智能卷扬启闭机

 智能卷扬启闭机系统总体设计针对启闭机存在的相关问题研发一种断电可控落门智能制动系统，该制动系统包含4 台制动器、1 套电控系统和相关附件。每套电控系统控制2 扇事故快速闸门卷扬式启闭机上的4 台制动器。将原8 台交流电磁制动器全部更换，鉴于启闭机上用的离心飞摆调速器存在隐患，因此取消离心飞摆调速器，仅由制动器来实现闸门升降和事故快降过程中的制动功能。

在正常升降闸门时制动器仅用于减速制动和闸门状态保持；在发生事故需要快速降门时，由电控系统根据设定速度要求自动改变制动器制动力矩大小，制动器受控预松闸促使快速闸门靠自身重力下滑降门，闸门依靠制动器与制动轮连续拖磨消耗下降势能来抑制下降速度，同时电控系统根据采样的闸门速度和高度自动调整制动力矩来限定下降速度，使闸门快降全过程按预设的速度与要求进行快速降门，确保水轮发电机组安全，预防机组飞逸事故。

3 机械选型设计3.1 制动器选型设计考虑到事故状态下快速闸门下降速度要实现可控，需要通过改变制动器制动力矩来进行闸门下降速度调节控制，故选用一种常闭式变频变力制动器，其工作原理是通过变频来改变PED 变频电力液压推动器内电机、油泵转速，来控制推动器内液压缸推力大小，从而实现制动器制动力矩任意调节功能。具体型号为YWK-300/50-BW，其额定制动力矩为530 N·m，略大于启闭机原有制动器制动力矩，完全满足最大制动力矩要求。

3.2 摩擦材料选型设计由启闭机参数得知单张闸门总质量50 t，传动链由***减速器、开式齿轮减速器和钢丝绳组成，闸门降落总行程11 m。根据制动功计算公式可计算出事故快速闸门在快速下降过程中制动器拖磨制动总制动功为4.5MJ。考虑到极端状态下单台制动器也要满足闸门快速下降拖磨制动需求，故按每副摩擦材料能满足5 MJ 的总制动功来设计。

由计算的总制动功可知在闸门快降连续拖磨过程中会产生对等的热能，将导致制动衬垫和制动轮温度急剧升高，因制动器常用的NAO 摩擦材料的热稳定性、耐磨性等均不能满足该制动工况需求，故选用热稳定性好、抗热磨损、不伤对偶件的粉末冶金摩擦材料。此类摩擦材料热稳定性能达到连续热稳定温度600℃，短时热稳定温度900℃，可以满足实际制动工况需求。

4 电控系统设计4.1 电源设计利用现场中控室已有1 套直流后备电源，其蓄电池组容量为208 V, 300 AH，用电缆连接到坝顶作为本控制系统的后备电源。在控制系统内将中控室直流后备电源分成两路，一路接入到开关电源内，变换成24 V 后作为系统控制电源；另一路进行单相隔离后接入到变频器直流母线上，在变频器交流输入断电后，直流母线将继续保持直流电压输入，从而能够实现断电运行功能。

目前市场上绝大部分单相变频器直流母线欠压阈值在230 ～ 240 V，而实际中控室内直流后备电源额定电压只有208 V 远低于欠压阈值，因此，经多次对比分析后最终选定汇川MD280 系列单相变频器，其母线阈值标称为200 V，最低可调至150 V。利用专用惯性试验台进行降压模拟测试发现，在变频器直流母线低至150V 时，通过变频器力矩补偿后制动器输出力矩特性仅略有变化，可以满足变频变力制动器运行需求。

4.2 速度及高度测量原启闭机控制系统内的高度重量综合仪虽自带有编码器，但其仅用于高度测量，不能提供速度信号，且启闭机电控的PLC 不具备信号扩展能力，因此本系统设计时为每扇闸门新增加一个具备DP 通讯功能的绝对值编码器，来实时监测闸门速度与高度状态。同时为了提高系统可靠性和安全性，还给每扇闸门增加高度限制器一套，提供额外的闸门上极限、全开、全关和下极限信号，进一步增强系统安全冗余。