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1、水口集團水口電站壩頂門機電控系統改造技術方案目 錄一、工程概述1二、設備當前存在問題1三、改造總體要求2四、設計依據的標準3五、技術方案3六、主要設備和材料計劃6七、主體工程量測算7八、附：門機機械部分運行參數7水口集團水口電站壩頂門機電控系統改造技術方案一、 工程概述水口水電廠位于福建省閩清縣境內，下游距福州84km。水口水電廠是華東地區最大的水電廠，整個工程由發電、溢洪和通航三部分組成。水口電站壩頂門機位于水口大壩壩頂，設計規格是2160/32噸門式起重機。壩頂門機按照功能劃分，可以分為主起升機構、回轉起升機構、大車行走機構、小車行走機構，另外還有大車葫蘆、小車葫蘆、電源電纜卷筒、自動抓梁2、機構和夾軌器；壩頂門機按照區域劃分，可以分為主司機室、回轉司機室、電氣室、小車室和整車樓道及通道。壩頂門機的主要作用是，承擔大壩壩頂機電設備的安裝修配過程中的起升任務，承擔一些大型設備的短距離移動任務。主要的任務有，進水口、溢洪道、底孔、船閘、升船機檢修閘門的啟閉，以上機電設備的閘門檢修，攔污柵檢修等。本次改造項目的工作范圍：對壩頂門機電氣控制系統及其附屬設備進行設計、制造、工廠試驗、現場安裝調試、安全檢驗、圖紙和資料及技術培訓等。二、 設備當前存在問題壩頂門機電控系統自1993年投運，當時采用常規繼電器控制；2005年進行了電氣改造，將電控系統分為大車控制部分、小車控制部分、回轉起升控制部分3、主起升控制部分、自動抓梁控制裝置和電源電纜卷筒控制裝置，電控系統的控制核心采用施奈德PLC，用于集中管理并控制彼此之間的相互閉鎖。壩頂門機屬于特種設備，由于常年戶外工作運行，安裝于戶外的電氣設備已嚴重老化而導致性能下降，存在安全隱患，再加上當時的設計原因，電機的調速采用變阻調速，并不能完全滿足現場的實際需要，而且設備本身大多已停止生產，備品備件難以保證。主要存在以下問題：1. 主提升的兩臺電機因為長期運行，已明顯存在性能下降，各自的輸出功率存在較大差異，雖然通過聯軸器進行同步后，但是造成了電機軸承和減速箱的機械磨損增大；2. 主提升和回轉起升的電機調速方式采用變阻調速，按照其工作特性，在空鉤4、和重物分別具有不同的特性，比如在重載提升時，一檔為下降二檔保持三檔才提升，給現場的設備吊裝帶來了不便；而且，在進行精確定位時，以及微調升降時，不能完全滿足工作需要；3. 大車、小車的電機同樣采用變阻調速，加上制動器的配合，進行移動和停止，這樣存在的問題就是在進行準確停位時容易產生誤差，不便于操作。4. 安裝于戶外的安全回路保護開關，包括有大車限位、小車限位、主提升限位和回轉限位、各錨錠開關、夾軌器開關等，這些開關作為門機在運行和吊裝作業中的安全保護，由于常年處于戶外，性能已出現下降，常出現拒動誤動現象，包括其信號電纜的絕緣也逐年出現老化，存在安全隱患；5. 門機的電氣室、小車室空間較小，安裝于5、其中的各電機變阻器占去了一部分空間，所以在電氣設備的布置上每個盤柜均是較為局促，彼此之間的安全距離較小，且不利于散熱，不便于維護檢修；6. 門機自動抓梁電氣控制單前獨立于其它控制部分，與主控制系統未能建立實時通訊，在操作上較為不便；7. 門機當前的主控制系統采用施奈德系列PLC，由于使用年限較久且長期帶電運行在高溫環境（夏天時電氣室的溫度高達70上下），各模塊的故障率較高；8. 各電氣盤柜內設備已出現逐年性能下降跡象，門機運行中的抖動也使得各設備的接觸電阻變大，經常出現故障；9. 門機的部分安全回路開關在安裝位置上不便于檢修維護，部分設備已經停產；10. 當時的設計所限，主控制PLC系統未能讀6、取門機的幾項重要參數，比如提升高度、提升重量、外圍風速等，不便于司機及時掌握當前的運行狀態；11. 在主司機室和回轉司機室的人機接口的界面上，未能有效體現當前各控制部分的設備狀態；12. 部分電纜已出現外部絕緣老化，線纜接觸端子氧化；13. 門機的輔助設備，包括通風照明對講等部分設備在安裝和設計上需要重新布局優化。作為水口壩頂僅有的一臺門機，它參與了壩頂所有機電設備的檢修，并關聯著壩頂機電設備的檢修項目施工進度，所以，要求著壩頂門機必須安全正常的運行。三、 改造總體要求本次技術改造主要對整車電氣控制系統、電機、配電系統、安全保護裝置和參數測量、夾軌器、輔助設備包括通風照明，并整合現有的自動抓梁7、控制系統和動力電纜卷筒傳動控制裝置。改造的總體要求：具備安全性和先進型，運行穩定正常，操作維護方便。1. 門機的起吊應升降平穩、控制可靠靈活，響應快速靈敏、操作簡便靈敏；2. 操作系統簡單方便，能夠持續可靠地工作；故障處理快速,維護簡便；3. 監控指示裝置內容齊全，功能實用，具有良好的中文界面，并可根據現場實際需要編程修改；4. 電氣設備（盤柜安裝位置、元器件布設）進行優化布置，維護方便，電氣設備布置符合安全防火要求；5. 完善和改進系統的安全保護裝置；改造后的系統運行參數應高于原運行參數； 6. 所更換選用的設備先進可靠，采用成熟優質產品及已成功應用的技術與設備元器件；7. 現場能方便進行參8、數、程序的調試、更改，并應提供此工作實現的專用工具和軟件。四、 設計依據的標準1. GB4064 電器設備安全導則2. GB4942.1 電機外殼防護等級3. GB4942.2 低壓電氣外殼防護等級4. GB3811-83 起重機設計規范5. GB59050-86起重機試驗規范和程序6. GB50278-98起重設備安裝工程施工及驗收規范7. GB1497-85低壓電器基本標準8. GBJ232-82電氣裝置安裝工程施工及驗收規范9. GB6067-85起重機械安全規程10. GB7592-86起重機試驗規范和程序11. JB/T4315-97起重機電控設備12. JB/ZQ2007-90起重9、機電氣制圖13. JB4315-86起重機電控設備五、 技術方案1. 更換現有的大車、小車、主提升、回轉的電機，采用變頻專用電機，其中大車電機4臺，小車電機2臺，主提升電機2臺，回轉電機1臺，回轉提升電機1臺。變頻專用電機要求絕緣等級為F級，防護等級IP54，工作制S3 40%，強迫風冷，風機、編碼器接線盒須獨立設置。2. 選用匹配的且符合相關安全要求，安全系數不低于1.75的制動器，制動器的制造和要求應符合GB6333和GB/T14405-93的有關規定。3. 電機調速方式為變頻調速方式，采用數字式變頻調速系統，變頻器選用性能穩定的國際知名品牌系列產品。變頻器采用恒轉矩控制方式，通過控制變頻10、器上的可編程輸入點，實現無級穩定速度。每檔速度參數由操作界面通過按鍵自行設定，參數設定情況由顯示畫面顯示，并且顯示運行情況和故障信息。當變頻器外部電路出現故障時，變頻器的故障檢測器在數字操作器上顯示故障內容，并促使故障接點輸出，變頻器內部封鎖。采用制動單元和制動電阻可以保證機構產生電制動力矩。電制動時，電動機處于發電狀態，發電能量進入變頻器直流母線回路，當反饋電壓使直流母線上的電壓超出允許值時，制動單元和制動電阻投入工作，使反饋能量通過制動電阻泄放，維持直流母線電壓在允許值內。起升機構采用閉環矢量控制方式，速度反饋元件為增量式脈沖編碼器。大車機構、小車機構采用開環V/F控制方式。4. 在電氣室11、單獨設置一面配電保護柜，柜內設計一個總電源斷路器，下一級分為大車、小車、主提升、回轉、控制回路、照明通風檢修電源共六個斷路器，分別對應供電。各電源斷路器輔助接點送PLC讀取，并接受急停速斷保護脫扣。5. 在電氣室設置一面PLC主控制柜，在主司機室和回轉司機室各設置有一個分布式遠程I/O控制柜， PLC選用性能穩定的國際知名品牌（AB-SLC系列或西門子S7-400系列產品），PLC主站和遠程站之間的通訊電纜選用雙屏蔽專用通訊電纜。6. PLC柜內的布置應綜合考慮元器件的安全距離和散熱空間，I/O模塊的面板標簽應有詳細地址表定義，所有進出PLC數字量模塊的線纜均應通過接線端子。端子需留10%以上12、備用端子，常規端子載流量不小于20A。7. PLC控制柜的端子選用菲尼克斯系列，采用十字螺絲固定，并按照交流和直流選用不同色號加以區別。端子的間隔和排列，應嚴格按照區域和功能不同加以隔板分段，并注有不同的標識，端子排采用Y式端子。端子排、電纜夾頭、電纜走線槽及接線槽均應由“阻燃型”型材料制造。8. 在兩個司機室各配置一個人機接口，選用對應PLC品牌的觸摸屏，觸摸屏的安裝位置應考慮不影響司機的操作視線并便于監視。觸摸屏監控頁面設計有各配電保護回路的斷路器狀態、安全回路各保護開關的斷合狀態、提升吊鉤的承載重量和提升高度、自動抓梁控制頁面、外圍環境的風速等參數頁面，還應有變頻器控制頁面、故障處理索引13、診斷幫助頁面、故障報警和歷史記錄查詢。9. 為了利于今后的程序在線監控和修正，PLC主控制柜門板內側設計一個編程器托架；因為門機的檢修維護和故障處理主要集中于電氣室，所以在PLC主控制柜上還應設計有一人機接口，以便于檢修人員查詢故障和設置參數。10. 大車、小車、主提升、回轉四大控制部分，各分成四個電氣控制柜布置，其中主提升控制柜可以安裝于小車室，其它的安裝于電氣室。由于電氣室空間狹窄，而小車室的轉動部分設備較多，所以各控制柜的設計安裝應綜合考慮空間尺寸、安全合理、布局美觀并便于維護檢修。11. 所有控制柜均應根據現場實際情況進行非標定制，應充分考慮設備日常維護方便。選用封閉式控制柜，側板、頂14、板、門鋼板厚度不小于2.5mm，雙開門。柜門開啟和關閉時不能產生晃動，門的開角不小于120度。全部框架及內層隔板均應防銹處理，外露框架、門板、頂板與外側板的表面必須經過良好的預處理工藝后上防護層，防護層采用靜電粉末噴涂。柜內器件布置、接線美觀牢靠。12. 控制柜中裸露銅排等大電源設備應增加保護罩。柜內應設置PE母排。柜、操作臺箱內的端子排應布置在易于安裝接線的位置。柜內應預留充足的空間，使施工方能方便地接線、匯線和布線。13. 所有電氣柜內及箱內設置照明燈和排氣扇，包括檢修插座，并均有對應的電源微型斷路器。柜內布局結構設計合理，能保證工作人員的安全，便于運行、維護、檢查、監視和試驗；所有設備應15、是安全、可靠的，且必須是為剛生產的全新產品。14. 柜內配線采用多股軟導線，線槽采用阻燃型，每個設備應標明設備名稱標簽。線號標志的設置，除主回路外，柜子內部連接線的兩端均應套用機打白頭；主回路ABC三相均應采用對應顏色套頭。15. 電氣柜內的屏蔽線必須與其他強電電線間隔一定距離，且不得交叉。接地線采用黃綠色軟銅電線，接到保護接地母排上。16. 電纜從柜體、接線箱底部進出，控制柜須配置保護接地母排和屏蔽接地母排。所有電纜頭均應掛機打標牌，標牌應含電纜編號、電纜型號、電纜起點和電纜終點等內容。17. 重新選型重量傳感器、高度傳感器、風速測量傳感器，采用當前知名品牌，并將測量信號送至PLC處理，所采16、用的信號數據電纜為高柔性雙屏蔽電纜。18. 重新選型安全回路各保護開關，采用知名品牌，設計安裝應綜合考慮今后的維護更換。19. 更換兩個司機室的控制臺，在控制臺上除了操作手柄外，其它的按鈕、急停開關、轉換開關和指示燈應合理布置。20. 更換部分控制線纜和電力電纜，采用戶外船用電纜。更換小車的電纜滑柜，采用滑輪式牽引方式。21. 更換大車葫蘆、小車葫蘆的電氣設備。為便于維護，將大車葫蘆的電氣控制箱安裝位置調整到小車平臺。22. 保留門機現有的電纜卷筒，升級或更換卷筒電機和控制箱。23. 保留現有的自動抓梁控制系統，建立門機主控制柜的PLC與自動抓梁控制系統的PLC之間的通訊。24. 更換并重新選17、型和優化布置現有的門機照明設備、通風設備、報警設備、對講設備。25. 試運行，在橋機安裝完畢，經現場安裝試驗、檢查合格后，橋機起吊荷載之前，應進行橋機空載試運行，以檢驗設備性能和運轉機構的靈活性。主要有負荷試驗、靜荷載試驗、動負荷試驗和相關的安全保護試驗。26. 門機的整體調試，并最終通過特種設備檢驗中心的安全檢驗。同時應提交完整的試驗報告，具體包括試驗項目、試驗準備、試驗方法、試驗程序、檢驗標準、試驗時間和試驗記錄表格及進度等。六、 主要設備和材料計劃設備及材料清單序號物 資 名 稱規 格 型 號單位需用數量備注1.變頻電機ABB臺2小車，含制動器2.變頻電機ABB臺4大車，含制動器3.變頻18、電機ABB臺2 主提升，含制動器4.變頻電機ABB臺1回轉起升，含制動器5.變頻電機ABB臺1回轉運行，含制動器6.配電保護柜非標個1含柜內設備7.PLC主控制柜非標個1含PLC、觸摸屏8.主司機室遠程柜非標個1含PLC、觸摸屏9.回轉司機室遠程柜非標個1含PLC、觸摸屏10.大車控制柜非標個1含變頻器等柜內設備11.小車控制柜非標個1含變頻器等柜內設備12.回轉控制柜非標個1含變頻器等柜內設備13.主提升控制柜非標個1含變頻器等柜內設備14.大車葫蘆電氣設備施奈德套115.小車葫蘆電氣設備施奈德套116.控制電纜船用米200017.電力電纜船用米100018.信號電纜PVVC雙屏蔽米500119、9.控制箱施奈德個4卷筒、抓梁、照明設備用20.高度傳感器PF只321.重量傳感器AEG只322.風速儀歐姆龍只123.限位開關ABB/施奈德只50安全回路用24.操作臺ABB/施奈德套2兩個司機室25.夾軌器遼寧丹東套2上下游26.照明設備防暴燈盞4027.通風設備個528.29.七、 主體工程量測算工程人工工日計劃表序號工程內容及工程數量參加工種或班組工人數總工日1拆除費（電氣盤柜拆除、戶外設備拆除、電纜清退、電機拆除）電氣二次202002安裝費（電氣盤柜安裝、戶外設備安裝、電纜敷設、配線、電機拆除）電氣二次2010003調試費電氣二次20200八、 附：門機機械部分運行參數參數項單位參數主起升機構起重量T2*160起升速度m/min2機構工作級別M4回轉吊機構起重量T32起升速度m/min8回轉速度m/min0.3機構工作級別M4回轉幅度m回轉范圍度180大車行走機構行走速度m/min20機構工作級別M4小車行走機構行走速度m/min8.3機構工作級別M4整機工作級別A4主起升鋼絲繩型號6W(19)-35.0-170-I-Z鍍回轉吊鋼絲繩型號18*7-31.0-170-I-Z鍍