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岩滩水电站扩建工程进水口双向门机电气设计

文档作者：陈明东，覃建青，庞友谊文档来源：中国葛洲坝集团机械船舶有限公司		点击数：	更新时间： 2025年08月31日
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2014年第1期
2014 Number 1
水电与新能源
HYDROPOWER AND NEW ENERGY
总第114期
Total No．114
文章编号：1671—3354(2014)01—0022—03
岩滩水电站扩建工程进水口双向门机电气设计
陈明东，覃建青，庞友谊
(中国葛洲坝集团机械船舶有限公司，湖北宜昌443007)
摘要：介绍了广西壮族自治区岩滩水电站扩建工程进水1：1 2×1 250 kN／2 x630 kN双向门机的电气设计原理，并对各机
构驱动电机的变频器进行了选型与计算，结果表明：所采用的先进变频控制技术，可确保门机的运行安全、稳定、可靠。
关键词：双向门机；变频电机；变频器；编码器
中图分类号：TV34：TM344．6：TN773 文献标志码：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删：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
岩滩水电站扩建工程位于广西壮族自治区大化县
岩滩镇，主要布置于右岸一期工程厂房右侧80 m的山
体内，为地下式厂房，装设2台混流式水轮发电机，单
机容量300 MW。进水口2×1 250 kN／2×630 kN门
式启闭机，装设于233．00 m的坝顶上，用于进水口检
修闸门、进水口快速闸门、进水口拦污栅的启闭、吊运
和清污以及液压启闭机的安装和维护。因此，门机的
安全、稳定、可靠的运行对水电站是至关重要的。
1 电气系统原理
2×l 250 kN／2×630 kN双向门机电气控制设计
分为供电系统、主起升控制、副起升控制、大车行走控
制、主小车行走控制、副小车行走控制部分、夹轨器控
制、液压抓斗控制、电动葫芦控制、PLC集中控制部分
及照明控制等。
为改善门机的控制性能，采用了先进的变频控制
技术⋯，变频器选用德国西门子高性能矢量型的6SE7
系列变频器。PLC及触摸屏选用西门子s7—300系列
产品。
1．1供电系统
三相五线交流电源经过滑触线引入到电源柜的隔
离开关上，通过自动空气开关及主电源接触器后，分配
到各功能单元。隔离开关的通断状态直观，使检修维
护工作在安全的环境进行。总断路器具有过负荷、短
路、分励脱扣保护等功能，当前一级保护没有动作时，
总断路器及时保护动作，如果出现意外情况，联动台装
有一只紧急停止按钮，按卜此按钮，接通总断路器的分
励脱扣线圈切断总电源，使设备在多种安全措施的保
护下正常运行。
1．2主、副起升控制啦!
主、副起升控制采用了先进的变频调速控制技术，
系统由电抗器、变频器、制动单元、制动电阻等组成。
与常规的起重控制系统相比较，变频调速控制技术增
大了起动转矩，降低了起动电流，调速范围更宽，系统
特性更好，运行更加稳定，尤其适用于起吊重物惯性
收稿日期：2013—11—08
作者简介：陈明东，男，工程师，从事水利水电工程起重机械电气设计与制造技术工作。
22
万方数据
陈明东，等：岩滩水电站扩建工程进水口双向门机电气设计2014年1月
大、对位要求精度高的场合。变频器闭环矢量调速控
制系统的应用可以提高速度的控制精度，对于要求慢
速控制条件下，仍然具有很大的起动转矩，采用带PG
卡的零伺服控制系统，即使电机速度为零状态下也能
产生150％以上的起动转矩，打开抱闸，也不会发生重
物的溜钩现象，确保起吊重物的安全。
主、副起升的速度控制设计为多段速及高速／低速
控制。主起升的低速档用于满载运行；副起升的低速
档用于启闭拦污栅，采用恒转矩调速。主起升的高速
档用于空载带自动抓梁运行；副起升的高速档用于清
污装置运行，采用恒功率调速。主、副起升的主令控制
器共用，通过转换开关进行切换。主令控制器的控制
采用上升和下降各5个档位的对称控制电路，每一种
档位的速度参数在调试时已经按照要求输入到变频器
中，使用中只要将主令控制器打到不同的档位，便可以
得到不同的控制速度。
主、副起升的2台变频电机分别使用2台变频器
控制。每台电动机上分别装有一只脉冲编码器，组成
独立的闭环矢量控制系统。主、副起升的2台变频器
之间通过同步卡通讯，以保证2台电动机的出力均衡。
变频器与PLC之间采用Profibus—DP总线通讯。
主、副起升电路具有开度显示和保护功能以及载
荷的显示和保护功能。主、副起升的起吊高度可以在
触摸屏上显示出来，分辨率为1 cm；上下限预置开关
可以调整主起升的上下行程，使起升控制到达极限位
置时自动停机。主起升还具有钢管充水控制功能，如
果需要对钢管充水，可将其起升高度预置到20 cm位
置上，当起升到该位置时自动停机开始充水，充水完毕
后，继续起升。主、副起升的起重物的重量可以在触摸
屏上显示出来，系统误差≤5％F·s，当载荷达到额定
载荷的90％时，发出声光报警，当载荷达到额定载荷
的110％或欠载时，发出声光报警的同时切断控制回
路，保护人身及设备的安全。
此外，电路还具有多重保护功能，如：上下限位、短
路、过载、过负荷、接地等。
1．3大车控制
大车控制也采用了先进的变频调速控制技术，系
统由电抗器、变频器、制动单元、制动电阻等组成。速
度控制设计为多段速控制，大车的主令控制器控制采
用向左和向右各4个档位的对称控制电路，每一种档
位的速度参数在设备的调试阶段已经按照要求输入到
变频器中，使用中，只要将主令控制器打到不同的档
位，便可以得到不同的运行速度控制。
大车的8台变频电机使用2台变频器控制，每台
变频器控制4台电动机。变频器与PLC之间采用Pro—
fibus—DP总线通讯。
此外，该部分电路也具有多重保护功能，如：左右
限位、短路、过载、接地等。
1．4主、illd、车控制
主、副小车速度控制也采用先进的变频调速控制
技术，系统由电抗器、变频器、制动单元、制动电阻等
组成。’-、-
主、副小车速度控制设计为多段速控制。主令控
制器共用，通过转换开关进行切换。主令控制器的控
制采用向前和向后各3个档位的对称控制电路，每__
种档位的速度参数在设备的调试阶段已经按照要求输
入到变频器中，使用中，只要将主令控制器打到不同的
档位，便可以得到不同的运行速度控制。
主小车的4台变频电机使用1台变频器控制；副
小车的2台变频电机使用1台变频器控制，变频器与
PLC之间采用Profibus—DP总线通讯。
该部分电路也设有多重保护功能，如：前后限位、
短路、过载、接地等。
1．5其他
(1)夹轨器控制。大车行走装有夹轨器及大风报
警装置，当总电源开启时夹轨器自动松开，当停车时，
自动夹紧大车轨道，并发出信号。大风报警装置具有
数码显示，当风速超过安全等级时，发出声光报警，同
时切断大车控制电路，并使夹轨器夹紧。
(2)液压抓斗控制。液压抓斗设有左、右2个翻
板，其上升、下降由副起升机构操作。通过联动台上的
转换开关可以完成左右翻板的单动和联动。
(3)电动葫芦控制。靠右岸门架主梁侧的电动葫
芦由设在司机室内的按钮盒控制。
1．6 PLC集中控制
门机的各种操作控制集中在司机室内，由联动台、
PLC、触摸屏、仪表等组成。司机室安装在主、副小车
之间的主梁下，联动台可旋转1800，并装有可识别方
向的限位开关，不仅视野开阔，而且保证了大车和小车
的操作手柄方向与门机的实际运行方向一致，避免了
操作手柄的误动作。PLC、变频器、触摸屏完成整个门
机的运行状态的监视控制及联锁。PLC是启闭机控制
系统的核心，PLC与变频器及其他电器之间以硬接线
联结，保证了控制系统的可靠性。
1．7门机机房和司机室照明
门机机房和司机室都配有足够的照明，并配有可
携式安全照明设备，配备的投光灯可以满足作业面的
照明。各种照明设备都具有防震功能。
23
万方数据
水电与新能源2014年第1期
2变频器的选型与计算
2．1 变频器的选型原则
变频器的额定输出电流应满足以下条件：
Iv／IH≥K
式中：凡为变频器的额定输出电流，A；I。为电动机的
额定电流，A；K为裕度修正系数，一般取1．1。
2．2各机构变频器的选型与计算
(1)主起升机构。由2台变频电机驱动。每台电
动机的额定功率为P=55 kW，额定电流为IN=
117．46 A。按每台变频器控制1台电动机，选用2台
6SE7031—5EF60变频器，每台变频器的额定功率为
Pv=75 kW，额定电流为Iv=146 A。
经核算，，v／IN=146／117．46=1．24>1．1，变频器
满足要求。
(2)副起升机构。由2台变频电机驱动。每台电
动机的额定功率为P=55 kW，额定电流为，N=
117．46 A。按每台变频器控制1台电动机，选用2台
6SE7031—5EF60变频器。每台变频器的额定功率为
Pv=75 kW，额定电流为Iv=146 A。
经核算，凡／IN=146／117．46=1．24>1．1，变频器
满足要求。
(3)大车机构。由8台变频电机驱动。每台电动
机的额定功率为P=11 kW，额定电流为，N=26．8 A。
按每台变频器控制4台电动机，选用2台6SE7031—
2EF60变频器。每台变频器的额定功率为P。=
55 kW，额定电流为Iv=124 A。
经核算，凡／，N=124／(26．8×4)=1．15>1．1，变
频器满足要求。
(4)主小车机构。由4台变频电机驱动。每台电
动机的额定功率为P=3 kW，额定电流为IN=8．5 A。
按每台变频器控制4台电动机，选用1台6SE7023—
8ED61变频器。变频器的额定功率为Pv=18．5 kW，
额定电流为Iv=37．5 A。
经核算，凡／IN=37．5／(8．5×4)=1．12>1．1，变
频器满足要求。
(5)副小车机构。由2台变频电机驱动。每台电
动机的额定功率为P=3 kW，额定电流为IN=8．5 A。
按每台变频器控制2台电动机，选用l台6SE7021—
6EC61变频器。变频器的额定功率为Pv=11 kW，额
定电流为Iv=25．5 A。
经核算，IV／IN=25．5／(8．5×2)=1．5>1．1，变频
器满足要求。
3结语
本门机的电气自动化程度高，采用了先进的变频
控制技术，可以精确可靠的控制门机运行。同时，由绝
对值编码器和荷重传感器作为高度和重量的测量，并
采用可旋转的联动台，可确保门机的运行安全、稳定、
可靠。
参考文献：
[I]张燕宾．SPWM变频调速应用技术[M]．北京：机械工业
出版社，2005
[2]杨兴瑶．电动机调速的原理及系统[M]．2版．北京：中国
电力出版社。1995
(上接第21页) (2)利用通风系统分析结果计算散热系数，结合
卜疆l‘0一
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图9等角度温度分布图㈠㈠、i：㈧
3结语
(1)采用STARCD能比较准确地模拟立式水轮发
电机通风系统的流场分布，为发电机通风系统设计和
优化提供有效依据。
24
发电机的热损耗，使发电机流场和温度场进行耦合分
析计算，能得到定、转子各部分的温度分布。
(3)磁极极间存在明显的迎风侧和背风侧，迎风
侧的温度低于背风侧的温度。定子呈现端部温度高、
中间温度低的特点。定、转子温度在设计容许温度范
围以内，可以确保发电机长期安全运行。
参考文献：
[1]温嘉斌，孟大伟，鲁长滨．大型水轮发电机通风发热综合
计算[J]．中国电机工程学报，2000，20(11)：6—9
[2]秦光宇，安志华．灯泡式水轮发电机通风冷却及温升计算
研究[J]．大电机技术，2008(2)：7—9
[3]周封，熊斌，李伟力，等．大型电机定子三维流体场计算
及其对温度场分布的影响[J]．中国电机工程学报，2005，
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[4]李桃．灯泡贯流式水轮发电机通风系统及定子温度场研究
[J]．小水电，2011(5)：21—23

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