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巖灘水電站擴(kuò)建工程進(jìn)水口雙向門機(jī)電氣設(shè)計(jì)

文檔作者：陳明東，覃建青，龐友誼文檔來源：中國葛洲壩集團(tuán)機(jī)械船舶有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年08月31日
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2014年第1期
2014 Number 1
水電與新能源
HYDROPOWER AND NEW ENERGY
總第114期
Total No．114
文章編號(hào)：1671—3354(2014)01—0022—03
巖灘水電站擴(kuò)建工程進(jìn)水口雙向門機(jī)電氣設(shè)計(jì)
陳明東，覃建青，龐友誼
(中國葛洲壩集團(tuán)機(jī)械船舶有限公司，湖北宜昌443007)
摘要：介紹了廣西壯族自治區(qū)巖灘水電站擴(kuò)建工程進(jìn)水1：1 2×1 250 kN／2 x630 kN雙向門機(jī)的電氣設(shè)計(jì)原理，并對(duì)各機(jī)
構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器進(jìn)行了選型與計(jì)算，結(jié)果表明：所采用的先進(jìn)變頻控制技術(shù)，可確保門機(jī)的運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠。
關(guān)鍵詞：雙向門機(jī)；變頻電機(jī)；變頻器；編碼器
中圖分類號(hào)：TV34：TM344．6：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
Electrical Design of Water Inlet Two-way Gantry Crane in the Expansion Project
of Yantan Hydropower Station
CHEN Mingdong，QIN Jianqing，PANG Youyi
(Gezhouba Group Machinery＆Ship Co．，Ltd．of China，Yichang 443007，China) Abs刪：The electrical design principles of water inlet two—way gantry crane(2×1 250 kN／2 x630 kN)in expansion
project of Guangxi Yantan Hydropower Station were introduced，and the converters of drive motors were selected and cal—
culated．The results showed that the advanced frequency convemion control technology can ensure the operation of the
gantry crane in safe，stable，reliable way．
Key words：two-way gantry crane；inverter-fed motor；converter；encoder
巖灘水電站擴(kuò)建工程位于廣西壯族自治區(qū)大化縣
巖灘鎮(zhèn)，主要布置于右岸一期工程廠房右側(cè)80 m的山
體內(nèi)，為地下式廠房，裝設(shè)2臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)，單
機(jī)容量300 MW。進(jìn)水口2×1 250 kN／2×630 kN門
式啟閉機(jī)，裝設(shè)于233．00 m的壩頂上，用于進(jìn)水口檢
修閘門、進(jìn)水口快速閘門、進(jìn)水口攔污柵的啟閉、吊運(yùn)
和清污以及液壓啟閉機(jī)的安裝和維護(hù)。因此，門機(jī)的
安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行對(duì)水電站是至關(guān)重要的。
1 電氣系統(tǒng)原理
2×l 250 kN／2×630 kN雙向門機(jī)電氣控制設(shè)計(jì)
分為供電系統(tǒng)、主起升控制、副起升控制、大車行走控
制、主小車行走控制、副小車行走控制部分、夾軌器控
制、液壓抓斗控制、電動(dòng)葫蘆控制、PLC集中控制部分
及照明控制等。
為改善門機(jī)的控制性能，采用了先進(jìn)的變頻控制
技術(shù)?，變頻器選用德國西門子高性能矢量型的6SE7
系列變頻器。PLC及觸摸屏選用西門子s7—300系列
產(chǎn)品。
1．1供電系統(tǒng)
三相五線交流電源經(jīng)過滑觸線引入到電源柜的隔
離開關(guān)上，通過自動(dòng)空氣開關(guān)及主電源接觸器后，分配
到各功能單元。隔離開關(guān)的通斷狀態(tài)直觀，使檢修維
護(hù)工作在安全的環(huán)境進(jìn)行?？倲嗦菲骶哂羞^負(fù)荷、短
路、分勵(lì)脫扣保護(hù)等功能，當(dāng)前一級(jí)保護(hù)沒有動(dòng)作時(shí)，
總斷路器及時(shí)保護(hù)動(dòng)作，如果出現(xiàn)意外情況，聯(lián)動(dòng)臺(tái)裝
有一只緊急停止按鈕，按卜此按鈕，接通總斷路器的分
勵(lì)脫扣線圈切斷總電源，使設(shè)備在多種安全措施的保
護(hù)下正常運(yùn)行。
1．2主、副起升控制啦!
主、副起升控制采用了先進(jìn)的變頻調(diào)速控制技術(shù)，
系統(tǒng)由電抗器、變頻器、制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻等組成。
與常規(guī)的起重控制系統(tǒng)相比較，變頻調(diào)速控制技術(shù)增
大了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，降低了起動(dòng)電流，調(diào)速范圍更寬，系統(tǒng)
特性更好，運(yùn)行更加穩(wěn)定，尤其適用于起吊重物慣性
收稿日期：2013—11—08
作者簡介：陳明東，男，工程師，從事水利水電工程起重機(jī)械電氣設(shè)計(jì)與制造技術(shù)工作。
22
萬方數(shù)據(jù)
陳明東，等：巖灘水電站擴(kuò)建工程進(jìn)水口雙向門機(jī)電氣設(shè)計(jì)2014年1月
大、對(duì)位要求精度高的場合。變頻器閉環(huán)矢量調(diào)速控
制系統(tǒng)的應(yīng)用可以提高速度的控制精度，對(duì)于要求慢
速控制條件下，仍然具有很大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，采用帶PG
卡的零伺服控制系統(tǒng)，即使電機(jī)速度為零狀態(tài)下也能
產(chǎn)生150％以上的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，打開抱閘，也不會(huì)發(fā)生重
物的溜鉤現(xiàn)象，確保起吊重物的安全。
主、副起升的速度控制設(shè)計(jì)為多段速及高速／低速
控制。主起升的低速檔用于滿載運(yùn)行；副起升的低速
檔用于啟閉攔污柵，采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。主起升的高速
檔用于空載帶自動(dòng)抓梁運(yùn)行；副起升的高速檔用于清
污裝置運(yùn)行，采用恒功率調(diào)速。主、副起升的主令控制
器共用，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行切換。主令控制器的控制
采用上升和下降各5個(gè)檔位的對(duì)稱控制電路，每一種
檔位的速度參數(shù)在調(diào)試時(shí)已經(jīng)按照要求輸入到變頻器
中，使用中只要將主令控制器打到不同的檔位，便可以
得到不同的控制速度。
主、副起升的2臺(tái)變頻電機(jī)分別使用2臺(tái)變頻器
控制。每臺(tái)電動(dòng)機(jī)上分別裝有一只脈沖編碼器，組成
獨(dú)立的閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)。主、副起升的2臺(tái)變頻器
之間通過同步卡通訊，以保證2臺(tái)電動(dòng)機(jī)的出力均衡。
變頻器與PLC之間采用Profibus—DP總線通訊。
主、副起升電路具有開度顯示和保護(hù)功能以及載
荷的顯示和保護(hù)功能。主、副起升的起吊高度可以在
觸摸屏上顯示出來，分辨率為1 cm；上下限預(yù)置開關(guān)
可以調(diào)整主起升的上下行程，使起升控制到達(dá)極限位
置時(shí)自動(dòng)停機(jī)。主起升還具有鋼管充水控制功能，如
果需要對(duì)鋼管充水，可將其起升高度預(yù)置到20 cm位
置上，當(dāng)起升到該位置時(shí)自動(dòng)停機(jī)開始充水，充水完畢
后，繼續(xù)起升。主、副起升的起重物的重量可以在觸摸
屏上顯示出來，系統(tǒng)誤差≤5％F·s，當(dāng)載荷達(dá)到額定
載荷的90％時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，當(dāng)載荷達(dá)到額定載荷
的110％或欠載時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警的同時(shí)切斷控制回
路，保護(hù)人身及設(shè)備的安全。
此外，電路還具有多重保護(hù)功能，如：上下限位、短
路、過載、過負(fù)荷、接地等。
1．3大車控制
大車控制也采用了先進(jìn)的變頻調(diào)速控制技術(shù)，系
統(tǒng)由電抗器、變頻器、制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻等組成。速
度控制設(shè)計(jì)為多段速控制，大車的主令控制器控制采
用向左和向右各4個(gè)檔位的對(duì)稱控制電路，每一種檔
位的速度參數(shù)在設(shè)備的調(diào)試階段已經(jīng)按照要求輸入到
變頻器中，使用中，只要將主令控制器打到不同的檔
位，便可以得到不同的運(yùn)行速度控制。
大車的8臺(tái)變頻電機(jī)使用2臺(tái)變頻器控制，每臺(tái)
變頻器控制4臺(tái)電動(dòng)機(jī)。變頻器與PLC之間采用Pro—
fibus—DP總線通訊。
此外，該部分電路也具有多重保護(hù)功能，如：左右
限位、短路、過載、接地等。
1．4主、illd、車控制
主、副小車速度控制也采用先進(jìn)的變頻調(diào)速控制
技術(shù)，系統(tǒng)由電抗器、變頻器、制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻等
組成?！?、-
主、副小車速度控制設(shè)計(jì)為多段速控制。主令控
制器共用，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行切換。主令控制器的控
制采用向前和向后各3個(gè)檔位的對(duì)稱控制電路，每__
種檔位的速度參數(shù)在設(shè)備的調(diào)試階段已經(jīng)按照要求輸
入到變頻器中，使用中，只要將主令控制器打到不同的
檔位，便可以得到不同的運(yùn)行速度控制。
主小車的4臺(tái)變頻電機(jī)使用1臺(tái)變頻器控制；副
小車的2臺(tái)變頻電機(jī)使用1臺(tái)變頻器控制，變頻器與
PLC之間采用Profibus—DP總線通訊。
該部分電路也設(shè)有多重保護(hù)功能，如：前后限位、
短路、過載、接地等。
1．5其他
(1)夾軌器控制。大車行走裝有夾軌器及大風(fēng)報(bào)
警裝置，當(dāng)總電源開啟時(shí)夾軌器自動(dòng)松開，當(dāng)停車時(shí)，
自動(dòng)夾緊大車軌道，并發(fā)出信號(hào)。大風(fēng)報(bào)警裝置具有
數(shù)碼顯示，當(dāng)風(fēng)速超過安全等級(jí)時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，同
時(shí)切斷大車控制電路，并使夾軌器夾緊。
(2)液壓抓斗控制。液壓抓斗設(shè)有左、右2個(gè)翻
板，其上升、下降由副起升機(jī)構(gòu)操作。通過聯(lián)動(dòng)臺(tái)上的
轉(zhuǎn)換開關(guān)可以完成左右翻板的單動(dòng)和聯(lián)動(dòng)。
(3)電動(dòng)葫蘆控制?？坑野堕T架主梁側(cè)的電動(dòng)葫
蘆由設(shè)在司機(jī)室內(nèi)的按鈕盒控制。
1．6 PLC集中控制
門機(jī)的各種操作控制集中在司機(jī)室內(nèi)，由聯(lián)動(dòng)臺(tái)、
PLC、觸摸屏、儀表等組成。司機(jī)室安裝在主、副小車
之間的主梁下，聯(lián)動(dòng)臺(tái)可旋轉(zhuǎn)1800，并裝有可識(shí)別方
向的限位開關(guān)，不僅視野開闊，而且保證了大車和小車
的操作手柄方向與門機(jī)的實(shí)際運(yùn)行方向一致，避免了
操作手柄的誤動(dòng)作。PLC、變頻器、觸摸屏完成整個(gè)門
機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視控制及聯(lián)鎖。PLC是啟閉機(jī)控制
系統(tǒng)的核心，PLC與變頻器及其他電器之間以硬接線
聯(lián)結(jié)，保證了控制系統(tǒng)的可靠性。
1．7門機(jī)機(jī)房和司機(jī)室照明
門機(jī)機(jī)房和司機(jī)室都配有足夠的照明，并配有可
攜式安全照明設(shè)備，配備的投光燈可以滿足作業(yè)面的
照明。各種照明設(shè)備都具有防震功能。
23
萬方數(shù)據(jù)
水電與新能源2014年第1期
2變頻器的選型與計(jì)算
2．1 變頻器的選型原則
變頻器的額定輸出電流應(yīng)滿足以下條件：
Iv／IH≥K
式中：凡為變頻器的額定輸出電流，A；I。為電動(dòng)機(jī)的
額定電流，A；K為裕度修正系數(shù)，一般取1．1。
2．2各機(jī)構(gòu)變頻器的選型與計(jì)算
(1)主起升機(jī)構(gòu)。由2臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。每臺(tái)電
動(dòng)機(jī)的額定功率為P=55 kW，額定電流為IN=
117．46 A。按每臺(tái)變頻器控制1臺(tái)電動(dòng)機(jī)，選用2臺(tái)
6SE7031—5EF60變頻器，每臺(tái)變頻器的額定功率為
Pv=75 kW，額定電流為Iv=146 A。
經(jīng)核算，，v／IN=146／117．46=1．24>1．1，變頻器
滿足要求。
(2)副起升機(jī)構(gòu)。由2臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。每臺(tái)電
動(dòng)機(jī)的額定功率為P=55 kW，額定電流為，N=
117．46 A。按每臺(tái)變頻器控制1臺(tái)電動(dòng)機(jī)，選用2臺(tái)
6SE7031—5EF60變頻器。每臺(tái)變頻器的額定功率為
Pv=75 kW，額定電流為Iv=146 A。
經(jīng)核算，凡／IN=146／117．46=1．24>1．1，變頻器
滿足要求。
(3)大車機(jī)構(gòu)。由8臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。每臺(tái)電動(dòng)
機(jī)的額定功率為P=11 kW，額定電流為，N=26．8 A。
按每臺(tái)變頻器控制4臺(tái)電動(dòng)機(jī)，選用2臺(tái)6SE7031—
2EF60變頻器。每臺(tái)變頻器的額定功率為P。=
55 kW，額定電流為Iv=124 A。
經(jīng)核算，凡／，N=124／(26．8×4)=1．15>1．1，變
頻器滿足要求。
(4)主小車機(jī)構(gòu)。由4臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。每臺(tái)電
動(dòng)機(jī)的額定功率為P=3 kW，額定電流為IN=8．5 A。
按每臺(tái)變頻器控制4臺(tái)電動(dòng)機(jī)，選用1臺(tái)6SE7023—
8ED61變頻器。變頻器的額定功率為Pv=18．5 kW，
額定電流為Iv=37．5 A。
經(jīng)核算，凡／IN=37．5／(8．5×4)=1．12>1．1，變
頻器滿足要求。
(5)副小車機(jī)構(gòu)。由2臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。每臺(tái)電
動(dòng)機(jī)的額定功率為P=3 kW，額定電流為IN=8．5 A。
按每臺(tái)變頻器控制2臺(tái)電動(dòng)機(jī)，選用l臺(tái)6SE7021—
6EC61變頻器。變頻器的額定功率為Pv=11 kW，額
定電流為Iv=25．5 A。
經(jīng)核算，IV／IN=25．5／(8．5×2)=1．5>1．1，變頻
器滿足要求。
3結(jié)語
本門機(jī)的電氣自動(dòng)化程度高，采用了先進(jìn)的變頻
控制技術(shù)，可以精確可靠的控制門機(jī)運(yùn)行。同時(shí)，由絕
對(duì)值編碼器和荷重傳感器作為高度和重量的測量，并
采用可旋轉(zhuǎn)的聯(lián)動(dòng)臺(tái)，可確保門機(jī)的運(yùn)行安全、穩(wěn)定、
可靠。
參考文獻(xiàn)：
[I]張燕賓．SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)
出版社，2005
[2]楊興瑤．電動(dòng)機(jī)調(diào)速的原理及系統(tǒng)[M]．2版．北京：中國
電力出版社。1995
(上接第21頁) (2)利用通風(fēng)系統(tǒng)分析結(jié)果計(jì)算散熱系數(shù)，結(jié)合
卜疆l‘0一
卜蘿耄
；。暮
鴦重
圜
口
曼
囝
邑r"--"
_
圖9等角度溫度分布圖㈠㈠、i：㈧
3結(jié)語
(1)采用STARCD能比較準(zhǔn)確地模擬立式水輪發(fā)
電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的流場分布，為發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和
優(yōu)化提供有效依據(jù)。
24
發(fā)電機(jī)的熱損耗，使發(fā)電機(jī)流場和溫度場進(jìn)行耦合分
析計(jì)算，能得到定、轉(zhuǎn)子各部分的溫度分布。
(3)磁極極間存在明顯的迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)，迎風(fēng)
側(cè)的溫度低于背風(fēng)側(cè)的溫度。定子呈現(xiàn)端部溫度高、
中間溫度低的特點(diǎn)。定、轉(zhuǎn)子溫度在設(shè)計(jì)容許溫度范
圍以內(nèi)，可以確保發(fā)電機(jī)長期安全運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
[1]溫嘉斌，孟大偉，魯長濱．大型水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)發(fā)熱綜合
計(jì)算[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2000，20(11)：6—9
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研究[J]．大電機(jī)技術(shù)，2008(2)：7—9
[3]周封，熊斌，李偉力，等．大型電機(jī)定子三維流體場計(jì)算
及其對(duì)溫度場分布的影響[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005，
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[4]李桃．燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)及定子溫度場研究
[J]．小水電，2011(5)：21—23

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