乌东德水电站双向门机应用

1、乌东德水电站双向门机应用Wu Dong De Hydropower Station two-way door machine commissioning report胡海流（西门子，武汉）摘要：本文以葛洲坝船舶机械有限公司在乌东德水电站的双向门机项目为背景，根据双向门机的工艺特点和技术要求，阐述了西门子变频器在双向门机应用的方案和调试。关键字：西门子、变频器、水电站、双向门机。Abstract: Based on Wu Dong De Hydropower Station two-way door machine project of Ge Zhou Ba Ship Machine Co.,

2、LTD as the background. According to technological characteristics and technical requirements of two-way door machine, the article elaborated the solution and commission of Siemens inverter application in two-way door machine.Key words: Siemens、Inverter、Hydropower Station、Tow-way door machine.一、 项目简介

3、1. 项目背景 乌东德水电站坝址所处河段的右岸隶属云南省禄劝县，左岸隶属四川省会东县。乌东德水电站开发任务以发电为主，兼顾防洪；电站建成后可发展库区航运，具有改善下游河段通航条件和拦沙等作用。水库正常蓄水位975.0m，设计洪水位979.38m，校核洪水位986.17m，水库总库容74.08亿m3，电站装机容量10200MW。两岸靠河侧各布置6台单机容量为850MW的机组，电站厂房采用左、右岸各布置6台机组的首（中）部式地下厂房。发电机组引水系统采用单机单洞，左岸布置2条低导流洞，右岸布置2条低导流洞，4条低导流隧洞的出口和电站尾水洞相结合，电站尾水检修门兼作4条低导流隧洞封堵时的隧洞出口挡水

4、门。其中左岸电站尾水2×2000kN（单向）门式启闭机1台，轨道及附件1套，液压自动挂脱梁1套。右岸电站尾水2×2000kN（双向）门式启闭机1台，轨道及附件1套，液压自动挂脱梁1套。本文以右岸门机为例，根据双向门机的工艺特点和技术要求，阐述了西门子变频器在双向门机应用的方案和调试。 乌东德水电站效果图 双向门机结构图2. 工艺介绍双向门式启闭机简称门机，安装在水电站的坝顶，用来启闭泄洪闸门，控制闸门进行泄洪，调节水库区内正常水位，保护大坝枢纽和水电站安全运行。门机主要有驾驶室、电气室、大车运行机构、小车、门架、电缆卷筒、大车夹轨器等组成。其中小车由起升机构、小车架、卷筒装

5、置、电动机、制动器、减速器、集中润滑系统、挂脱梁电缆收放机构、小车运行机构、小车机房罩、机房内检修吊、电力拖动和控制设备等组成。其中大车运行机构由电动机、制动器、减速器、集中润滑系统、台车架和车轮组、电力拖动和控制设备等组成。双向门机通过大车行走机构沿着坝顶铺设的轨道行走至闸门，闸门通过液压自动挂拖梁在主起升机构带动下启闭，主起升机构可以通过小车行走机构沿着横梁行走，主提升机构可以通过小车行走机构沿着横梁行走使得双向门机区别于单向门机。 乌东德双向门机 双向门机大车3. 控制要求 大车运行机构、小车运行机构、起升机构不同时工作。大车最大连续运行距离133.3m，运行速度范围为2 m/min20

6、m/min，满载恒转矩调速范围1:10，启制动加速度0.1 m/s2，大车两侧分别驱动并能实现电气同步。大车运行能自动对位（对位闸门孔口中心线和闸门门库中心线），并且可运行到设定位置（可调整的个位置）自动停车。 二、 系统方案 本项目为2*2000KN双向门机控制系统。上位机采用10寸MP277触摸屏，安装在司机室的操作台。控制器采用S7-300，安装在电气室的电气柜内；ET200M负责采集司机室的控制信号，安装在司机室的操作台内；主提升卷扬由两台160KW的S120驱动，采用带传感器矢量控制方式；大车行走机构由相同的四套行走装置组成，两台45KW G120分别各驱动4台电机，采用V/F控制方

7、式；小车行走机构由相同的两套行走装置组成，一台5.5KW G120驱动2台电机，采用V/F控制方式。变频器均安装在电气室的电气柜内。 1. 系统配置S7-300PLC站：CPU313C-2DP 订货号6ES7313-6CG04-0AB0 版本 V3.3 数量1DI16*DC24V 订货号6ES7321-1BH02-0AA0 数量4DO16*DC24V/0.5A 订货号6ES7322-1BH01-0AA0 数量1AI8*12Bit 订货号6ES7331-7KF02-0AB0 数量1SM338 POS-Input 订货号6ES7338-4CB01-0AB0 版本V2.0 数量1ET200M站：IM

8、153-1 订货号6ES7153-1AA03-0XB0 数量1DI16*DC24V 订货号6ES7321-1BH02-0AA0 数量3DO16*DC24V/0.5A 订货号6ES7322-1BH01-0AA0 数量1触摸屏：MP277 订货号6AV6643-0CD01-1AX1 数量1主提升：CU320-2DP 订货号6SL3040-1MA01-0AA0 CF卡V4.5 数量1SLM 355KW 订货号6SL3330-6TE37-3AA3 数量1MM 160KW 订货号6SL3320-1TE33-1AA3 数量2SMC30 订货号6SL3055-0AA00-5CA2 数量2大车变频：G120

9、CU240E-2DP 订货号6SL3244-0BB12-1PA1 版本V4.5 数量2 G120 PM240 订货号6SL3224-0BE33-7UA0 数量2小车变频： G120 CU240E-2DP 订货号6SL3244-0BB12-1PA1 版本V4.5 数量1G120 PM240 订货号6SL3224-0BE25-5UA0 数量1 电气控制柜2. 系统结构司机室 小车变频G120大大车变频G120大车变频G120主提升S120ET200M313C-2DPMP277Profibus-DP电气室 系统结构图3. 硬件配置硬件配置图4. 网络结构网络结构图5. 监视画面监控画面三、 功能调试

10、1. 大车同步门机的大车行走机构由四个车轮构成，每个车轮由2台电机驱动，轨道上同侧两车轮的4台电机由一台G120变频器驱动，采用V/F控制。因为两侧车轮分别由两台变频控制，为了避免啃轨，两侧车轮的转速需要保持一致。因此采用丛丛通信的方式，将大车变频1的实际转速设为大车变频2的设定转速，在一个DP周期内实现设定转速同步。首先在硬件配置中设置报文，CPU313C接收大车变频1的PZD同时，将其作为PZD发送给大车变频2。大车变频1报文大车变频2报文在Starter中将大车变频1报文设为自由报文，修改报文P20500=R20500、P20501=R63。大车变频1自由报文在CPU313C中调用SFC

11、14、SFC15周期一致性读写报文。读大车变频1报文写大车变频1报文读大车变频2报文通过丛丛通信，大车变频1的控制字和实际转速成为大车变频2的控制字和设定转速，无需调用SFC15写大车变频2报文。大车变频2接收报文由于大车行走机构跨距大、轨道高低平整不一致、车轮直径差、减速机速比差、联轴器联接松紧不一，容易导致大车两侧行走速度不一致而产生啃轨，需要手动调整。因此通常情况下，两台G120主从控制，大车变频2通过DX通信获取大车变频1的控制字和实际转速，并作为自己的控制字和设定转速，使得速度同步。当门架两边位置产生偏差时，由操作员点动大车变频1或2来调节大车位置偏差。2. 大车定位 工艺要求门机大

12、车运行能自动对位（闸门孔口中心线和闸门库中心线），门机大车可以运行至6个设定点位置自动停车，便于对闸门和设定位置其他重物的起吊。G120需要做简单定位，可以采用停车后抱闸的方式。OFF1和OFF3停车抱闸参数设置：P1215=1,P1216=100,P1217=100,P1226=20,p1227=400ms,P1228=10ms,P1335=0,P1351=0.励磁完成后电机打开抱闸，但延时P1216才输出频率。OFF1和OFF3停车抱闸曲线实际频率到达P1226所设置的静态判断值后，延长1228的时间，抱闸关闭。抱闸关闭后，延长1217的时间后，转矩撤走。发出抱闸指令至到正抱紧抱闸，需要一

13、定的响应时间，因此如果设的过短，电磁转矩撤走后，抱闸仍没有抱紧，非被动负载会发生溜车。 静态至抱闸关闭时间 抱闸关闭至撤磁时间现场发现OFF1、OFF3停车后抱闸的方式效果不好，由于机械差异且门机惯量比较大，每次停车的位置差别不一。最终采用在定位点两侧设置减速点，以最小速度2m/min运行至定位点后OFF2停车并抱闸。在大车的合适部位布置两个瞬动型接近开关，一个为减速行程开关、一个为准确停位行程开关。在大车轨道旁的若干位置布置撞块，实现大车的准确停位控制。OFF2停车抱闸参数设置： P1215=1, P1216=100, P1335=0, P1351=0. OFF2停车抱闸控制图 OFF2停车抱闸曲线CU240B/E-2相对与CU240S有一个改进，CU240B/E-2抱闸打开后，变频器再输出频率, 即使最小频率不为0；而CU240S在抱闸打开之前就开始输出频率, 最小频率的时候打开抱闸, 所以在抱闸打开之前就有了转差形成了转矩，而抱闸还没有打开，可能对抱闸不好，还有可能产生堵转。 CU240B/E-2抱闸控制图 CU240S抱闸控制图由于电机存在转差，需要对抱闸的启动频率做转差补偿。设置参数：V/F:P1300=0，P1352=1351 P1351=100(R0330）,P1310=0，P