起升機(jī)構(gòu)下降過(guò)程中，多次出現(xiàn)由于電纜運(yùn)行過(guò)慢或運(yùn)行過(guò)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(yùn)行產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩p保持恒定，但是實(shí)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(gè)特點(diǎn)。1）行星擺線針輪減速器在不同速度運(yùn)行時(shí)，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(jī)構(gòu)在低檔位運(yùn)行時(shí)，p較大，電纜自重f1不變，而緩沖彈簧拉力f2則減小；實(shí)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(yùn)行時(shí)，p較小，f1不變，而f2則增大，電纜拉力較大，電纜有被拉斷風(fēng)險(xiǎn)。要實(shí)現(xiàn)在起升機(jī)構(gòu)以不同速度運(yùn)行時(shí)，抓梁電纜均能保持良好的同步性，需在起升機(jī)構(gòu)以不同速度運(yùn)行時(shí)使抓梁電纜卷筒電機(jī)輸出最合適的轉(zhuǎn)矩，而電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩是由變頻器直接輸出，變頻器參數(shù)是通過(guò)與PLC通訊獲得的。因此，在PLC程序的對(duì)應(yīng)的邏輯塊中，加入執(zhí)行行，以起升機(jī)構(gòu)的檔位為條件，加入一個(gè)〃轉(zhuǎn)移”塊，將固定值賦予轉(zhuǎn)矩值計(jì)算的中間變量，這樣就實(shí)現(xiàn)了起升機(jī)構(gòu)不同速度對(duì)應(yīng)的抓梁電纜卷筒電機(jī)輸出不同轉(zhuǎn)矩，而輸出的固定值則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況多次反復(fù)試驗(yàn)得出。2)長(zhǎng)時(shí)間使用發(fā)現(xiàn)，不管電纜松緊，抓梁電纜卷筒電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，電纜運(yùn)行速度均慢于起升速度，如果此時(shí)電纜較緊，有被拉斷風(fēng)險(xiǎn)；分析和查閱相關(guān)案例得知，擺線針輪減速器在啟動(dòng)時(shí)阻力較正常運(yùn)行時(shí)阻力更大。經(jīng)過(guò)多次不同條件和環(huán)境下的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，減速器啟動(dòng)阻力在前2s到3s內(nèi)較正常運(yùn)行時(shí)大，為了克服行星擺線針輪式減速器在啟動(dòng)時(shí)阻力較大的問(wèn)題，我們?cè)龃罅俗チ弘娎|卷筒電機(jī)在啟動(dòng)前3s的輸出轉(zhuǎn)矩；在PLC程序內(nèi)，以添加延時(shí)繼電器的方式實(shí)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(mén)機(jī)前期運(yùn)行的故障經(jīng)驗(yàn)，防止抓梁電纜出現(xiàn)失速等極端情況發(fā)生，我們同時(shí)加入了速度反饋控制來(lái)輔助轉(zhuǎn)矩控制：利用抓梁電纜卷筒電機(jī)自帶的編碼器裝置檢測(cè)電機(jī)運(yùn)行速度，根據(jù)實(shí)際情況記錄主起升機(jī)構(gòu)在各檔位情況下抓梁電纜同步性良好時(shí)的運(yùn)行速度，將電機(jī)運(yùn)行速度與該速度進(jìn)行比較，如若電機(jī)運(yùn)行速度較快，則適當(dāng)減小電機(jī)轉(zhuǎn)矩值，如若電機(jī)運(yùn)行速度較慢，則可適當(dāng)增大轉(zhuǎn)矩值；若速度偏差過(guò)大，可增大或減小較大的轉(zhuǎn)矩值。以實(shí)現(xiàn)在運(yùn)行過(guò)程中的閉環(huán)控制，保持抓梁電纜始終與主起升機(jī)構(gòu)的同步性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了溪洛渡電站門(mén)機(jī)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(dòng)減速器間增設(shè)力矩限制器。市場(chǎng)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(gè)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(shí)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(shí)，不產(chǎn)生誤打滑的現(xiàn)象。通過(guò)此次抓梁三個(gè)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(qiáng)，為整個(gè)電站的安全運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型水電站門(mén)式啟閉機(jī)機(jī)及液壓抓梁系統(tǒng)運(yùn)行提供寶貴經(jīng)驗(yàn)?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】王鵬,安術(shù)鑫.