浅谈如何设计引水口工程闸门启闭机电气
【摘要】随着我国经济的发展，水利工程的建设也逐渐增多，同时对于水利工程技术的要求也日益增高，通常而言引水口工程进塔处的固定卷扬启闭机、门机和引水隧洞出口处的油压启闭机是工程的关键电气设备，同时也决定了引水口工程的安全性。本文阐述了引水口的概念，并分析了固定卷扬式启闭机电气设计，同时分析了液压启闭机电气设计和门式启闭机电气设计。
【关键词】引水口工程；闸门；启闭机电气
1.引水口工程介绍
当前为了保障农业的正常发展，国家兴建了许多引水口工程，尤其是在严重干旱缺水的地区，长期以来，我国十分重视农业水利工程的建设，这也是农村提高农业收入，完成脱贫致富的重要手段之一。引水口工程的任务是从水源较为丰富的地区把水源引到水源较为缺乏的灌溉地区，传统的地下水灌溉方式造成了地下水位的下降，不能满足灌溉的需要，随着经济的发展，水源的地域不平衡性日益凸显，引水口工程是解决这一弊端的重要手段之一。
引水口工程通常会通过引水方式把水库中的水引到水塔、输水隧道和出口分水工程等建筑中，并通过这些媒介完成供水任务。同时进水塔顺水流方向依此设有主、副拦污栅，阶梯式检修门和事故门，塔顶布置双向门机和固定式启闭机，用于启动引水工程的闸门。
2.固定式卷扬式启闭机电气设计
通过对于引水口工程的实地调查，固定卷扬启闭机安装在进水塔内，其高度会超过几百米，用于操作进水闸门。引水口工程采用一门一机，其运行条件为动水下门，静水启门，事故闸门的设置是为了当进水塔后隧洞及出口弧门发生事故时，能够及时关闭洞口以防事故扩大。当库水位在240～246m之间时，事故闸门可直接开启而无需充水平压；库水位超过246m时，事故门开启前利用242m高程处的平压管进行充水平压。 卷扬启闭机的主要电气设备有：线绕电动机一台，制动器一台及启闭机电气控制装置一套，另外还有开度测控装置、荷载测控装置、主令控制器等。
2.1卷扬启闭机控制
卷扬启闭机是引水口工程的重要组成部分之一，其在启闭室内设有一个控制屏、接触屏和启动电阻屏。采用的控制方式为常规控制方式。在控制屏上设有完善的显示器，提供详细的卷扬启闭机运行数据，例如设计有闸门开度显示仪、荷载控制显示仪、控制开关、信号灯、按钮、继电器等；而在接触器屏上布置有电流表、电压表、接触器、断路器、热继电器、电流互感器等主回路设备；起动电阻安置在起动电阻屏内。
闸门在运行过程中，要经过三个位置，当闸门通过这三个位置时，会自动地进行停止，这三个位置分为上限位置、检修位置、下限位置，闸门在上升或者下降时，要通过接通相应控制的接触器，然后再经过延时依次接通相应的接触器，保证闸门的稳定上升或者下降。为了提高闸门运行的可靠性，要利用闸门启闭机电气实行闸门运行位置的控制。
2.2卷扬启闭机保护
卷扬启闭机的超负荷运行会造成严重的损害，甚至会造成整个启闭机的停止工作。因此要在启闭机的卷筒一段的轴承座下安装压力传感器，密切监视启闭机压力的变化，防止压力过大造成启闭机的超负荷运行。在启闭机的运行过程中，要压力达到额定荷载的90%时，传感器就会发出报警的声音，到启闭荷载超过额定荷载10%时，启闭机就会自动停止工作。
3.液压启闭机电气设计
液压启闭机用于引水洞的闸门工作，其泵站设有油泵电动机组，在油压启闭机室内也同样设有控制屏和接触器屏。在控制屏上设有闸门开度控制仪、泵选择开关、中间继电器、时间继电器、闸门位置信号灯等一系列的数据显示器。而在接触屏上设有电流表、油泵起动及运行信号灯、断路器，接触器，电流互感器等设备，控制屏和接触器屏为液压启闭机的正常运行提供参考数据。
3.1液压启闭机的控制
液压启闭机采用常规的继电器控制方式，而油泵电动机采用软启动。启闭闸门时需要启动油泵电动机，当电动机运行10秒左右后，再进行电磁阀门的运行，当停机时，待所有的电磁阀门断电5秒之后，电动机才允许切断。同时闸门的启动也有指示仪发出信号，当把闸门运行到全开或者全关的位置时，发出自动切断电源的信号，在部分开启时，闸门到达相应要求的位置时，按下停止按钮，并断开电磁阀和电动机的电源，把闸门固定在需要的位置。
当闸门长期处于全开或部分开启位置，出现油缸漏油使闸门出现下沉情况时，由高度指示仪控制工作泵自动起动，闸门复位后工作泵断电自动退出。若工作泵出现故障，即油缸活塞杆下沉但工作泵却并未起动时，活塞杆会继续下沉到设定最大值,由高度指示仪控制工作泵退出，起动备用泵，为油缸供油，使闸门自动复位，之后备用泵断电退出。
3.2液压启闭机的系统保护
液压启闭机的系统保护较为精密，当电动机处于异常运行时，继电器就会选择相应的操作，停止电动机的运行。在以下情况下，电动机就会自动停止运行：①闸门提升过程中，油缸下腔的油压超过设计油压的10%时，或者下门操作时，油缸上腔油压超过标准的10%时；②工作泵发生故障，造成压力过低时，压力继电器会工作泵停止工作，并延时启动；③油箱油位过高或者过低时，继电器会发出声控信号，使整个液压系统停止工作。或者当油泵电机组在运行中超过载荷时，热继电器会切断电源，从而迫使点击停止运行。④闸门到达全开及全关位置、滤油器堵塞、油缸上、下腔压力过高等故障都发出声光信号。
4.门式启闭机电气设计
在引水口工程的进水口三扇检修门以及拦污栅的启闭通常会采用门式启闭机设计，其整个机器系统由起升机构、门架、大车运行机构、小车运行机构、夹轨器、小车机房、电缆卷筒、轨道等组成，同时设置机械抓梁作为附属操作设备。
4.1门机启闭机的系统控制
门机的电气设备控制箱均安装在小车机房内，其工作电源为常规的220V或者380V，采用主令控制器或者按钮型接触器作为控制方式。在门机启闭机上有控制操作器件、信号指示灯、高度测试仪、风向测试仪、载荷测试仪等。门机的电源电缆分为两个部分，一部分连接在断路器上，为主要的电气设备供电，另一部分则是为门机照明、插座等供电，并且均采用手动合闸的方式。门机在起吊过程中，其三孔监测门和拦污栅的吊点往往不再同一高度上，因此采用多点接触位置接点输出的高度指示器，提高位置测量的精确性。
小车的运行条件控制严格，只有当电源正常工作时、小车电动机正常、载荷在控制范围内、大车制动、同时小车夹轨器松开始，小车才能正常工作。大车运行则是依靠四台电动机驱动，通常都是四台同步启动，设计一个接触器控制电动机。在司机室内，设计了大小车运行信号，当超过载荷时，或者接近载荷要求的90%时，感应器就会发出相应的报警信号。
4.2门机启闭机的系统保护
为了保证门机系统，其起升过程中，大小车均采用零压零位联锁、电动机过流保护闭锁等回路保护措施。载荷到达额定载荷的110%时，回路自动断电，保护整个门机系统，当载荷低于20%额定载荷时，表明重物被卡住，回路会发出报警信号。
5.总结
总而言之，随着我国引水口工程的不断快速发展，其电气设备的要求也越来越高，自动电气化设备的应用可以提高引水口工程的运行效率和安全性，尤其是进塔处的固定卷扬启闭机、门机和引水隧洞出口处的油压启闭机等关键设备。因此在工程之中，需要设计人员做好电气设备设计工作，使工程闸门启闭机电气在工作系统和保护系统上达到最优的运行效果，提高引水口工程的运行效率和安全性。[科]
【参考文献】
［1］骆坚强.窄口水库闸门启闭机电气控制设计[J].河南水利与南水北调，2010，（6）.
［2］李劲松.引水口工程闸门启闭机电气设计[J].实验研究，2009，8（3）.