浅谈荆山湖进洪闸工作门启闭系统改造

冯 伟

（安徽省茨淮新河工程管理局，安徽 蚌埠 233010）

1 工程概况

荆山湖进洪闸工程于2004 年2 月开工建设，2006 年7月完工。该工程采用开敞式水闸型式，为大（2）型水闸，抗震设防列度为7 级，共31 孔，每孔净宽10m，门高8m，闸室总宽352m，闸底板高程17.5m，闸顶高程25.5m，设计行洪流量3500m3/s。设计行洪水位淮河侧24.25m，湖内侧24.10m，设计防洪水位淮河侧23.85m，湖内侧17.0m。

该工程的工作闸门为平面定轮钢闸门，支承型式为悬臂式铸钢滚轮，闸门面板布置在上游侧。每扇闸门自重32.97t，启闭机选用QPQ-2×320kN-9m卷扬式启闭机，电机型号为YZR200 L，功率为22kW，单电机集中驱动，采用刚性轴保证双吊点同步。因采用绕线式电机，故每台启闭机配置了频敏变阻器，以满足启动要求。

荆山湖进洪闸工程建成运用，改变了荆山湖行洪区口门行洪难度大、效果差的局面，加强了对淮河洪水的控制和调度，增强了蓄滞洪功能，确保了荆山湖行洪区及时、有效地通畅行洪。荆山湖进洪闸工程自投入运行以来，分别于2007 年和2020 年两次开闸行洪，有效地削减了淮河干流的洪峰，缓解了淮干的洪水压力，对保护蚌埠、淮南两市的安全起到了重要作用，工程的运行安全意义重大。

2 存在问题

荆山湖进洪闸工程自投入运行以来，分别于2007 年和2020 年两次启用行洪，行洪时上游水位分别为23.05m 和23.08m，上下游水位差均为5.50m左右，运行条件相差不大。在两次行洪运用过程中，部分工作门的启闭机电机在启动瞬间出现短暂堵转及异常噪音，短暂堵转之后才能进入正常的闸门提升状态，现场判断启动困难时启闭机电机运转已达临界状态，可能存在超负荷现象。

3 原因分析

针对以上问题，为保证工程行洪运用安全，经原设计单位进行分析和排查，对工作门的启闭系统进行复核。

3.1 启门力达不到设计要求

按照设计最大挡水高度进行复核计算，启闭机容量满足启门要求，实际启门力仅为2×248kN，达不到设计启门力2×320kN 要求，故造成启闭机启动时电机超负荷工作，启门困难。

3.2 滚轮卡阻

工作门两侧共设置4组滚轮，以减小摩擦力。经复核计算，理论启门力为442kN，实际启门力为496kN。因此，工作门的运转件（滚轮）在工作时存在一定的卡阻现象，摩擦系数大于理论值。

4 改造方案及比选

4.1 方案一（更换电机）

按照设计启门力2×320kN 要求，在目前启闭机其他所有部件不做更换调整的基础上计算，电机功率最低应达到24.6kW。更换后的电机型号为YZR225 M-8，转速为701rpm，负载持续率FC＝25%，功率为26kW，更换频敏变阻器与之匹配。制动器、减速器、钢丝绳及电器元件等经复核均满足要求，不需更新改造。

经市场调研，可按照目前电机外形安装尺寸定制，并保证新电机的输出轴中心高与原电机一致，可以在原电机底座上直接进行安装，既可以确保更换后运行平稳可靠，又能大大减少现场工作量，缩短工期。工程概算投资289.96 万元。

4.2 方案二（更换减速器）

如更换传动比为56 的减速器，运行速度由原设计1.7m/min，降低为1.2m/min。要达到设计要求的2×320kN 启门力要求，按25%负载持续计算，电机功率需要达到17.8kW。原启闭机配备的电机按照25%负载持续计算的功率为18.5kW，满足要求，制动器、减速器、钢丝绳及电器元件等经复核也满足要求，不需更新改造。

由于减速器与小齿轮及中间轴联轴器内齿圈是过盈配合，在现场无法拆开，需要整体拆除后返厂进行拆解，然后再把小齿轮、中间轴联轴器内齿圈与新减速器重新匹配成套后送到现场整体安装。该方案更换难度大，且不能保证原减速器与小齿轮等部件可以完好地拆解，也可能会对减速器以及相关部件造成损坏。该方案大大增加工作量，工期较长，拆解工作也会导致现场启闭机长时间无法运行。工程概算投资306.87 万元。

4.3 方案三（电动机增设恒转矩变频器）

在电动机馈电回路中增设变频器，让变频器恒转矩运行。即在变频器低频运行时增加其输出电压，以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩损失，从而改善电机的输出转矩。本工程中，对电动机功率复核结果显示，电机静功率应达到24.6kW，而目前的电机功率仅为22kW，启闭机的实际启门力只有2×248kN，达不到2×320kN 的设计启闭力，相差较大，无法通过变频器恒转矩运行来满足要求。且电动机长期低于额定速度运行，易产生发热等不良现象，对电机寿命影响较大。对于本工程，电动机增设恒转矩变频器方案不可行，故不采用。

经分析，方案一、方案二在技术上都是可行的，从施工难度来看，更换减速器安装工作量及难度都相对较大，施工工期也较长；电动机更换难度及工作量大大降低，工期大大缩短，更有利于更换的可靠性和运行稳定。综合考虑施工难度、工程工期及工程投资等因素，本工程采用了方案一。

5 改造效果

2021 年10 月22 日，荆山湖进洪闸工作门启闭机改造工程开始实施，于2021 年12 月2 日完工。主要实施的工程内容包括：原电机、频敏变阻器拆除吊运，新电机、频敏变阻器安装调试，启闭机底座油漆修复等。通过工程现场管理单位、工程监理单位及施工单位等精细管理、密切配合，工程在拆除、搬运及安装等施工过程中，没有造成二次破坏，且保持了其他工程设备和工程环境原貌。

工程完工后，逐台进行了启闭机调试、监测，设备运行正常，噪音、振动及瞬间电流等工况均满足要求。

6 下一步工作思考

6.1 加强运行管理

工作门启闭系统是水闸工程重要组成部分，该系统的正常运行决定了整个工程的运行效果。一要加强运行人员培训。启闭系统涉及机械、供电、电气设备、自动化控制等，结构复杂、技术含量高、运行维护难，要开展有针对性的培训，不断巩固提高运行人员的业务水平、操作技能及处理故障的能力。二要定期开展设备等级评定。要严格遵守相关规范标准，综合运用各种检测和检查方法，对相关设备状况进行评定，总结评定结论和意见，制定整改计划。三要强化日常维护保养。加强日常巡视巡查，汛前汛后组织开展带载试运行，检查电机、制动器、减速器等设备及钢丝绳平衡度、工作门吊头滑轮运转情况是否正常，并做好检查维护保养记录，确保启闭系统运转正常。四是建议高水位差时适时重载试机。工程完工调试时工作门上下游水位差较小，启门力也较小，不能充分体现电机更新改造后的效果。建议在汛期，选取不同高度上下游水位差的工况下进行重载试运行，记录不同工况下的运行数据，切实掌握启闭系统的运行状态，保证工程运行安全。

6.2 加强滚轮维护保养

工作门滚轮的正常旋转是有效减少启门力的保障措施之一，加强滚轮维护保养工作对工程正常运行非常重要。一是汛期前、后检查中要逐一对滚轮进行人工盘转，确保每一个滚轮旋转正常，以减少摩擦力，有效降低启门力。二是做好拆卸保养，根据汛期前、后人工盘转情况，制定拆卸保养计划，利用专业工具将滚轮拆卸，进行打磨、注油等养护作业，确保滚轮有效转动■