錦屏一級水電站進(jìn)水口3200KN雙向門機(jī)回轉(zhuǎn)吊抓梁卷筒電纜斷裂問題分析及處理

大理西電實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司 潘 靜 張金偉

錦屏一級水電站進(jìn)水口3200KN雙向門機(jī)回轉(zhuǎn)吊抓梁卷筒電纜斷裂問題分析及處理

大理西電實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司 潘 靜 張金偉

錦屏一級電站進(jìn)水口3200/650kN #1、#2雙向門機(jī)（以下簡稱“門機(jī)”）用于吊裝進(jìn)水口檢修閘門、進(jìn)水口攔污柵及疊梁門。設(shè)備移交后實(shí)際操作中，門機(jī)電氣部分多次出現(xiàn)故障，本文通過對抓梁卷筒多次斷裂現(xiàn)象進(jìn)行分析，確定了該現(xiàn)象直接原因?yàn)榛剞D(zhuǎn)吊抓梁卷筒無法與電纜卷筒同步所致、間接原因?yàn)殡娎|卷筒為框架式結(jié)構(gòu)，使得電纜卷收后受到徑向擠壓力。提出了相應(yīng)處理改造方法，取得了良好效果。

進(jìn)水口門機(jī)；回轉(zhuǎn)吊抓梁卷筒；電纜斷裂；電機(jī)同步；PLC控制；故障分析

1. 概述

錦西電廠進(jìn)水口安裝有兩臺鄭州水工機(jī)械有限公司BQM3200650KN雙向門機(jī)。配置有3200kN的主鉤小車用于啟閉電站進(jìn)水口檢修閘門。在門機(jī)上游側(cè)門架的下中游橫梁外伸段設(shè)置一套650kN回轉(zhuǎn)吊，配置自動液壓抓梁一套，主要用于啟閉和吊運(yùn)進(jìn)水口攔污柵及擋水門。

2015年6月13日，進(jìn)水口#1門機(jī)回轉(zhuǎn)吊在起吊進(jìn)水孔攔污柵時抓梁控制電纜斷裂；2015年7月8日，進(jìn)水口#2門機(jī)回轉(zhuǎn)吊在起吊進(jìn)水孔攔污柵時抓梁控制電纜一芯線斷裂；2016年3月，#1門機(jī)回轉(zhuǎn)吊在落進(jìn)水口疊梁門時，因磁滯式電纜卷筒磁力偏小，下落至50m左右時控制電纜滑落至門槽內(nèi)引起拖拽，導(dǎo)致控制電纜斷裂。

2. 分析

2.1 直接原因?yàn)椋夯剞D(zhuǎn)吊抓梁電纜卷筒設(shè)計(jì)為變頻控制，變頻器設(shè)計(jì)采用VACON NXS系列產(chǎn)品，圖紙型號為NXS00075G2H1SSSA1A2C3，現(xiàn)場實(shí)際使用的變頻器為國產(chǎn)品牌變頻器；

現(xiàn)場未使用圖紙?jiān)O(shè)計(jì)變頻器，而是加裝無法Prof i bus-DP總線控制的國產(chǎn)變頻器?，F(xiàn)場無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的自動變頻控制，只能采用電位器手動設(shè)定，導(dǎo)致電纜卷筒變頻器無法自動跟隨回轉(zhuǎn)吊起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度，致使電纜收放速度無法和回轉(zhuǎn)吊起升機(jī)構(gòu)速度同步，造成電纜受力過大出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象。

圖1 設(shè)計(jì)抓梁電纜卷筒控制

圖2 Profibus-DP總線控制圖

2.2 進(jìn)水口3200/650kN #1、#2雙向門機(jī)回轉(zhuǎn)吊抓梁電纜卷筒無法實(shí)現(xiàn)變頻控制，除門機(jī)回轉(zhuǎn)吊抓梁電纜卷筒未按設(shè)計(jì)采用變頻控制外，抓梁電纜卷筒采用磁滯式結(jié)構(gòu)是回轉(zhuǎn)吊抓梁卷筒無法與電纜卷筒同步的另一要因。

卷筒上升時變頻電機(jī)驅(qū)動卷筒卷繞電纜，下降時依靠抓梁重力下拉電纜，電纜拖拽卷盤放纜。這樣電纜除承受自重外，還要承受抓梁的拖拽力，拖拽力的大小通過調(diào)整磁滯力矩改變。

現(xiàn)場電纜卷筒通過調(diào)整永久磁鐵與吸盤之間的間隙改變磁滯力矩，也就是改變卷筒的最大卷繞力矩。由于永久磁鐵數(shù)量的限制及間隙調(diào)整的不確定性，無法實(shí)現(xiàn)卷筒轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確控制，特別是上下極限位置的轉(zhuǎn)矩?zé)o法兼顧，進(jìn)而造成卷筒失控?fù)p壞電纜的情況發(fā)生。

現(xiàn)場電纜卷筒雖采用變頻控制，但卷筒結(jié)構(gòu)仍為磁滯摸式。上升時變頻電機(jī)驅(qū)動卷筒卷繞電纜，下降時依靠抓梁重力下拉電纜，電纜拖拽卷盤放纜。這樣電纜除承受自重外，還要承受抓梁的拖拽力，拖拽力的大小通過調(diào)整磁滯力矩改變。如此控制和普通磁滯電纜卷筒沒有區(qū)別，沒有體現(xiàn)出變頻電纜卷筒的優(yōu)越性；

現(xiàn)場電纜卷筒通過調(diào)整永久磁鐵與吸盤之間的間隙改變磁滯力，也就是改變卷筒的最大卷繞力矩。由于永久磁鐵數(shù)量的限制及間隙調(diào)整的不確定性，無法實(shí)現(xiàn)卷筒轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確控制，特別是上下極限位置的轉(zhuǎn)矩?zé)o法兼顧，因而造成卷筒失控?fù)p壞電纜的情況。

3. 處理措施

3.1 將進(jìn)水口#1、#2雙向門機(jī)回轉(zhuǎn)吊電纜卷筒更換電纜卷筒為新型變頻電纜卷筒：并加裝變頻器制動電阻，電纜卷筒變頻器采用Prof i bus-DP現(xiàn)場總線控制，速度給定通過總線通訊自動完成，實(shí)現(xiàn)電纜卷筒與主起升同步。并通過修改電纜卷筒控制子程序使電纜卷筒的收纜和放纜均由電機(jī)驅(qū)動，且自動跟隨回裝吊起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度，在回裝吊起升的整個揚(yáng)程范圍內(nèi)電纜除承受自重外不承受其它外力。

3.2 重新配置電纜卷筒變頻器：拆除目前與電纜卷筒電機(jī)相連的變頻器控制箱，將副起升控制柜中的變頻器接入新電纜卷筒的變頻電機(jī)，給變頻器增加制動電阻，以消耗電纜卷筒下降產(chǎn)生的電能，并將變頻器接入門機(jī)控制系統(tǒng)的Prof i bus-DP總線網(wǎng)絡(luò)中。

3.3 改造起升高度及載荷監(jiān)控系統(tǒng)：目前門機(jī)起升高度及載荷由高度載荷儀表顯示和控制，高度和載荷的顯示數(shù)據(jù)誤差較大，尤其是在變頻器啟動或運(yùn)行過程中數(shù)據(jù)跳變較大。由于變頻電纜卷筒控制模型中需要起升高度值作為坐標(biāo)定位，這樣起升高度值就必須準(zhǔn)確且穩(wěn)定，否則將影響電纜卷筒的跟隨特性。

因此必須對起升高度和載荷進(jìn)行改造。

改造的方法是：

a、將載荷傳感器的輸出信號直接接入橋路變送器；

b、橋路變送器將傳感器輸出的毫伏信號轉(zhuǎn)換為毫安信號接入PLC模擬量模塊；c、通過PLC中載荷處理子程序處理后在觸摸屏顯示載荷當(dāng)前值；

d、起升高度的改造需要更換高度傳感器，將目前的SSI輸出信號的傳感器改為電流信號輸出的傳感器，傳感器的輸出信號直接接入PLC模擬量模塊；

e、通過PLC中高度處理子程序處理后在觸摸屏顯示高度當(dāng)前值。

3.4 在PLC中增加高度載荷處理子程序：高度載荷處理子程序不僅完成高度載荷信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，同時與觸摸屏配合完成高度載荷數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)。

3.5 修改副起升電纜卷筒變頻器控制子程序：通過修改副起升電纜卷筒控制子程序使電纜卷筒的收纜和放纜均由電機(jī)驅(qū)動，且自動跟隨副起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度，在副起升的整個揚(yáng)程范圍內(nèi)電纜除承受自重外不承受其它外力，在副起升下極限位置放纜余量不超過2米。

3.6 修改觸摸屏程序：在觸摸屏中增加起升高度載荷校準(zhǔn)界面，通過簡單的觸摸操作智能完成高度載荷的校準(zhǔn)；增加電纜卷筒人機(jī)接口界面，通過輸入電纜卷筒相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)電纜卷筒的自動跟隨。

緩沖器中的彈簧，可在抓梁下降，電纜卷筒還未動作時、緩沖電纜所受的自重力及向下的拉力。彈簧受力后，卷筒電機(jī)磁滯力受力，卷筒向下旋轉(zhuǎn)，開始釋放電纜。

4. 結(jié)語

本文鑒于錦屏一級水電站進(jìn)水口門機(jī)回轉(zhuǎn)吊電纜卷筒電纜缺陷，已經(jīng)發(fā)生了多次嚴(yán)重影響設(shè)備安全運(yùn)行的事件。本文針對相關(guān)影響因素進(jìn)行研究與改造、應(yīng)用。文章首先分析了造成屢次斷裂的原因分析，接著介紹了改造方案及措施，證明了方法的可行性與有效性。

[1]徐文剛.錦屏一級電站進(jìn)水口320T雙向門機(jī)安裝使用說明書:[設(shè)備說明書],鄭州水工機(jī)械有限公司,2011.

潘靜，男，助理工程師,大理西電實(shí)業(yè)有限責(zé)有限責(zé)任公司機(jī)電安裝分公司技術(shù)員。

張金偉，男，高級工程師，大理西電實(shí)業(yè)有限責(zé)有限責(zé)任公司機(jī)電安裝分公司電氣隊(duì)隊(duì)長。