6口电站坝顶门机电控系统改造技术方案

水口集团水口电站坝顶门机电控系统改造
技术方案
目录
一、工程概述 (1)
二、设备当前存在问题 (1)
三、改造总体要求 (2)
四、设计依据的标准 (3)
五、技术方案 (3)
六、主要设备和材料计划 (6)
七、主体工程量测算 (7)
八、附：门机机械部分运行参数 (7)
水口集团水口电站坝顶门机电控系统改造
技术方案
一、工程概述
水口水电厂位于福建省闽清县境内，下游距福州84km。

水口水电厂是华东地区最大的水电厂，整个工程由发电、溢洪和通航三部分组成。

水口电站坝顶门机位于水口大坝坝顶，设计规格是2×160/32吨门式起重机。

坝顶门机按照功能划分，可以分为主起升机构、回转起升机构、大车行走机构、小车行走机构，另外还有大车葫芦、小车葫芦、电源电缆卷筒、自动抓梁机构和夹轨器；坝顶门机按照区域划分，可以分为主司机室、回转司机室、电气室、小车室和整车楼道及通道。

坝顶门机的主要作用是，承担大坝坝顶机电设备的安装修配过程中的起升任务，承担一些大型设备的短距离移动任务。

主要的任务有，进水口、溢洪道、底孔、船闸、升船机检修闸门的启闭，以上机电设备的闸门检修，拦污栅检修等。

本次改造项目的工作范围：对坝顶门机电气控制系统及其附属设备进行设计、制造、工厂试验、现场安装调试、安全检验、图纸和资料及技术培训等。

二、设备当前存在问题
坝顶门机电控系统自1993年投运，当时采用常规继电器控制；2005年进行了电气改造，将电控系统分为大车控制部分、小车控制部分、回转起升控制部分、主起升控制部分、自动抓梁控制装置和电源电缆卷筒控制装置，电控系统的控制核心采用施奈德PLC，用于集中管理并控制彼此之间的相互闭锁。

坝顶门机属于特种设备，由于常年户外工作运行，安装于户外的电气设备已严重老化而导致性能下降，存在安全隐患，再加上当时的设计原因，电机的调速采用变阻调速，并不能完全满足现场的实际需要，而且设备本身大多已停止生产，备品备件难以保证。

主要存在以下问题：
1.主提升的两台电机因为长期运行，已明显存在性能下降，各自的输出功率存在较大差
异，虽然通过联轴器进行同步后，但是造成了电机轴承和减速箱的机械磨损增大；2.主提升和回转起升的电机调速方式采用变阻调速，按照其工作特性，在空钩和重物分
别具有不同的特性，比如在重载提升时，一档为下降二档保持三档才提升，给现场的设备吊装带来了不便；而且，在进行精确定位时，以及微调升降时，不能完全满足工作需要；
3.大车、小车的电机同样采用变阻调速，加上制动器的配合，进行移动和停止，这样存
在的问题就是在进行准确停位时容易产生误差，不便于操作。

4.安装于户外的安全回路保护开关，包括有大车限位、小车限位、主提升限位和回转限
位、各锚锭开关、夹轨器开关等，这些开关作为门机在运行和吊装作业中的安全保护，由于常年处于户外，性能已出现下降，常出现拒动误动现象，包括其信号电缆的绝缘也逐年出现老化，存在安全隐患；
5.门机的电气室、小车室空间较小，安装于其中的各电机变阻器占去了一部分空间，所
以在电气设备的布置上每个盘柜均是较为局促，彼此之间的安全距离较小，且不利于散热，不便于维护检修；
6.门机自动抓梁电气控制单前独立于其它控制部分，与主控制系统未能建立实时通讯，
在操作上较为不便；
7.门机当前的主控制系统采用施奈德系列PLC，由于使用年限较久且长期带电运行在高
温环境（夏天时电气室的温度高达70℃上下），各模块的故障率较高；
8.各电气盘柜内设备已出现逐年性能下降迹象，门机运行中的抖动也使得各设备的接触
电阻变大，经常出现故障；
9.门机的部分安全回路开关在安装位置上不便于检修维护，部分设备已经停产；
10.当时的设计所限，主控制PLC系统未能读取门机的几项重要参数，比如提升高度、提
升重量、外围风速等，不便于司机及时掌握当前的运行状态；
11.在主司机室和回转司机室的人机接口的界面上，未能有效体现当前各控制部分的设备
状态；
12.部分电缆已出现外部绝缘老化，线缆接触端子氧化；
13.门机的辅助设备，包括通风照明对讲等部分设备在安装和设计上需要重新布局优化。

作为水口坝顶仅有的一台门机，它参与了坝顶所有机电设备的检修，并关联着坝顶机电设备的检修项目施工进度，所以，要求着坝顶门机必须安全正常的运行。

三、改造总体要求
本次技术改造主要对整车电气控制系统、电机、配电系统、安全保护装置和参数测量、夹轨器、辅助设备包括通风照明，并整合现有的自动抓梁控制系统和动力电缆卷筒传动控制装置。

改造的总体要求：具备安全性和先进型，运行稳定正常，操作维护方便。

1.门机的起吊应升降平稳、控制可靠灵活，响应快速灵敏、操作简便灵敏；
2.操作系统简单方便，能够持续可靠地工作；故障处理快速,维护简便；
3.监控指示装置内容齐全，功能实用，具有良好的中文界面，并可根据现场实际需要编
程修改；
4.电气设备（盘柜安装位置、元器件布设）进行优化布置，维护方便，电气设备布置符
合安全防火要求；
5.完善和改进系统的安全保护装置；改造后的系统运行参数应高于原运行参数；
6.所更换选用的设备先进可靠，采用成熟优质产品及已成功应用的技术与设备元器件；
7.现场能方便进行参数、程序的调试、更改，并应提供此工作实现的专用工具和软件。

四、设计依据的标准
1.GB4064 电器设备安全导则
2.GB4942.1 电机外壳防护等级
3.GB4942.2 低压电气外壳防护等级
4.GB3811-83 起重机设计规范
5.GB59050-86 起重机试验规范和程序
6.GB50278-98 起重设备安装工程施工及验收规范
7.GB1497-85 低压电器基本标准
8.GBJ232-82 电气装置安装工程施工及验收规范
9.GB6067-85 起重机械安全规程
10.GB7592-86 起重机试验规范和程序
11.JB/T4315-97 起重机电控设备
12.JB/ZQ2007-90 起重机电气制图
13.JB4315-86 起重机电控设备
五、技术方案
1.更换现有的大车、小车、主提升、回转的电机，采用变频专用电机，其中大车电机4
台，小车电机2台，主提升电机2台，回转电机1台，回转提升电机1台。

变频专用电机要求绝缘等级为F级，防护等级IP54，工作制S3 40%，强迫风冷，风机、编码器接线盒须独立设置。

2.选用匹配的且符合相关安全要求，安全系数不低于1.75的制动器，制动器的制造和要
求应符合GB6333和GB/T14405-93的有关规定。

3.电机调速方式为变频调速方式，采用数字式变频调速系统，变频器选用性能稳定的国
际知名品牌系列产品。

变频器采用恒转矩控制方式，通过控制变频器上的可编程输入点，实现无级稳定速度。

每档速度参数由操作界面通过按键自行设定，参数设定情况由显示画面显示，并且显示运行情况和故障信息。

当变频器外部电路出现故障时，变
频器的故障检测器在数字操作器上显示故障内容，并促使故障接点输出，变频器内部封锁。

采用制动单元和制动电阻可以保证机构产生电制动力矩。

电制动时，电动机处于发电状态，发电能量进入变频器直流母线回路，当反馈电压使直流母线上的电压超出允许值时，制动单元和制动电阻投入工作，使反馈能量通过制动电阻泄放，维持直流母线电压在允许值内。

起升机构采用闭环矢量控制方式，速度反馈元件为增量式脉冲编码器。

大车机构、小车机构采用开环V/F控制方式。

4.在电气室单独设置一面配电保护柜，柜内设计一个总电源断路器，下一级分为大车、
小车、主提升、回转、控制回路、照明通风检修电源共六个断路器，分别对应供电。

各电源断路器辅助接点送PLC读取，并接受急停速断保护脱扣。

5.在电气室设置一面PLC主控制柜，在主司机室和回转司机室各设置有一个分布式远程
I/O控制柜， PLC选用性能稳定的国际知名品牌（AB-SLC系列或西门子S7-400系列产品），PLC主站和远程站之间的通讯电缆选用双屏蔽专用通讯电缆。

6.PLC柜内的布置应综合考虑元器件的安全距离和散热空间，I/O模块的面板标签应有详
细地址表定义，所有进出PLC数字量模块的线缆均应通过接线端子。

端子需留10%以上备用端子，常规端子载流量不小于20A。

7.PLC控制柜的端子选用菲尼克斯系列，采用十字螺丝固定，并按照交流和直流选用不
同色号加以区别。

端子的间隔和排列，应严格按照区域和功能不同加以隔板分段，并注有不同的标识，端子排采用Y式端子。

端子排、电缆夹头、电缆走线槽及接线槽均应由“阻燃型”型材料制造。

8.在两个司机室各配置一个人机接口，选用对应PLC品牌的触摸屏，触摸屏的安装位置
应考虑不影响司机的操作视线并便于监视。

触摸屏监控页面设计有各配电保护回路的断路器状态、安全回路各保护开关的断合状态、提升吊钩的承载重量和提升高度、自动抓梁控制页面、外围环境的风速等参数页面，还应有变频器控制页面、故障处理索引诊断帮助页面、故障报警和历史记录查询。

9.为了利于今后的程序在线监控和修正，PLC主控制柜门板内侧设计一个编程器托架；
因为门机的检修维护和故障处理主要集中于电气室，所以在PLC主控制柜上还应设计有一人机接口，以便于检修人员查询故障和设置参数。

10.大车、小车、主提升、回转四大控制部分，各分成四个电气控制柜布置，其中主提升
控制柜可以安装于小车室，其它的安装于电气室。

由于电气室空间狭窄，而小车室的
转动部分设备较多，所以各控制柜的设计安装应综合考虑空间尺寸、安全合理、布局美观并便于维护检修。

11.所有控制柜均应根据现场实际情况进行非标定制，应充分考虑设备日常维护方便。

选
用封闭式控制柜，侧板、顶板、门钢板厚度不小于 2.5mm，双开门。

柜门开启和关闭时不能产生晃动，门的开角不小于120度。

全部框架及内层隔板均应防锈处理，外露框架、门板、顶板与外侧板的表面必须经过良好的预处理工艺后上防护层，防护层采用静电粉末喷涂。

柜内器件布置、接线美观牢靠。

12.控制柜中裸露铜排等大电源设备应增加保护罩。

柜内应设置PE母排。

柜、操作台箱内
的端子排应布置在易于安装接线的位置。

柜内应预留充足的空间，使施工方能方便地接线、汇线和布线。

13.所有电气柜内及箱内设置照明灯和排气扇，包括检修插座，并均有对应的电源微型断
路器。

柜内布局结构设计合理，能保证工作人员的安全，便于运行、维护、检查、监视和试验；所有设备应是安全、可靠的，且必须是为刚生产的全新产品。

14.柜内配线采用多股软导线，线槽采用阻燃型，每个设备应标明设备名称标签。

线号标
志的设置，除主回路外，柜子内部连接线的两端均应套用机打白头；主回路ABC三相均应采用对应颜色套头。

15.电气柜内的屏蔽线必须与其他强电电线间隔一定距离，且不得交叉。

接地线采用黄绿
色软铜电线，接到保护接地母排上。

16.电缆从柜体、接线箱底部进出，控制柜须配置保护接地母排和屏蔽接地母排。

所有电
缆头均应挂机打标牌，标牌应含电缆编号、电缆型号、电缆起点和电缆终点等内容。

17.重新选型重量传感器、高度传感器、风速测量传感器，采用当前知名品牌，并将测量
信号送至PLC处理，所采用的信号数据电缆为高柔性双屏蔽电缆。

18.重新选型安全回路各保护开关，采用知名品牌，设计安装应综合考虑今后的维护更换。

19.更换两个司机室的控制台，在控制台上除了操作手柄外，其它的按钮、急停开关、转
换开关和指示灯应合理布置。

20.更换部分控制线缆和电力电缆，采用户外船用电缆。

更换小车的电缆滑柜，采用滑轮
式牵引方式。

21.更换大车葫芦、小车葫芦的电气设备。

为便于维护，将大车葫芦的电气控制箱安装位
置调整到小车平台。

22.保留门机现有的电缆卷筒，升级或更换卷筒电机和控制箱。

23.保留现有的自动抓梁控制系统，建立门机主控制柜的PLC与自动抓梁控制系统的PLC
之间的通讯。

24.更换并重新选型和优化布置现有的门机照明设备、通风设备、报警设备、对讲设备。

25.试运行，在桥机安装完毕，经现场安装试验、检查合格后，桥机起吊荷载之前，应进
行桥机空载试运行，以检验设备性能和运转机构的灵活性。

主要有负荷试验、静荷载试验、动负荷试验和相关的安全保护试验。

26.门机的整体调试，并最终通过特种设备检验中心的安全检验。

同时应提交完整的试验
报告，具体包括试验项目、试验准备、试验方法、试验程序、检验标准、试验时间和试验记录表格及进度等。

六、主要设备和材料计划
设备及材料清单
七、主体工程量测算
八、附：门机机械部分运行参数。