龙滩水电站20t/25t缆索起重机自动控制系统

摘要：介绍龙滩水电站20t/25t缆机自动控制系统的配置结构、工作原理及技术特点。 1 前言 龙滩水电站位于广西壮族自治区天峨县境内，是红水河梯级开发控制性工程、国家西部大开发的十大标志性工程和“西电东送”的战略项目之一。规划总装机容量630万千瓦，安装9台70万千瓦的水轮发电机组，年均发电量187亿千瓦时，相应水库正常蓄水位400米，总库容273亿立方米,防洪库容70亿立方米。电站投资规模和装机容量在国内仅次于长江三峡水电站。 龙滩水电站2台20t/25t平移式缆索起重机的主塔位于右岸450m平台上，副塔位于左岸480m平台上，承担着龙滩水电站大坝113万立方米常态混凝土浇筑任务，还承担着金属结构吊装、设备安装以及模板、钢筋、钢管、器材的辅助吊运等工作。 图1 缆机结构简图 2 缆机主要设备组成和技术参数 2.1设备组成 (1)起升机构 (2)小车牵引机构 (3)主塔行走机构 (4)副塔行走机构 (5)主索张紧机构 2.2 技术参数 (1) 额定起重量 a. 浇筑工况 20t b. 安装工况 25t (2) 起升高度 260m (3) 缆机跨度 950m (4) 主副塔上下游方向运行范围 128m (5) 起升速度 a. 满载上升 125 m/min b. 满载下降 160 m/min c. 空钩上升 200 m/min d. 空钩下降 200 m/min (6) 小车牵引速度 450 m/min (7) 主副塔台车行走速度 20 m/min 自动化控制系统结构图 4 自动化系统简介 4.1 供电系统 本缆机主塔供电由业主提供的10kV、50Hz电源到轨道中部，高压进线电缆接到高压电缆卷筒滑环接线端头，经滑环进入主塔电气室内分两路分别进入两面XGN2-12高压开关柜。电源经高压开关柜后分别进入10kV/690V(1600KVA)、10kV/400V(200KVA)干式变压器。变压后的690V电源直接为起升机构和牵引机构提供动力电源，400V电源提供主塔行走机构的动力电源、主塔侧控制电源和照明电源等。高、低压开关柜和干式变压器均设于主塔上电气室内。 XGN2-12高压开关柜主要装设有隔离开关、真空断路器、进线保护装置、电压电流互感器、避雷器等。高压开关柜的合闸、分闸采用柜门上的按钮进行电动合闸和分闸操作。在紧急事故状态下操作联动台上的高压急停按钮，紧急分断两面开关柜内的真空断路器。 副塔侧由业主直接提供的380V，50Hz电源供到轨道中部，进线电缆通过电缆卷筒把电源引入缆机副塔机房内的副塔行走柜内。电源系统分成动力电源、控制电源和照明电源三个部分。动力电源用于为副塔行走机构提供电源。照明电源独立于动力电源，确保缆机副塔动力部分检修时，照明正常。 缆机主副塔电气设备的控制电源均为交流220V和直流24V。其中交流220V控制电源由380V/220V隔离变压器变压后，通过在线UPS提供；直流24V控制电源由直流稳压电源、PLC电源模块提供。 缆机电气设备的功率因数直流电机不低于0.6，交流电机不低于0.85～0.87。 4.2 照明系统 缆机主副塔机房、塔架、司机室均设有照明。主塔电气室、司机室内各设有一只照明箱，两只照明箱在电气室及司机室控制互联。主塔侧设有司机室、机房、电气室、爬梯、塔顶标志灯等部位照明。主塔司机室、电气室照明箱内均设有空调电源。主塔电气室照明箱内设有主塔机房排风扇控制旋钮。主塔司机室内设有风速仪电源插座。 副塔司机室内设有一只照明箱，副塔侧照明箱设有机房、爬梯、塔顶标志灯等部位照明，以及空调电源、风速仪电源插座。 在缆机小车及吊钩上分别设有由蓄电池供电的直流24V闪光警示灯。警示灯用于夜间操作时指示小车及吊钩所在的位置，白天将警示灯回路断开。 4.3 交直流传动系统 起升、牵引机构均采用SIEMENS公司的6RA70系列四象限工作的全数字直流调速装置。6RA70系列全数字直流调速装置为三相交流690V电源直接供电，特点是安全可靠、体积小、结构紧凑。装置本身带有自整定、自学习功能及参数设定单元，不需要其他的任何附加设备即可完成参数的设定。所有的控制﹑调节﹑监视及附加功能都由微处理器实现。直流传动装置调速范围宽，采用无级调速，并具有微动功能。直流调速装置具有零速满转矩功能，在装置启动建立转矩后，PLC接到装置输出制动器打开命令后，按预先设定的加速度给出启动命令字送起升牵引传动装置，以确保起升、牵引机构在启停过程中不会发生溜钩现象。主副塔行走机构采用SIEMENS的6SE440系列全数字变频器调速方式，操作控制采用无级有档方式，调速比为1：10。变频器外接制动斩波电阻，用于主副塔行走过程中紧急停车等工况下，通过制动电阻在较短的减速时间内有效实现电机制动。在每台电机主回路设有热继电器作为电机过流等保护。 这些装置除了具有很强的调速控制功能外，还具有很强的安全保护和监视控制的自诊断功能，其故障诊断与保护功能有： 电网故障：缺相，励磁回路故障，欠压，过压，电源频率>55Hz或<45Hz。 接口故障：基本装置接口或附加板接口故障。 传动系统故障：对转速调节器﹑电流调节器﹑EMF调节器﹑励磁电流调节器等的监控已经响应，传动系统封锁，无电枢电流。 电机电子过载保护。 测速机监控和超速信号。 启动过程故障。 电子板故障。 晶闸管元件故障。 测速编码器故障。 图3 抱闸控制原理框图 4.3.1 起升机构 起升机构拖动电机为一台直流电机，电机额定功率600kW，电枢电压为直流725V，励磁电压直流300V，电机额定速度600r/min，弱磁转速980r/min。调速系统采用SIEMENS公司的6RA7090-6KV62-0四象限全数字直流调速装置。直流电机轴上带增量型测速编码器，电机转速返馈至调速装置，组成闭环调速系统。电机定子绕组内嵌有热敏电阻，用于检测电机过热故障，信号送至调速装置。在起升机构升降过程中，传动装置电枢电压、电枢电流、励磁电流等在起升柜柜门电压表、电流表上显示出来。 在起升电机高速轴上设有两台工作制动器，用于起升机构停机时的工作制动。在起升卷筒制动盘上设有一套安全制动器，用于故障状态下起紧急制动用。起升机构启动时，工作制动器和安全制动器同时打开；正常停机时，安全制动器延时制动；在起升机构故障状态下，安全制动器、工作制动器同时上闸，停止起升机构运行。 在起升机构减速机一侧设有位置指示装置，内含进口绝对值光电编码器及机械主令控制器，用于缆机吊钩起升高度的测量及上下极限位置的的保护。主令控制器输出四对可预置接点，分别用于起升机构上限、下限、上限减速位置（速度从额定值降至10%）、下限减速位置（速度从额定值降至10%）设定。编码器输出位置信号直接送PLC位置模块，PLC将数据信号处理后，其软接点用于起升上下极限位置、减速位置控制，与主令控制器组成起升机构位置控制双重保护，吊钩实际高度值送联动台触摸屏显示。 在副塔侧设有起升机构荷重传感器，其输出荷重信号经转接箱转换成4～20mA模拟量信号后送副塔侧PLC。PLC将模拟量信号转换成数字量信号，通过无线数字电台送主塔进行处理，90%荷重信号在触摸屏上报警；125%荷重软接点用于超载保护。当缆机用于安装起吊时，其起重量可达25t，但最高升降速度限制为40m/min。 起升控制柜门上设有简易操作，以确保在升降过程中PLC出现故障时，通过简易操作将吊钩下放至地面。 起升机构控制还设有以下各种联锁及保护： （1）各断路器辅助触头合闸信号； （2）排绳机构极限位置保护； （3）传动装置故障； （4）起升电机超速开关； （5）钢丝绳卷绕保护限位开关。 4.3.2 牵引机构 牵引机构电机额定功率450kW，额定速度750r/min。调速系统采用6RA7086-6KV62-0四象限全数字直流调速装置。直流电机轴上也带有增量型编码器测速反馈，电机内也嵌有热敏电阻，用于检测电机过热故障。在牵引机构小车行走过程中，传动装置电枢电压、电枢电流、励磁电流等在牵引柜柜门电压表、电流表上显示出来。 在牵引电机高速轴上设有两台工作制动器，用于牵引机构停机时的工作制动。 在牵引机构卷筒一侧设有位置指示装置，内含绝对值编码器及机械主令控制器，用于缆机小车牵引位置的测量及行走极限位置的的保护。编码器输出位置信号直接送PLC位置模块，PLC将数据信号处理后，其软接点用于小车行走前后运行位置控制，与主令控制器组成小车牵引机构极限位置双重保护。小车在缆索上的位置送联动台上触摸屏显示。设在主塔及副塔侧的位置校正限位开关用于校正小车行走位置。主令控制器输出四对可预置接点，与PLC预置的软接点一起，分别用于小车机构前进极限、后退极限、前进减速位置（速度从额定值降至20%）、后退减速位置（速度从额定值降至20%）设定。PLC还预置主副塔各一对软接点，分别用于主副塔非工作区位置设定：小车重载到此位置停机，空车到此位置减速以10%额定速度驶向主副塔终点。 当缆机用于安装起吊时，其牵引最高速度限制为150m/min。 牵引控制柜门上设有简易操作，以确保在牵引过程中PLC出现故障时，通过简易操作将小车拉回主塔。 牵引机构控制还设有以下各种联锁及保护： （1）各断路器辅助触头合闸信号； （2）链条断裂保护； （3）传动装置故障； （4）牵引电机超速开关； （5）主副塔侧牵引校正限位。 4.3.3 主塔行走机构 主塔行走机构拖动电机为十台交流变频电机，每台电机额定功率7.5kW，额定转速1460r/min。主塔行走机构采用开环V/F控制，调速系统采用SIEMENS公司的6ES7440-2UD38-8FA0全数字变频调<