趙水汨，劉須朋

(江蘇省泗陽(yáng)閘站管理所，江蘇 泗陽(yáng) 223700)

1 工程概況

泗陽(yáng)閘位于江蘇省泗陽(yáng)縣城中心東約2.5 km處的中運(yùn)河上，具有防洪、排澇、灌溉、發(fā)電等綜合功能。泗陽(yáng)閘閘室右側(cè)岸邊裝設(shè)2臺(tái)ZDT03—LM100b軸流式水輪機(jī)，配套SF160—6型三相同步發(fā)電機(jī)，水輪發(fā)電機(jī)組可利用泗陽(yáng)閘泄水發(fā)電。發(fā)電機(jī)組進(jìn)水流道采用快速閘門(mén)控制，電磁抱閘制動(dòng)器剎車器作為閘門(mén)啟閉機(jī)的開(kāi)、關(guān)以及上下運(yùn)行的主要控制裝置。

2 原制動(dòng)器結(jié)構(gòu)組成及原理

(1)結(jié)構(gòu)組成。主要由兩部分組成：制動(dòng)電磁鐵和閘瓦制動(dòng)器。制動(dòng)電磁鐵由鐵心、銜鐵和線圈三部分組成。閘瓦制動(dòng)器包括閘輪、閘瓦、杠桿和彈簧等，閘輪與電動(dòng)機(jī)裝在同一根轉(zhuǎn)軸上。

(2)磁抱閘制動(dòng)器剎車器分離狀態(tài)工作原理。電動(dòng)機(jī)接通電源，同時(shí)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(dòng)器剎車器的閘瓦與閘輪分開(kāi)，閘門(mén)啟閉機(jī)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。閘門(mén)上下正常運(yùn)行。

(3)電磁抱閘制動(dòng)器剎車器制動(dòng)狀態(tài)工作原理。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)或接觸器，電動(dòng)機(jī)失電，同時(shí)電磁抱閘線圈也失電，銜鐵在彈簧拉力作用下與鐵芯分開(kāi)，并使電磁抱閘制動(dòng)器剎車器的閘瓦緊緊抱住閘輪，閘門(mén)啟閉機(jī)電動(dòng)機(jī)被制動(dòng)而停轉(zhuǎn)(見(jiàn)圖1、圖2)。

圖1 制動(dòng)器制動(dòng)鼓與閘瓦分離狀態(tài)示意

圖2 制動(dòng)器制動(dòng)鼓與閘瓦制動(dòng)狀態(tài)示意

3 存在的問(wèn)題

在泗陽(yáng)閘水輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，進(jìn)水流道采用快速閘門(mén)控制，電磁抱閘制動(dòng)器剎車器作為閘門(mén)的開(kāi)、關(guān)以及上下運(yùn)行的控制裝置。為了減少投資成本，閘門(mén)啟閉機(jī)未設(shè)直流系統(tǒng)，啟閉機(jī)電磁抱閘制動(dòng)器剎車器的動(dòng)作線圈為交流電源控制。水輪發(fā)電機(jī)組在發(fā)電運(yùn)行過(guò)程中，如果外電網(wǎng)系統(tǒng)失電，或其他故障原因等造成水輪發(fā)電機(jī)母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)分閘，導(dǎo)致電磁抱閘制動(dòng)器剎車器電磁抱閘線圈控制電源失電，制動(dòng)器剎車器制動(dòng)鼓與閘瓦處于制動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)水流道快速閘門(mén)不能及時(shí)下落，會(huì)造成水輪發(fā)電機(jī)機(jī)飛車，所產(chǎn)生的電壓瞬間升高，造成所供設(shè)備過(guò)電壓而損壞；同時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)自身的絕緣破壞。

4 改進(jìn)增設(shè)的裝置與原理

4.1 改進(jìn)裝置介紹

在電磁抱閘制動(dòng)器剎車器抱閘彈簧前端，配置1個(gè)凸輪裝置，其穿芯導(dǎo)桿穿過(guò)凸輪裝置中心，凸輪裝置的機(jī)架一端靠緊電磁抱閘制動(dòng)器剎車器的杠桿端，作為相對(duì)固定端。從動(dòng)件與機(jī)架間通過(guò)燕尾滑槽作相對(duì)單方向運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件后端安裝間隙調(diào)節(jié)件，間隙調(diào)節(jié)件與從動(dòng)件通過(guò)調(diào)節(jié)螺紋連接。間隙調(diào)節(jié)件另一端靠緊電磁抱閘制動(dòng)器剎車器的抱閘彈簧前端的墊圈，通過(guò)旋轉(zhuǎn)間隙調(diào)節(jié)件調(diào)整從動(dòng)件與抱閘彈簧零間隙。捌臂連接在捌臂圓盤(pán)上，捌臂圓盤(pán)安裝在機(jī)架頂部。捌臂圓盤(pán)的適當(dāng)位置安裝凸輪，當(dāng)捌臂在分閘彈簧的拉力下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)捌臂圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)；同時(shí)帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪推動(dòng)從動(dòng)件向前運(yùn)行而壓縮電磁抱閘制動(dòng)器剎車器抱閘彈簧。捌臂圓盤(pán)中部設(shè)1個(gè)分閘掣子，分閘掣子下方設(shè)1個(gè)分閘線圈，在分閘線圈回路中，連接判斷電路，用于外電網(wǎng)突然停電及其他故障造成發(fā)電機(jī)組接線開(kāi)關(guān)分閘，及時(shí)進(jìn)行分離松開(kāi)制動(dòng)鼓閘瓦，閘門(mén)及時(shí)下落，關(guān)閉進(jìn)水流道快速閘門(mén)；水輪機(jī)降速至停止運(yùn)轉(zhuǎn)，可避免飛車產(chǎn)生過(guò)電壓。

4.2 改造后電磁抱閘制動(dòng)器剎車器電磁抱閘裝置閘瓦與制動(dòng)鼓分離工作原理

4.2.1 機(jī)械方面設(shè)計(jì)

根據(jù)電磁抱閘制動(dòng)器剎車器的工作原理，當(dāng)克服電磁抱閘制動(dòng)器剎車器電磁抱閘彈簧的拉力時(shí)，電磁抱閘就可以分離。電磁抱閘制動(dòng)器剎車器裝置套在其穿芯導(dǎo)桿上，整個(gè)裝置由機(jī)架、從動(dòng)件、間隙調(diào)節(jié)件、捌臂及圓盤(pán)、凸輪、分閘掣子、分閘電磁鐵、儲(chǔ)能彈簧以及機(jī)械限位和行程微動(dòng)開(kāi)關(guān)構(gòu)成。裝置的一側(cè)以杠桿為固定受力端，通過(guò)手動(dòng)儲(chǔ)能，將捌臂旋轉(zhuǎn)與穿芯導(dǎo)桿垂直位置，拉動(dòng)儲(chǔ)能彈簧進(jìn)行儲(chǔ)能，通過(guò)分閘掣子進(jìn)行定位。此時(shí)調(diào)節(jié)間隙調(diào)節(jié)件，使從動(dòng)件一端剛好靠緊凸輪，與從動(dòng)件相連的間隙調(diào)節(jié)件一端剛好與電磁抱閘制動(dòng)器剎車器的抱閘彈簧的平墊片相接觸，也可稍有點(diǎn)間隙，具體跟據(jù)裝置的行程聯(lián)合調(diào)整。

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手動(dòng)或電磁鐵得電動(dòng)作時(shí)，分閘掣子動(dòng)作，分閘掣子打開(kāi)對(duì)捌臂圓盤(pán)的定位，在儲(chǔ)能彈簧的拉力下，捌臂圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一定的角度，帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)；凸輪推動(dòng)從動(dòng)件向前運(yùn)動(dòng)，從而克服電磁抱閘制動(dòng)器剎車器抱閘彈簧的拉力使其閘瓦與閘輪分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)分離的目的。適當(dāng)調(diào)整機(jī)械限位，保證從動(dòng)件的行程在5～8 mm之間，滿足軸瓦分閘的要求(見(jiàn)圖3、圖4)。

圖3 裝置儲(chǔ)能工作原理示意

圖4 裝置應(yīng)急分離工作原理示意

4.2.2 電氣方面設(shè)計(jì)

(1)在水輪發(fā)電機(jī)一次主接線電路中，QF1為電源進(jìn)線斷路器，QF1(11-13)為QF1常閉輔助接點(diǎn)；QF2為水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)線斷路器，QF2(11-13)為QF2常閉輔助接點(diǎn)；QS為水輪發(fā)電機(jī)中心點(diǎn)接地刀閘；XK2為QS的輔助常閉輔助接點(diǎn)；GY為過(guò)電壓繼電器；GP為過(guò)頻繼電器；QF3為水輪機(jī)進(jìn)水閘門(mén)啟閉機(jī)電動(dòng)機(jī)進(jìn)線斷路器；XJ為啟閉機(jī)電磁抱閘制動(dòng)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(shí)控制系統(tǒng)能夠正常工作，配置1只24 V蓄電池，采取孚充運(yùn)行方式。XK1為水輪機(jī)進(jìn)水閘門(mén)全關(guān)輔助行程常閉接點(diǎn)，XK2為QS的輔助常閉輔助接點(diǎn)，XK3為電磁抱閘制動(dòng)器剎車器輔助分閘裝置動(dòng)作行程常閉輔助接點(diǎn)(見(jiàn)圖5、圖6)。

圖5 水輪發(fā)電機(jī)電氣一次接線

圖6 應(yīng)急裝置電氣控制示意

在水輪發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，如果進(jìn)線開(kāi)關(guān)QF1因故突然跳閘，其常閉輔助接點(diǎn)QF1(11-13)閉合，接通電磁抱閘制動(dòng)器剎車器輔助分閘裝置的分閘線圈，從而進(jìn)行應(yīng)急分閘落門(mén)。同樣，當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)線開(kāi)關(guān)QF2因故突然跳閘，其常閉輔助接點(diǎn)QF2(11-13)閉合，接通電磁抱閘制動(dòng)器剎車器輔助分閘裝置的分閘線圈，從而進(jìn)行應(yīng)急分閘落門(mén)。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)飛車時(shí)，其電壓、頻率均升高，其采樣繼電器常開(kāi)接點(diǎn)閉合，接通電磁抱閘制動(dòng)器剎車器裝置的分閘線圈，從而進(jìn)行應(yīng)急分離閘瓦與制動(dòng)鼓，及時(shí)下落閘門(mén)。

在水輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，水輪發(fā)電機(jī)中心點(diǎn)接地刀閘合閘啟動(dòng)，水輪發(fā)電機(jī)正常啟動(dòng)后其中心點(diǎn)接地刀閘分開(kāi)，其輔助常閉輔助接點(diǎn)XK2閉合；水輪發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)，先將進(jìn)水流道控制閘門(mén)落至底部后，再進(jìn)行停機(jī)操作。閘門(mén)非全關(guān)位置時(shí)，其行程開(kāi)關(guān)XK1閉合，電磁抱閘制動(dòng)器剎車器輔助分閘裝置未動(dòng)作時(shí)，常閉輔助接點(diǎn)XK3閉合，XK1、XK2、XK3串接在電磁抱閘制動(dòng)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(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，閘門(mén)全關(guān)時(shí)線圈不動(dòng)作，以及線圈動(dòng)作后，常閉輔助接點(diǎn)XK3分開(kāi)，及時(shí)對(duì)分閘線圈斷電，防止線圈長(zhǎng)時(shí)間帶電而燒損。

5 改造后取得的效果

泗陽(yáng)閘水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)水流道閘門(mén)啟閉機(jī)電磁抱閘制動(dòng)器剎車器裝置經(jīng)改造使用后，在電網(wǎng)系統(tǒng)失電，水輪機(jī)母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)分閘時(shí)，電磁抱閘制動(dòng)器剎車器能夠及時(shí)分離開(kāi)閘瓦與制動(dòng)鼓，進(jìn)水流道控制閘門(mén)靠自重下落，減少了水輪發(fā)電機(jī)飛車時(shí)間，可控制事故擴(kuò)大。

6 結(jié) 語(yǔ)

泗陽(yáng)閘水輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)水流道閘門(mén)啟閉機(jī)制動(dòng)裝置技術(shù)改造后，克服原裝置的缺陷，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。