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巖灘水電站擴建工程進水口雙向門機電氣設(shè)計

文檔作者：陳明東，覃建青，龐友誼文檔來源：中國葛洲壩集團機械船舶有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年08月31日
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上一篇：銀盤水電站集控運行無人值班的探索與實踐

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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：1671—3354(2014)01—0022—03
巖灘水電站擴建工程進水口雙向門機電氣設(shè)計
陳明東，覃建青，龐友誼
(中國葛洲壩集團機械船舶有限公司，湖北宜昌443007)
摘要：介紹了廣西壯族自治區(qū)巖灘水電站擴建工程進水1：1 2×1 250 kN／2 x630 kN雙向門機的電氣設(shè)計原理，并對各機
構(gòu)驅(qū)動電機的變頻器進行了選型與計算，結(jié)果表明：所采用的先進變頻控制技術(shù)，可確保門機的運行安全、穩(wěn)定、可靠。
關(guān)鍵詞：雙向門機；變頻電機；變頻器；編碼器
中圖分類號：TV34：TM344．6：TN773 文獻標志碼：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臺混流式水輪發(fā)電機，單
機容量300 MW。進水口2×1 250 kN／2×630 kN門
式啟閉機，裝設(shè)于233．00 m的壩頂上，用于進水口檢
修閘門、進水口快速閘門、進水口攔污柵的啟閉、吊運
和清污以及液壓啟閉機的安裝和維護。因此，門機的
安全、穩(wěn)定、可靠的運行對水電站是至關(guān)重要的。
1 電氣系統(tǒng)原理
2×l 250 kN／2×630 kN雙向門機電氣控制設(shè)計
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、電動葫蘆控制、PLC集中控制部分
及照明控制等。
為改善門機的控制性能，采用了先進的變頻控制
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
護工作在安全的環(huán)境進行。總斷路器具有過負荷、短
路、分勵脫扣保護等功能，當前一級保護沒有動作時，
總斷路器及時保護動作，如果出現(xiàn)意外情況，聯(lián)動臺裝
有一只緊急停止按鈕，按卜此按鈕，接通總斷路器的分
勵脫扣線圈切斷總電源，使設(shè)備在多種安全措施的保
護下正常運行。
1．2主、副起升控制啦!
主、副起升控制采用了先進的變頻調(diào)速控制技術(shù)，
系統(tǒng)由電抗器、變頻器、制動單元、制動電阻等組成。
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
大了起動轉(zhuǎn)矩，降低了起動電流，調(diào)速范圍更寬，系統(tǒng)
特性更好，運行更加穩(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械電氣設(shè)計與制造技術(shù)工作。
22
萬方數(shù)據(jù)
陳明東，等：巖灘水電站擴建工程進水口雙向門機電氣設(shè)計2014年1月
大、對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，對于要求慢
速控制條件下，仍然具有很大的起動轉(zhuǎn)矩，采用帶PG
卡的零伺服控制系統(tǒng)，即使電機速度為零狀態(tài)下也能
產(chǎn)生150％以上的起動轉(zhuǎn)矩，打開抱閘，也不會發(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)計為多段速及高速／低速
控制。主起升的低速檔用于滿載運行；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
檔用于空載帶自動抓梁運行；副起升的高速檔用于清
污裝置運行，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)進行切換。主令控制器的控制
采用上升和下降各5個檔位的對稱控制電路，每一種
檔位的速度參數(shù)在調(diào)試時已經(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臺變頻電機分別使用2臺變頻器
控制。每臺電動機上分別裝有一只脈沖編碼器，組成
獨立的閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)。主、副起升的2臺變頻器
之間通過同步卡通訊，以保證2臺電動機的出力均衡。
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功能以及載
荷的顯示和保護功能。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，使起升控制到達極限位
置時自動停機。主起升還具有鋼管充水控制功能，如
果需要對鋼管充水，可將其起升高度預(yù)置到20 cm位
置上，當起升到該位置時自動停機開始充水，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，當載荷達到額定
載荷的90％時，發(fā)出聲光報警，當載荷達到額定載荷
的110％或欠載時，發(fā)出聲光報警的同時切斷控制回
路，保護人身及設(shè)備的安全。
此外，電路還具有多重保護功能，如：上下限位、短
路、過載、過負荷、接地等。
1．3大車控制
大車控制也采用了先進的變頻調(diào)速控制技術(shù)，系
統(tǒng)由電抗器、變頻器、制動單元、制動電阻等組成。速
度控制設(shè)計為多段速控制，大車的主令控制器控制采
用向左和向右各4個檔位的對稱控制電路，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行速度控制。
大車的8臺變頻電機使用2臺變頻器控制，每臺
變頻器控制4臺電動機。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的變頻調(diào)速控制
技術(shù)，系統(tǒng)由電抗器、變頻器、制動單元、制動電阻等
組成?！?、-
主、副小車速度控制設(shè)計為多段速控制。主令控
制器共用，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進行切換。主令控制器的控
制采用向前和向后各3個檔位的對稱控制電路，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行速度控制。
主小車的4臺變頻電機使用1臺變頻器控制；副
小車的2臺變頻電機使用1臺變頻器控制，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報
警裝置，當總電源開啟時夾軌器自動松開，當停車時，
自動夾緊大車軌道，并發(fā)出信號。大風報警裝置具有
數(shù)碼顯示，當風速超過安全等級時，發(fā)出聲光報警，同
時切斷大車控制電路，并使夾軌器夾緊。
(2)液壓抓斗控制。液壓抓斗設(shè)有左、右2個翻
板，其上升、下降由副起升機構(gòu)操作。通過聯(lián)動臺上的
轉(zhuǎn)換開關(guān)可以完成左右翻板的單動和聯(lián)動。
(3)電動葫蘆控制?？坑野堕T架主梁側(cè)的電動葫
蘆由設(shè)在司機室內(nèi)的按鈕盒控制。
1．6 PLC集中控制
門機的各種操作控制集中在司機室內(nèi)，由聯(lián)動臺、
PLC、觸摸屏、儀表等組成。司機室安裝在主、副小車
之間的主梁下，聯(lián)動臺可旋轉(zhuǎn)1800，并裝有可識別方
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的實際運行方向一致，避免了
操作手柄的誤動作。PLC、變頻器、觸摸屏完成整個門
機的運行狀態(tài)的監(jiān)視控制及聯(lián)鎖。PLC是啟閉機控制
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門機機房和司機室照明
門機機房和司機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。為電動機的
額定電流，A；K為裕度修正系數(shù)，一般取1．1。
2．2各機構(gòu)變頻器的選型與計算
(1)主起升機構(gòu)。由2臺變頻電機驅(qū)動。每臺電
動機的額定功率為P=55 kW，額定電流為IN=
117．46 A。按每臺變頻器控制1臺電動機，選用2臺
6SE7031—5EF60變頻器，每臺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)副起升機構(gòu)。由2臺變頻電機驅(qū)動。每臺電
動機的額定功率為P=55 kW，額定電流為，N=
117．46 A。按每臺變頻器控制1臺電動機，選用2臺
6SE7031—5EF60變頻器。每臺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)大車機構(gòu)。由8臺變頻電機驅(qū)動。每臺電動
機的額定功率為P=11 kW，額定電流為，N=26．8 A。
按每臺變頻器控制4臺電動機，選用2臺6SE7031—
2EF60變頻器。每臺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)主小車機構(gòu)。由4臺變頻電機驅(qū)動。每臺電
動機的額定功率為P=3 kW，額定電流為IN=8．5 A。
按每臺變頻器控制4臺電動機，選用1臺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)副小車機構(gòu)。由2臺變頻電機驅(qū)動。每臺電
動機的額定功率為P=3 kW，額定電流為IN=8．5 A。
按每臺變頻器控制2臺電動機，選用l臺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
本門機的電氣自動化程度高，采用了先進的變頻
控制技術(shù)，可以精確可靠的控制門機運行。同時，由絕
對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)動臺，可確保門機的運行安全、穩(wěn)定、
可靠。
參考文獻：
[I]張燕賓．SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)
出版社，2005
[2]楊興瑤．電動機調(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)利用通風系統(tǒng)分析結(jié)果計算散熱系數(shù)，結(jié)合
卜疆l‘0一
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圖9等角度溫度分布圖㈠㈠、i：㈧
3結(jié)語
(1)采用STARCD能比較準確地模擬立式水輪發(fā)
電機通風系統(tǒng)的流場分布，為發(fā)電機通風系統(tǒng)設(shè)計和
優(yōu)化提供有效依據(jù)。
24
發(fā)電機的熱損耗，使發(fā)電機流場和溫度場進行耦合分
析計算，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側(cè)和背風側(cè)，迎風
側(cè)的溫度低于背風側(cè)的溫度。定子呈現(xiàn)端部溫度高、
中間溫度低的特點。定、轉(zhuǎn)子溫度在設(shè)計容許溫度范
圍以內(nèi)，可以確保發(fā)電機長期安全運行。
參考文獻：
[1]溫嘉斌，孟大偉，魯長濱．大型水輪發(fā)電機通風發(fā)熱綜合
計算[J]．中國電機工程學報，2000，20(11)：6—9
[2]秦光宇，安志華．燈泡式水輪發(fā)電機通風冷卻及溫升計算
研究[J]．大電機技術(shù)，2008(2)：7—9
[3]周封，熊斌，李偉力，等．大型電機定子三維流體場計算
及其對溫度場分布的影響[J]．中國電機工程學報，2005，
25(24)：128—132
[4]李桃．燈泡貫流式水輪發(fā)電機通風系統(tǒng)及定子溫度場研究
[J]．小水電，2011(5)：21—23

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