泗阳闸水轮发电机进水流道闸门启闭机制动器的技术改造设计

赵水汨，刘须朋

(江苏省泗阳闸站管理所，江苏 泗阳 223700)

1 工程概况

泗阳闸位于江苏省泗阳县城中心东约2.5 km处的中运河上，具有防洪、排涝、灌溉、发电等综合功能。泗阳闸闸室右侧岸边装设2台ZDT03—LM100b轴流式水轮机，配套SF160—6型三相同步发电机，水轮发电机组可利用泗阳闸泄水发电。发电机组进水流道采用快速闸门控制，电磁抱闸制动器刹车器作为闸门启闭机的开、关以及上下运行的主要控制装置。

2 原制动器结构组成及原理

(1)结构组成。主要由两部分组成：制动电磁铁和闸瓦制动器。制动电磁铁由铁心、衔铁和线圈三部分组成。闸瓦制动器包括闸轮、闸瓦、杠杆和弹簧等，闸轮与电动机装在同一根转轴上。

(2)磁抱闸制动器刹车器分离状态工作原理。电动机接通电源，同时电磁抱闸线圈得电，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使电磁抱闸制动器刹车器的闸瓦与闸轮分开，闸门启闭机电动机正常运转。闸门上下正常运行。

(3)电磁抱闸制动器刹车器制动状态工作原理。断开开关或接触器，电动机失电，同时电磁抱闸线圈也失电，衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分开，并使电磁抱闸制动器刹车器的闸瓦紧紧抱住闸轮，闸门启闭机电动机被制动而停转(见图1、图2)。

图1 制动器制动鼓与闸瓦分离状态示意

图2 制动器制动鼓与闸瓦制动状态示意

3 存在的问题

在泗阳闸水轮发电机系统中，进水流道采用快速闸门控制，电磁抱闸制动器刹车器作为闸门的开、关以及上下运行的控制装置。为了减少投资成本，闸门启闭机未设直流系统，启闭机电磁抱闸制动器刹车器的动作线圈为交流电源控制。水轮发电机组在发电运行过程中，如果外电网系统失电，或其他故障原因等造成水轮发电机母线进线开关分闸，导致电磁抱闸制动器刹车器电磁抱闸线圈控制电源失电，制动器刹车器制动鼓与闸瓦处于制动状态。进水流道快速闸门不能及时下落，会造成水轮发电机机飞车，所产生的电压瞬间升高，造成所供设备过电压而损坏；同时对发电机自身的绝缘破坏。

4 改进增设的装置与原理

4.1 改进装置介绍

在电磁抱闸制动器刹车器抱闸弹簧前端，配置1个凸轮装置，其穿芯导杆穿过凸轮装置中心，凸轮装置的机架一端靠紧电磁抱闸制动器刹车器的杠杆端，作为相对固定端。从动件与机架间通过燕尾滑槽作相对单方向运动，从动件后端安装间隙调节件，间隙调节件与从动件通过调节螺纹连接。间隙调节件另一端靠紧电磁抱闸制动器刹车器的抱闸弹簧前端的垫圈，通过旋转间隙调节件调整从动件与抱闸弹簧零间隙。捌臂连接在捌臂圆盘上，捌臂圆盘安装在机架顶部。捌臂圆盘的适当位置安装凸轮，当捌臂在分闸弹簧的拉力下旋转，带动捌臂圆盘旋转；同时带动凸轮旋转，凸轮推动从动件向前运行而压缩电磁抱闸制动器刹车器抱闸弹簧。捌臂圆盘中部设1个分闸掣子，分闸掣子下方设1个分闸线圈，在分闸线圈回路中，连接判断电路，用于外电网突然停电及其他故障造成发电机组接线开关分闸，及时进行分离松开制动鼓闸瓦，闸门及时下落，关闭进水流道快速闸门；水轮机降速至停止运转，可避免飞车产生过电压。

4.2 改造后电磁抱闸制动器刹车器电磁抱闸装置闸瓦与制动鼓分离工作原理

4.2.1 机械方面设计

根据电磁抱闸制动器刹车器的工作原理，当克服电磁抱闸制动器刹车器电磁抱闸弹簧的拉力时，电磁抱闸就可以分离。电磁抱闸制动器刹车器装置套在其穿芯导杆上，整个装置由机架、从动件、间隙调节件、捌臂及圆盘、凸轮、分闸掣子、分闸电磁铁、储能弹簧以及机械限位和行程微动开关构成。装置的一侧以杠杆为固定受力端，通过手动储能，将捌臂旋转与穿芯导杆垂直位置，拉动储能弹簧进行储能，通过分闸掣子进行定位。此时调节间隙调节件，使从动件一端刚好靠紧凸轮，与从动件相连的间隙调节件一端刚好与电磁抱闸制动器刹车器的抱闸弹簧的平垫片相接触，也可稍有点间隙，具体跟据装置的行程联合调整。

当现场进行手动或电磁铁得电动作时，分闸掣子动作，分闸掣子打开对捌臂圆盘的定位，在储能弹簧的拉力下，捌臂圆盘旋转一定的角度，带动凸轮旋转；凸轮推动从动件向前运动，从而克服电磁抱闸制动器刹车器抱闸弹簧的拉力使其闸瓦与闸轮分开，实现分离的目的。适当调整机械限位，保证从动件的行程在5～8 mm之间，满足轴瓦分闸的要求(见图3、图4)。

图3 装置储能工作原理示意

图4 装置应急分离工作原理示意

4.2.2 电气方面设计

(1)在水轮发电机一次主接线电路中，QF1为电源进线断路器，QF1(11-13)为QF1常闭辅助接点；QF2为水轮发电机进线断路器，QF2(11-13)为QF2常闭辅助接点；QS为水轮发电机中心点接地刀闸；XK2为QS的辅助常闭辅助接点；GY为过电压继电器；GP为过频继电器；QF3为水轮机进水闸门启闭机电动机进线断路器；XJ为启闭机电磁抱闸制动器刹车器电磁抱闸线圈。

(2)采用直流24 V电源作为控制电源，保证在电源母线失电时控制系统能够正常工作，配置1只24 V蓄电池，采取孚充运行方式。XK1为水轮机进水闸门全关辅助行程常闭接点，XK2为QS的辅助常闭辅助接点，XK3为电磁抱闸制动器刹车器辅助分闸装置动作行程常闭辅助接点(见图5、图6)。

图5 水轮发电机电气一次接线

图6 应急装置电气控制示意

在水轮发电机正常运行过程中，如果进线开关QF1因故突然跳闸，其常闭辅助接点QF1(11-13)闭合，接通电磁抱闸制动器刹车器辅助分闸装置的分闸线圈，从而进行应急分闸落门。同样，当水轮发电机进线开关QF2因故突然跳闸，其常闭辅助接点QF2(11-13)闭合，接通电磁抱闸制动器刹车器辅助分闸装置的分闸线圈，从而进行应急分闸落门。当水轮发电机飞车时，其电压、频率均升高，其采样继电器常开接点闭合，接通电磁抱闸制动器刹车器装置的分闸线圈，从而进行应急分离闸瓦与制动鼓，及时下落闸门。

在水轮发电机系统中，水轮发电机中心点接地刀闸合闸启动，水轮发电机正常启动后其中心点接地刀闸分开，其辅助常闭辅助接点XK2闭合；水轮发电机停机时，先将进水流道控制闸门落至底部后，再进行停机操作。闸门非全关位置时，其行程开关XK1闭合，电磁抱闸制动器刹车器辅助分闸装置未动作时，常闭辅助接点XK3闭合，XK1、XK2、XK3串接在电磁抱闸制动器刹车器辅助分闸装置的分闸线圈回路中，起到闭锁作用；保证在水轮发电机启动时，闸门全关时线圈不动作，以及线圈动作后，常闭辅助接点XK3分开，及时对分闸线圈断电，防止线圈长时间带电而烧损。

5 改造后取得的效果

泗阳闸水轮发电机进水流道闸门启闭机电磁抱闸制动器刹车器装置经改造使用后，在电网系统失电，水轮机母线进线开关分闸时，电磁抱闸制动器刹车器能够及时分离开闸瓦与制动鼓，进水流道控制闸门靠自重下落，减少了水轮发电机飞车时间，可控制事故扩大。

6 结 语

泗阳闸水轮发电机系统进水流道闸门启闭机制动装置技术改造后，克服原装置的缺陷，保证了机组的安全运行。