泗陽閘水輪發電機進水流道閘門啟閉機制動器的技術改造設計

趙水汨，劉須朋

(江蘇省泗陽閘站管理所，江蘇 泗陽 223700)

1 工程概況

泗陽閘位于江蘇省泗陽縣城中心東約2.5 km處的中運河上，具有防洪、排澇、灌溉、發電等綜合功能。泗陽閘閘室右側岸邊裝設2臺ZDT03—LM100b軸流式水輪機，配套SF160—6型三相同步發電機，水輪發電機組可利用泗陽閘泄水發電。發電機組進水流道采用快速閘門控制，電磁抱閘制動器剎車器作為閘門啟閉機的開、關以及上下運行的主要控制裝置。

2 原制動器結構組成及原理

(1)結構組成。主要由兩部分組成：制動電磁鐵和閘瓦制動器。制動電磁鐵由鐵心、銜鐵和線圈三部分組成。閘瓦制動器包括閘輪、閘瓦、杠桿和彈簧等，閘輪與電動機裝在同一根轉軸上。

(2)磁抱閘制動器剎車器分離狀態工作原理。電動機接通電源，同時電磁抱閘線圈得電，銜鐵吸合，克服彈簧的拉力使電磁抱閘制動器剎車器的閘瓦與閘輪分開，閘門啟閉機電動機正常運轉。閘門上下正常運行。

(3)電磁抱閘制動器剎車器制動狀態工作原理。斷開開關或接觸器，電動機失電，同時電磁抱閘線圈也失電，銜鐵在彈簧拉力作用下與鐵芯分開，并使電磁抱閘制動器剎車器的閘瓦緊緊抱住閘輪，閘門啟閉機電動機被制動而停轉(見圖1、圖2)。

圖1 制動器制動鼓與閘瓦分離狀態示意

圖2 制動器制動鼓與閘瓦制動狀態示意

3 存在的問題

在泗陽閘水輪發電機系統中，進水流道采用快速閘門控制，電磁抱閘制動器剎車器作為閘門的開、關以及上下運行的控制裝置。為了減少投資成本，閘門啟閉機未設直流系統，啟閉機電磁抱閘制動器剎車器的動作線圈為交流電源控制。水輪發電機組在發電運行過程中，如果外電網系統失電，或其他故障原因等造成水輪發電機母線進線開關分閘，導致電磁抱閘制動器剎車器電磁抱閘線圈控制電源失電，制動器剎車器制動鼓與閘瓦處于制動狀態。進水流道快速閘門不能及時下落，會造成水輪發電機機飛車，所產生的電壓瞬間升高，造成所供設備過電壓而損壞；同時對發電機自身的絕緣破壞。

4 改進增設的裝置與原理

4.1 改進裝置介紹

在電磁抱閘制動器剎車器抱閘彈簧前端，配置1個凸輪裝置，其穿芯導桿穿過凸輪裝置中心，凸輪裝置的機架一端靠緊電磁抱閘制動器剎車器的杠桿端，作為相對固定端。從動件與機架間通過燕尾滑槽作相對單方向運動，從動件后端安裝間隙調節件，間隙調節件與從動件通過調節螺紋連接。間隙調節件另一端靠緊電磁抱閘制動器剎車器的抱閘彈簧前端的墊圈，通過旋轉間隙調節件調整從動件與抱閘彈簧零間隙。捌臂連接在捌臂圓盤上，捌臂圓盤安裝在機架頂部。捌臂圓盤的適當位置安裝凸輪，當捌臂在分閘彈簧的拉力下旋轉，帶動捌臂圓盤旋轉；同時帶動凸輪旋轉，凸輪推動從動件向前運行而壓縮電磁抱閘制動器剎車器抱閘彈簧。捌臂圓盤中部設1個分閘掣子，分閘掣子下方設1個分閘線圈，在分閘線圈回路中，連接判斷電路，用于外電網突然停電及其他故障造成發電機組接線開關分閘，及時進行分離松開制動鼓閘瓦，閘門及時下落，關閉進水流道快速閘門；水輪機降速至停止運轉，可避免飛車產生過電壓。

4.2 改造后電磁抱閘制動器剎車器電磁抱閘裝置閘瓦與制動鼓分離工作原理

4.2.1 機械方面設計

根據電磁抱閘制動器剎車器的工作原理，當克服電磁抱閘制動器剎車器電磁抱閘彈簧的拉力時，電磁抱閘就可以分離。電磁抱閘制動器剎車器裝置套在其穿芯導桿上，整個裝置由機架、從動件、間隙調節件、捌臂及圓盤、凸輪、分閘掣子、分閘電磁鐵、儲能彈簧以及機械限位和行程微動開關構成。裝置的一側以杠桿為固定受力端，通過手動儲能，將捌臂旋轉與穿芯導桿垂直位置，拉動儲能彈簧進行儲能，通過分閘掣子進行定位。此時調節間隙調節件，使從動件一端剛好靠緊凸輪，與從動件相連的間隙調節件一端剛好與電磁抱閘制動器剎車器的抱閘彈簧的平墊片相接觸，也可稍有點間隙，具體跟據裝置的行程聯合調整。

當現場進行手動或電磁鐵得電動作時，分閘掣子動作，分閘掣子打開對捌臂圓盤的定位，在儲能彈簧的拉力下，捌臂圓盤旋轉一定的角度，帶動凸輪旋轉；凸輪推動從動件向前運動，從而克服電磁抱閘制動器剎車器抱閘彈簧的拉力使其閘瓦與閘輪分開，實現分離的目的。適當調整機械限位，保證從動件的行程在5～8 mm之間，滿足軸瓦分閘的要求(見圖3、圖4)。

圖3 裝置儲能工作原理示意

圖4 裝置應急分離工作原理示意

4.2.2 電氣方面設計

(1)在水輪發電機一次主接線電路中，QF1為電源進線斷路器，QF1(11-13)為QF1常閉輔助接點；QF2為水輪發電機進線斷路器，QF2(11-13)為QF2常閉輔助接點；QS為水輪發電機中心點接地刀閘；XK2為QS的輔助常閉輔助接點；GY為過電壓繼電器；GP為過頻繼電器；QF3為水輪機進水閘門啟閉機電動機進線斷路器；XJ為啟閉機電磁抱閘制動器剎車器電磁抱閘線圈。

(2)采用直流24 V電源作為控制電源，保證在電源母線失電時控制系統能夠正常工作，配置1只24 V蓄電池，采取孚充運行方式。XK1為水輪機進水閘門全關輔助行程常閉接點，XK2為QS的輔助常閉輔助接點，XK3為電磁抱閘制動器剎車器輔助分閘裝置動作行程常閉輔助接點(見圖5、圖6)。

圖5 水輪發電機電氣一次接線

圖6 應急裝置電氣控制示意

在水輪發電機正常運行過程中，如果進線開關QF1因故突然跳閘，其常閉輔助接點QF1(11-13)閉合，接通電磁抱閘制動器剎車器輔助分閘裝置的分閘線圈，從而進行應急分閘落門。同樣，當水輪發電機進線開關QF2因故突然跳閘，其常閉輔助接點QF2(11-13)閉合，接通電磁抱閘制動器剎車器輔助分閘裝置的分閘線圈，從而進行應急分閘落門。當水輪發電機飛車時，其電壓、頻率均升高，其采樣繼電器常開接點閉合，接通電磁抱閘制動器剎車器裝置的分閘線圈，從而進行應急分離閘瓦與制動鼓，及時下落閘門。

在水輪發電機系統中，水輪發電機中心點接地刀閘合閘啟動，水輪發電機正常啟動后其中心點接地刀閘分開，其輔助常閉輔助接點XK2閉合；水輪發電機停機時，先將進水流道控制閘門落至底部后，再進行停機操作。閘門非全關位置時，其行程開關XK1閉合，電磁抱閘制動器剎車器輔助分閘裝置未動作時，常閉輔助接點XK3閉合，XK1、XK2、XK3串接在電磁抱閘制動器剎車器輔助分閘裝置的分閘線圈回路中，起到閉鎖作用；保證在水輪發電機啟動時，閘門全關時線圈不動作，以及線圈動作后，常閉輔助接點XK3分開，及時對分閘線圈斷電，防止線圈長時間帶電而燒損。

5 改造后取得的效果

泗陽閘水輪發電機進水流道閘門啟閉機電磁抱閘制動器剎車器裝置經改造使用后，在電網系統失電，水輪機母線進線開關分閘時，電磁抱閘制動器剎車器能夠及時分離開閘瓦與制動鼓，進水流道控制閘門靠自重下落，減少了水輪發電機飛車時間，可控制事故擴大。

6 結 語

泗陽閘水輪發電機系統進水流道閘門啟閉機制動裝置技術改造后，克服原裝置的缺陷，保證了機組的安全運行。