德州市宫家节制闸启闭机电器改造

梁国峰 ，陈景福 ，刘 利

（1.德州市水利局河道工程管理处，山东 德州 253014；2.山东水利职业学院，山东 日照 276826）

宫家节制闸位于徒骇河中段，共设10.0 m×6.0 m闸门13孔，每孔配2×25 t启闭机1台，已运行40多年，发挥了较好的调节控制作用，在防洪、保护工农业生产和人民生命财产安全以及环境保护等诸多方面都发挥了积极作用。近10年来，工程老化严重，启闭机启闭时有卡阻现象，机电设备老化，安全性达不到要求。为解决以上问题，对其启闭机电器加以改造，以保证闸门正常安全的运行。

1 原启闭机及电器配置存在问题

台式卷扬启闭机固定在机架桥上，设置双吊点。每台卷扬启闭机的主要电器设备有：三相异步电动机1台，容量为16 kW，制动器1台及启闭机电器控制装置1套。

卷扬启闭机采用常规控制方式，现地操作。在启闭机防护罩内设1配电盘，主回路由3台交流接触器、热继电器、行程开关、断路器、控制按钮等设备组成，每孔1套。闸门启闭设上限位置、下限位置，由行程开关控制。闸门提升或下降时，首先接通上升或下降接触器，使其正常运行，等达到规定高度时，按停止按钮停止。

在长期运行中，启闭机及电器设备老化严重，对损坏部分虽有更换及修补，但未曾从根本上解决实际存在问题。

1.1 闸门及启闭机

由于平面钢闸门的行走支承装置及导向装置长期浸泡在水中，造成润滑不良、转动不灵，最终导致轮轴生锈与轴套抱死，造成了启闭卡阻现象。启闭机械在使用过程中由于磨损、受力、振动等原因，会引起设备的动力性、经济性和安全可靠性降低，设备运行不畅。

1.2 电器设备

电动机的磨损与老化引起功率因数降低，导致启动电流、压降过大。由于交流接触器采用的是老型号CJ10型，工作电压范围过窄，压降大时不易吸合。制动器在压降大时也不易打开，致使闸门升降启动困难。由于是现地操作，电器控制盘设在启闭机罩内，雷雨天气易造成漏电，不能保障人身及设备安全。安全防护设施不完备。闸门启闭时无开度显示，荷载无测量装置及显示，启闭故障无报警及自动应对装置。

2 电器改造设计方案

随着科学技术、数控技术、网络技术的快速发展，工业自动化控制技术在现代水利行业广泛运用，水利现代化智能化将是社会发展的必然趋势。先进的计算机自动控制系统、调度系统、办公系统将逐渐取代老式的现地控制，新技术新设备的使用将大大提高操作系统的安全性、先进性、可靠性、合理性。

2.1 集中控制方案

把原先每孔启闭机独立操作集中管理，安装在桥头堡内，设控制柜1号、2号共2个。其中安装有控制开关、交流接触器、热继电器、电机综合保护器、浪涌保护器等，面板上设电流表、电压表、开度显示仪、荷载显示仪、信号灯、控制按钮、声光报警器等。每孔启闭机内安装有行程限位开关、开度传感器、荷载传感器。

具体功能有：1）显示功能：数字显示闸位、荷重、行程设定值、电网电压、运行电流等参数以及提升、降落等运行状态指示。2）参数设定：通过按键设定行程值、上下限位置、报警设定值等参数。3）安全保护：具有电子限位、机械限位、过负荷、负载过荷、工作超时、过电流等多种保护功能，确保运行安全可靠。4）控制方式：第1路按照设定值直接启闭闸门，闸门运行情况直接在盘面显示，设置在桥头堡内。第2路可在紧急情况下强行启闭闸门，位置设在每孔启闭机旁边，为现地操作系统，其原理图见图1。另外设有RS485可扩充接口，为以后与外围设备、计算机对接实行远程控制打下基础。电器一次主回路采用交流接触器、断路器、电机综合保护器、浪涌保护器等。

图1 现地操作系统单机接线原理图

2.2 控制原则与要求

按照闸门启闭要求控制相应配套启闭机的运行。控制的对象是启闭电动机和电磁制动器的主回路接触器线圈。

对控制系统的基本要求是可靠、灵活、简练、耐用、方便。具体要求如下：具有满足闸门运行工艺要求的各种功能以及必要的机电连锁和电器保护电路，系统安全可靠；具备运行和检修调试所必须的操作方式，做到操作灵活、方便、直观，适应各种运行方式的需要；满足预定操作设定值和数字信号显示的要求，在此前提下力求线路简单、整洁，便于维护及扩展。各种操作方式之间要有互锁，电路应有使违反工艺要求误操作失效的保护措施。所选用的元器件要求灵敏、耐用、可靠。电器二次回路采用主令按钮控制，电路采用二次互锁及继电保护装置增加了安全系数，二次回路控制原理见图2。.

2.3 电路保护与互锁功能

为运行安全，对电路采取多级保护：1）电机过流保护。电机如果出现电流过大或启闭机卡阻现象造成负载加重时，系统自动保护。2）闸门启闭高度行程保护。闸门预设上升、下降安全限位值，闸门运行至安全限位值时，系统自动保护。3）电路欠压、缺相保护。

图2 二次回路原理图

为了防止误操作，电路采用可逆多项互锁功能，当上升与下降其中一项出现问题时，电路会自动锁死，系统自动保护。

3 电器设备选型

3.1 主控电器选型

由于电流、压降过大，交流接触器选用宽电压节能型，双投开关选用带灭弧装置自投型，电机过流保护器选用电动机智能保护器，控制闸门的行程选用电子式行程开关。

3.2 仪表选型

为以后与计算机系统对接，电流表、电压表、闸位显示仪、闸门开度仪等仪表全部选用带扩展功能的数显式智能仪表，均配有RS485接口，便于遥测。

3.3 控制设备选择

控制柜采用GGD低压开关控制柜，直观易操作。柜内电器布置整洁，维修方便。具备安全性、可扩性、可变性的要求。

1）安全性：当有误操作时，能自动被禁止并报警。电路故障能自检并能显示自检结果，并报警。电器元器件有自锁防误动作功能。现地操作与集中操作通过现地转换开关转换。闸门升降设有机械安全限位功能。

2）可扩性：柜内留有可扩展插槽，留有扩充现地控制装置、外围设备接口。

3）可变性：可自主设定闸门运行上下限值，电机运行电流值，可设定由于工程老化造成负荷变量的运行工况修订值。

4 结语

宫家节制闸启闭机电器改造工程在2011年3月进行了阶段性安装试运行，在试运行过程中分别对启闭机现地单机操作、集中控制的各项控制进行了现场操作。各种控制功能、保护措施均满足要求。