浅析水口升船机事故二级调压制动保护功能试验

摘 要：介绍升船机主提升改造后，运行过程事故保护功能：升船机事故二级调压制动试验，获得最佳运行参数，提高升机安全可靠性。

关键词：事故二级调压制动；滑移行程；精准对位

1 概述

水口2×500吨升船机，是我国首座自行設计、制造、施工、安装、调试和成功通航运行近十几年全平衡垂直升船机，是目前解决高坝通航建筑物而研发快速、高效的通航设施，升船机运动总质量1.6万吨，其主提升系统是确保升船机安全稳定运行的核心设备，十几年来设备运行故障频发已危及升船机安全运行，需要升级改造。

2 主提升系统

2.1 设备

主要设备：4个吊点各设一套钢丝绳卷扬机装置和一套五级齿轮减速箱及其润滑油泵系统；每个吊点16组重力平衡重，4组可控平衡重，由一台直流电动机驱动，采用内环式闭环刚性同步轴联成一体，上下游两组吊点处各设一套制动器液压泵站，控制8对工作制动器（工制）和112对安全制动器（安制）。

2.2 电气控制系统

电气控制系统：现地PLC子站、主拖动控制系统、故障保护柜、非电量变送柜和双回路互为备用配电系统。

2.3 存在的问题及改造

设备经过十几年来运行，故障频发，存在严重的安全隐患，如：原主拖动控制系统采用1995年出厂西门子S5系列PLC和SIMDYN D传动装置，PLC故障频发、通信速度慢、故障信号无法保存、制动器液压泵密封差、阀件内泄漏、二级调压制动最大滑移行程1.42m严重超出设计范围、制动盘联轴器发生异响、故障保护柜频繁误发保护信号等等。

设备改造有：主拖动控制系统、制动器液压泵站、工制及联轴器、电气控制系统、非电量变送柜、故障保护柜和主提升配电系统。经过设备拆装、程序修改完善、更换工制制动盘联轴器、电动机位置重新调整同心度误差调到小于设计值后进行试验。

3 主提升系统试验

按照试验方案对主提升系统的现地控制方式、自动控制方式、手动控制方式等控制功能、逻辑闭锁关系、故障保护功能进行逐一试验，为避免承船厢运行中的事故二级调压制动给主提升五级齿轮及主拖动控制系统造成损害，需要对故障保护柜原理和事故二级调压制动的参数进行试验，以确定理想的二级调压制动时的工制一级上闸制动力和一级上闸至二级全压制动延时时间。水口升船机事故二级调压制动工作原理：由工制实施事故调压分级制动，工制一级上闸至二级全压制动延时时间内使工制压力逐渐降至零，工制全压上闸。

3.1 系统上电

主提升系统所有配电柜按照电气一次、二次顺序依次通电，现地PLC子站和主拖动控制系统通电，若检查有异常，立即断电处理，直至通电检查合格。

3.2 现地手动方式

将主提升系统控制开关切至现地手动操作位，操作过程中发问题及时停机处理。

3.2.1润滑油泵站

逐一手动启动五级齿轮润滑油泵电机，检查确认电机都正常启动，系统压力、油温等信号都正确后，同时启动4个吊点的润滑油泵站进行齿轮润滑，检查确认润滑油正常喷洒到五级齿轮上并回流到油箱。

3.2.2液压制动器泵站

逐一手动启动上、下游制动器液压泵站电机，检查确认电机都正常启动，系统压力、油温等信号都正确后，系统压力调至12.5MPa，对蓄能器充压至12.5MPa。手动操作方式下不能同时松安制和工制，否则，导致升船机往重的方向滑移，危及升船机安全。在确认安制全部上闸到位后，手动操作工制松闸/上闸试验，检查所有松闸和上闸信号是否正常，将工制松闸压力调至7.5MPa。在确认工制全部上闸到位后，手动操作安制松闸/上闸试验，检查所有松闸和上闸信号是否正常，将安制松闸压力调至设计值12.5MPa。

3.2.3静态事故二级调压制动

初始值：工制一级上闸制动力4.5MPa，工制一级上闸至二级全压上闸时间延时2s。在确认安制全部上闸到位后，手动松工制到位后，按下现地控制柜上的事故保护按钮，检测并记录工制一级上闸制动力和一级上闸至二级全压上闸的延时时间，若有误差，调至初始值。

3.3 现地自动方式

将主提升系统控制开关切至现地自动位，用现地PLC子站操作，操作过程中发问题及时停机处理。

3.3.1润滑油泵站

按下启动润滑油泵站，检查确认4个吊点润滑油泵站启动正常，监视润滑油喷洒到五级齿轮上并回流到油箱。

3.3.2制动器液压泵站

用现地PLC子站操作松安制和工制时，安制和工制具备相互闭锁功能，即不能同时操作松安制和工制，防止承船厢滑移。按下工制松闸，程序执行松闸，确认松闸信号到位，按下工制上闸，确认上闸信号到位。按下安制松闸，程序执行松闸，确认松闸信号到位，按下安制上闸，确认上闸信号到位。

3.3.3静态事故二级调压制动

按下松工制，松闸到位后，按下事故保护按钮，监视执行事故二级调压制动过程。

3.4 远方自动方式

远方自动方式与5.3现地手动方式相同，改在集控操作，主要是验证上位机控制流程功能，略。

3.5 主提升系统正常停机、快停和急停

水口升船机是全平衡，经称重最终确认承船厢水深2.465m总重等于平衡重总重，设计承船厢运行时厢内允许最大误载水深为2.465±0.05m，事故二级调压制动时，承船厢滑移行程最大60cm，五级齿轮无冲击声。为了试验数据准确，经研究决定用三组有代表意义的水深进行试验，分别取2.478m、2.425m、2.514m。每组试验完成后，承船厢位置都停在42.3m位置。试验过程若发现异常，处理到正常状态。

3.5.1 承船厢水深2.478m

设置主拖动控制参数：正常停机时间=50s、快速停机时间=15s、承船厢水深=2.478m，上挡门位置=60m，下挡门位置=23m，承船厢位置=42.3m，检查上位机与主拖动参数返回值核对无误。1）正常停机。承船厢以2m/min速度稳定上行一段行程后发正常停机命令，监视承船厢正常停稳。2）快停。承船厢以2m/min速度稳定下行一段行程后发快停命令，监视承船厢快速停稳。3）停（动态事故二级调压制动）。一级制动力设4.5MPa，二级全压上闸延时时间设2s，承船厢分别以2m/min、4m/min的速度稳定上（下）行一段行程后发急停命令，升船机事故二级调压制动停机，试验听到五级齿轮冲击声大，承船厢滑移行程2cm太短，造成五级齿轮冲击声大。将工制一级上闸制动力调到4MPa，工制一级上闸至二级全压上闸延时时间调到2.6s，承船厢分别以4m/min、6m/min的速度稳定上（下）行一段行程后发急停命令，试验听到齿轮冲击声较大，将工制一级上闸制动力调到3MPa，工制一级上闸至二级全压上闸延时时间调到3.8s，承船厢分别以6m/min、8m/min、10m/min、12m/min的速度稳定上（下）行一段行程后发急停命令，试验测得承船厢滑移行程28cm，五级齿轮无冲击声，经试验最终确定一级上闸制动力3MPa，一级上闸至二级全压上闸延时时间3.8s。

3.5.2 承船厢水深2.425m

承船厢水深调整到2.425m，承船厢分别以4m/min、6m/min、10m/min、12m/min的速度稳定上（下）行一段行程后发急停命令，试验测得承船厢滑移行程31cm，五级齿轮无冲击声，满足设计条件。

3.5.3 承船厢水深2.514m

承船厢水深调整到2.514m，承船厢分别以6m/min、10m/min、12m/min的速度稳定上（下）行一段行程后发急停命令，试验测得承船厢滑移行程35cm，五级齿轮无冲击声，满足设计条件。

3.6 故障保护柜功能

故障保护柜功能：为保障升船机安全运行，当承船厢运行过程中出现事故，故障保护柜接收到事故信号后，启动事故保护强制执行事故二级调压制动，联锁主拖动控制柜使主电机开关跳闸并使承船厢平稳停机。故障保护柜事故信号有：1）主提升系统掉电；2）上、下行过卷；3）上、下行极限；4）主拖动系统电机过速；5）上位机急停（含人机界面急停按钮、操作台急停按钮、承船厢行程超限、主拖动系统急停按钮、主提升控制柜急停按钮）；6）制动器液压泵站油箱油位低；7）故障柜手动操作；8）工制或安制松闸信号丢失。故障保护柜功能试验是破坏性试验，为保证安全，承船厢升降速度均设2m/min，承船厢水深调整到2.47m。承船厢运行过程中人为操作或模拟以上8类事故信号，试验结果说明故障保护柜都能启动事故二级调压制动，承船厢平稳停止。

4 结语

水口升船机主提升系统作为升船机核心设备，本次技术升级改造经过试验验证，取得多项关键性成果，尤其是事故二级调压制动最大滑移行程从改造前1.42m减少到0.35m，升船机运行工况明显改善，承船厢运行比主提升系统改造前更平稳更安全。改造和试验过程积累丰富的第一手数据和经验，可供同类升船机借鉴。

作者简介：林宗霖，男，水口升船机建设及运行项目主要完成人之一。