CN107558446B - 一种卷扬启闭机事故快速闸门落门调速装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷扬启闭机事故快速闸门落门调速装置及控制方法，调速装置包括制动器、高度仪、速度传感器和控制器，通过采集闸门下落速度与预定速度的比较值来控制制动器的阻尼力矩与持住力的平衡大小关系，实现闸门按预定速度下落；通过采集闸门下落速度和位置信号，按分段关闭法控制，实现闸门快速下落及时减缓水流，防止水轮机组飞逸运行，使闸门慢速落入底槛，减小冲击，保护闸门和底槛不被蹬坏。本发明采用全闭环自动化冗余设计，保证闸门在事故状态下及时、快速、平稳、安全的关闭。

Description

一种卷扬启闭机事故快速闸门落门调速装置及控制方法

技术领域

本发明涉及水利水电事故快速闸门控制技术领域，具体涉及一种卷扬启闭机事故快速闸门落门调速装置及控制方法。

背景技术

我国水利资然丰富，水利水电开发迅速。在中小型水电站的取水口一般设计由卷扬式快速闸门启闭机控制的事故快速闸门，在机组事故甩负荷、遇调速器失灵拒动时，能动水状态下快速关闭闸门截断水流，防止水轮发电机组发生飞逸事故，有效避免事故扩大事件的发生。2009年俄罗斯萨杨-舒申斯克水电站发生重大事故扩大事件就是由于事故快速闸门未能及时正确的关闭。事故快速闸门是水轮发电机组的生命线。

现在，我国大部门水电站取水口的事故快速闸门，都是由带离心飞摆调速器的卷扬式快速闸门启闭机控制的。这种控制方法在事故状态下，控制制动器打开的电源及控制方式可靠性差，基本没有冗余设计，在事故状态下很难保证制动器及时有效的打开；

另外，离心飞摆调速器在闸门动水快速下落过程中普遍存在以下现象：

1、落门速度在持住力与离心飞摆调速器产生的摩擦阻尼力矩平衡转速点附近反复振荡，且最大速度与计算平均速度相差较大，使启闭机产生振动冲击，超速运行，影响传动件寿命，易产生机械损坏现象。

2、由于持住力会随闸门的下落而增大，并且调速器制动片的摩擦系数也会随闸门的下落因发热温度升高而减小。因此离心飞摆调速器的平衡转速升高，落门速度会随闸门的下降而增大，接近闭门时以较高的速度冲入底槛，极易蹬坏闸门和底槛，同时由于起始落门时速度较低，使得截流速度慢，水轮机组的紧急停车时间增长，可能造成机组损坏的飞逸事故，而后段落门时速度较快，断水流时间短，对水轮室的流态不利产生反水锤效应以及出现抬机现象损坏水轮机。

3、离心飞摆调速器工作时的飞球质量和起动弹簧压力在调试时极不方便确定，水位等条件发生变化时需重新调整，如在闸门下降到一定的高度后，流道内的水流从满流过度到欠流时，水流对闸门很大的吸力，造成闸门下降速度加快，严重影响安全运行，而在实践设备管理中很难满足。

现行由卷扬式启闭机控制的事故快速闸门在闸门快速下落过程中完全依靠机械式离心飞摆调速器来平衡变化增大的持住力，且没有事故状态下的过程监控和安全冗余设计，一旦失速将完全失控酿成重大事故。近年来有关报道出现采用的液压式调速器和机械式调速器基本相同，不能有效的解决快速落门的及时、精准和安全问题，更不能改善事故状态下的水轮发电机组所需的工作条件。

发明内容

为了防止水轮发电机组发生飞逸运行，改善事故状态下的工作条件，本发明提供一种卷扬启闭机事故快速闸门落门调速装置及控制方法，在水轮机发电组超速运行，需要快速关闭闸门截断水流时，能自动控制闸门快速下降及时减缓水流，防止水轮发电机组发生飞逸运行事故，慢速落入底槛，减小冲击，保护闸门和底槛不被蹬坏，慢速截断水流有利于改善断水时水轮室的流态，减缓反水锤效应和抬机现象。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种卷扬启闭机事故快速闸门落门调速装置，包括制动器、速度传感器G1、高度仪G2、控制器，其特征是：所述控制器包括第一电源输入端Q1，第二电源输入端Q2，第一电源电路C11、第二电源电路C21，第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22、第四变换电路C23，速度比较处理器M1和位置检测处理器M2；所述第一电源输入端Q1与第一电源电路C11的输入端联接；所述第二电源输入端Q2与第二电源电路C21的输入端联接；所述第一电源输入端Q1还与第一变换电路C12、第二变换电路C13的输入端联接；所述第二电源输入端Q2还与第三变换电路C22、第四变换电路C23的输入端联接；所述第一电源电路C11和第二电源电路C21的输出端分别均与第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22、第四变换电路C23连接；所述速度比较处理器M1和位置处理器M2联接；所述速度比较处理器M1和位置处理器M2的输出端均与第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22、第四变换电路C23的控制端联接；所述第一变换电路C12、第三变换电路C22的输出端Y1均与制动器B1的推动装置联接；所述第二变换电路C13、第四变换电路C23的输出端Y2与另一制动器B2推动装置联接；所述速度比较处理器M1的控制端，即控制器的第二信号端X1与速度传感器G1联接；所述位置处理器M2的控制端，即控制器的第一信号端X2与高度仪G2联接；所述控制器还包括第三控制端X3；所述第三控制端X3与上位机耦合或连接手动操作开关。

所述控制器的第一输入端输入电源为电站市电交流电源；所述控制器的第二输入端输入电源为电站常备直流电源。

所述控制器的第一电源电路将交流电源转换为控制器的工作电源，所述控制器的第二电源电路将直流电源转换为控制器的工作电源。

所述控制器的第一变换电路将所述交流电源变换为制动器的推动装置的电源，所述控制器的第二变换电路将所述交流电源变换为另一制动器的推动装置的电源，所述控制器的第三变换电路将所述直流电源变换为制动器的推动装置的电源，所述控制器的第四变换电路将所述直流电源变换为另一制动器的推动装置的电源。所述变换电路为变频电源电路，或者调压电路。频率或电压升高时，所述制动器制动力矩减小，频率或电压升降低时，所述制动器制动力矩增大。

所述制动器为常闭式电力液压制动器，制动力矩可通过所述变换电路调节推动装置的推力调节，所述制动器安装在启闭机高速轴端，所述另一制动器安装在启闭机的另一高速轴端，所述制动器作为调速制动器，制动时制动力矩由推动装置调节，所述另一制动器作为安全制动器，制动时制动力矩为额定制动力矩，所述制动器与另一制动器的工作功能在工作中按次轮换（即两个制动器轮流作为主制动器或者辅制动器）。

所述制动器还可以为常闭式液压制动器，制动力矩可通过所述变换电路调节液压系统的油缸压力调节，所述制动器安装在启闭机转筒轴端，所述另一制动器安装在启闭机的另一转筒轴端，所述制动器作为调速制动器，制动时制动力矩由油缸压力调节，所述另一制动器作为安全制动器，制动时制动力矩为额定制动力矩，所述制动器与另一制动器的工作功能在工作中按次轮换。

所述高度仪和速度传感器并列安装在启闭机转筒的轴端，所述高度仪上设有闸门全开，空转、闸门全关三组位置检测开关。

包括制动器的推动装置控制和另一制动器的推动装置控制，将闸门的快速落门控制过程分为四段，第一段为闸门从全开位置自由加速下降到V1速度，第二段为闸门以V1的速度匀速下降到空转位置，第三段为闸门从空转位置减速下降到V2速度，第四段为闸门以V2速度匀速下降到全关位置，按分段关闭控制，控制器第三控制端第一次接收到事故快速落门指令时，制动器作为调速制动器，另一制动器作为安全制动器，控制器输出将制动器和另一制动器同时打开，闸门从全开状态开始自由加速下落，当速度传感器测得的速度值V等于设定值V1时为第一段，同时速度比较处理器控制变换电路输出使制动器闭合产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门以V速快速下降，当阻尼力矩M与所述持住力G会产生不平衡现象，阻尼力矩M大于或小于持住力G时，速度值V减小或增大，当速度传感器测得的速度值V小于0.9V1时，M减小10%，V大于1.1V1时，M增加10%，若0.9V1≤V≤1.1V1时，M的值维持不变，当闸门下落到空转位置时为第二段，同时高度仪的位置检测开关动作输出信号到位置处理器控制变换电路断开输出使制动器完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门减速下降，当速度传感器测得的速度值V等于设定值V2时为第三段，同时速度比较处理器控制变换电路输出使制动器调整产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门以V2速度慢速下降，直到闸门下落到闸门全关位置时为第四段，同时高度仪的位置检测开关动作输出信号到位置处理器控制变换电路断开输出使制动器和另一制动器闭合产生额定制动力矩M额，闸门安全落入底槛启闭机停止。当控制器第三控制端第二次接收到事故快速落门指令时，制动器作为安全制动器，另一制动器作为调速制动器，此后按次轮换。

相应地，本发明还提供了一种卷扬启闭机事故快速闸门落门控制方法，控制器接收到事故快速落门闭闸指令后，判断所述第一电源输入端电源输入是否正常，正常则将第一输入端电源接通到第一电源电路转换为控制器的工作电源，同时接通到第一变换电路和第二变换电路变换为制动器和另一制动器的推动装置电源，若所述第一电源输入端电源输入异常，则将所述第二输入端电源接通到第二电源电路转换为控制器的工作电源，同时接通到第三变换电路和第四变换电路变换为制动器和另一制动器的推动装置电源。

在所述事故快速落门控制过程中速度传感器测得的速度值V大于1.25V1时，速度比较处理器控制变换电路断开输出使制动器和另一制动器闭合产生额定制动力矩M额，闸门减速下落，直到速度传感器测得的速度值V等于V1时，速度比较处理器控制第二变换电路调整输出使另一制动器产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，控制第一变换电路输出使制动器打开。

本发明实现水轮发电机组取水口事故快速闸门事故状态下快速落门的运行过程是：以附图2辅助说明，卷扬启闭机为双驱动双转筒同步运行结构，闸门通过两根吊杆分别与两个转筒的滑轮组连接，转筒转动释放钢丝绳时闸门下落。所述调速装置运行时，控制器首先判断输入电源，当控制器第一电源输入端的电站市电交流电源正常时，控制器将第一输入端电源接通到第一电源电路转换为控制器的工作电源，同时接通到第一变换电路和第二变换电路变换为制动器和另一制动器的推动装置电源。当水轮发电机组需要关闭取水口闸门时，发出控制信号给控制器的第三控制端，控制器第三控制端第一次接收到事故快速落门指令时，将制动器作为调速制动器，另一制动器作为安全制动器，控制第一变换电路和第二变换电路满幅输出使所述制动器和所述另一制动器完全打开。所述转筒在闸门持住力作用下开始加速转动释放钢丝绳，闸门加速下落。当连接在转筒轴端的速度传感器测得闸门下落的速度值V达到设定值V1时为第一段，同时速度比较处理器控制第一变换电路输出频率或电压减小到预定值，使所述制动器闭合产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门匀速下落。闸门匀速下落过程中，由于预定尼力矩M与实践持住力G存在偏差，持住力会随闸门的下落而增大，以及制动器制动片的摩擦系数也会随闸门的下落因发热温度升高而减小，所述阻尼力矩M与所述持住力G会产生不平衡现象，使得闸门的下落速度发生变化，当速度传感器测得的速度值V小于0.9V1时，速度比较处理器控制第一变换电路输出频率或电压增大，制动器产生阻尼力矩M减小10%，V大于1.1V1时，M增加10%，若0.9V1≤V≤1.1V1时，M的值维持不变。当闸门下落到空转位置时为第二段，同时高度仪的位置检测开关动作输出信号到位置处理器，控制第一变换电路断开输出使制动器完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门减速下降，当速度传感器测得的速度值V等于设定值V2时为第三段，同时速度比较处理器控制第一变换电路输出频率或电压增大到预定值，使所述制动器调整产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门以V2速度慢速下降。直到闸门下落到闸门全关位置时为第四段，同时高度仪的位置检测开关动作输出信号到位置处理器控制第一变换电路和第二变换电路断开输出，使制动器和另一制动器完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门安全落入底槛启闭机停止。当控制器第三控制端第二次接收到事故快速落门指令时，制动器作为安全制动器，另一制动器作为调速制动器，此后按次轮换。在事故快速落门控制过程中速度传感器测得的速度值V大于1.25V1时，速度比较处理器控制第一换电路和第二变换电路断开输出使制动器和另一制动器闭合产生额定制动力矩M额，闸门减速下落，直到速度传感器测得的速度值V等于V1时，速度比较处理器控制第二变换电路调整输出使另一制动器产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，控制第一变换电路输出使制动器打开。将另一制动器作为调速制动器，制动器作为安全制动器。

当第一电源异常时，控制器自动切换到第二电源输入端，将第二电源输入端的电站常备直流屏电源接通到第二电源电路转换为控制器的工作电源，同时接通到第三变换电路和第四变换电路变换为制动器和另一制动器的推动装置电源。当水轮发电机组需要关闭取水口闸门时，发出控制信号给控制器的第三控制端，控制器第三控制端第一次接收到事故快速落门指令时，将制动器作为调速制动器，另一制动器作为安全制动器，控制第三变换电路和第四变换电路满幅输出使所述制动器和所述另一制动器完全打开。所述转筒在闸门持住力作用下开始加速转动释放钢丝绳，闸门加速下落。当连接在转筒轴端的速度传感器测得闸门下落的速度值V达到设定值V1时为第一段，同时速度比较处理器控制第三变换电路输出频率或电压减小到预定值，使所述制动器闭合产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门匀速下落。闸门匀速下落过程中，由于预定尼力矩M与实践持住力G存在偏差，持住力会随闸门的下落而增大，以及制动器制动片的摩擦系数也会随闸门的下落因发热温度升高而减小，所述阻尼力矩M与所述持住力G会产生不平衡现象，使得闸门的下落速度发生变化，当速度传感器测得的速度值V小于0.9V1时，速度比较处理器控制第三变换电路输出频率或电压增大，制动器产生阻尼力矩M减小10%，V大于1.1V1时，M增加10%，若0.9V1≤V≤1.1V1时，M的值维持不变。当闸门下落空转位置时为第二段，同时高度仪的位置检测开关动作输出信号到位置处理器，控制第三变换电路断开输出使制动器完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门减速下降，当速度传感器测得的速度值V等于设定值V2为第三段，同时速度比较处理器控制第三变换电路输出频率或电压增大到预定值，使所述制动器调整产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门以V2速度慢速下降。直到闸门下落到闸门全关位置时为第四段，同时高度仪的位置检测开关动作输出信号到位置处理器控制第三变换电路和第四变换电路断开输出，使制动器和另一制动器完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门安全落入底槛启闭机停止。当控制器第三控制端第二次接收到事故快速落门指令时，制动器作为安全制动器，另一制动器作为调速制动器，此后按次轮换。在事故快速落门控制过程中速度传感器测得的速度值V大于1.25V1时，速度比较处理器控制第三换电路和第四变换电路断开输出使制动器和另一制动器闭合产生额定制动力矩M额，闸门减速下落，直到速度传感器测得的速度值V等于V1时，速度比较处理器控制第四变换电路调整输出使另一制动器产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，控制第三变换电路输出使制动器打开。将另一制动器作为调速制动器，制动器作为安全制动器。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

本发明采用，采集事故快速闸门下落速度与预定速度的比较值来控制制动器的阻尼力矩与持住力的平衡大小关系，对事故快速闸门下落速度实时修正，实现了事故快速闸门按预定速度下落。从根本上解决了事故快速闸门快速下落过程中动力学复杂难于控制的问题。

进一步的，本发明通过对事故快速闸门下落的速度和位置的实时检测，并依据专家经验将下落速度和行程分段控制，实现闸门下落起始快速下落及时减缓水流，防止水轮机组飞逸运行，闸门下落后段慢速落入底槛，减小冲击，保护闸门和底槛不被蹬坏，闸门下落后段慢速截断水流有利于改善断水时水轮室的流态，减缓反水锤效应以及抬机现象。

进一步的，本发明采用双电源、双制动、全闭环控制的自动化冗余设计，保证了在水电站事故状态下，本发明的装置及控制方法的可靠性与安全性。事故快速闸门能及时、快速、平稳、安全的关闭。

进一步的，本发明能与上位机水轮发电机组调速控制系统耦合，按上位机信号及时工作，将水轮发电机组飞逸事故控制在萌芽状态。

附图说明

图1为本发明调速装置原理图；

图2为卷扬启闭机事故快速闸门系统结构示意图；

图3为卷扬启闭机结构示意图；

图4为本发明控制方法流程示意图；

图5为事故快速闸门落门工作示意图；

图6为本发明实施例2的结构示意图。

图7为本发明实施例3的结构示意图。

图8为本发明实施例4的结构示意图。

具体实施方式

实施例1，参见图1、图2、图3。

本发明调速装置，包括制动器B1和另一制动器B2、速度传感器G1、高度仪G2和控制器。控制器包括第一电源输入端Q1，第二电源输入端Q2，第一电源电路C11和第二电源电路C21，第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22和第四变换电路C23，速度比较处理器M1和位置检测处理器M2，第一电源输入端Q1与第一电源电路C11的输入端联接，第二电源输入端Q2与第二电源电路C21的输入端联接，第一电源输入端Q1还与第一变换电路C12和第二变换电路C13的输入端联接，第二电源输入端Q2还与第三变换电路C22和第四变换电路C23的输入端联接，第一电源电路C11和第二电源电路C21的输出端与第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22和第四变换电路C23，速度比较处理器M1和位置处理器M2联接，速度比较处理器M1和位置处理器M2的输出端与第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22和第四变换电路C23的控制端联接，第一变换电路C12、第三变换电路C22的输出端Y1与制动器B1推动装置联接，第二变换电路C13和第四变换电路C23的输出端Y2与另一制动器B2推动装置联接，速度比较处理器M1的控制端控制器的第二信号端X1与速度传感器G1联接，位置处理器M2的控制端控制器的第一信号端X2与高度仪G2联接，控制器还包括第三控制端X3与上位机耦合并且连接手动操作开关。

控制器的第一电源输入端Q1输入电源为电站市电交流电源，通过第一电源电路C11将交流电源转换为控制器的工作电源；第二电源输入端Q2输入电源为电站常备直流屏电源，通过第二电源电路C21将所述直流电源转换为控制器的工作电源，双电源冗余设计。

控制器的第一变换电路C12将交流电源变换为制动器B1的推动装置的电源，第二变换电路C13将所述交流电源变换为另一制动器B2的推动装置的电源，第三变换电路C22将所述直流电源变换为制动器B1的推动装置的电源，第四变换电路C23将所述直流电源变换为另一制动器B2的推动装置的电源。变换电路为变频电源电路，或者调压电路。频率或电压升高时，所述制动器制动力矩减小，频率或电压升降低时，所述制动器制动力矩增大。

本实施例1在坝体上设有滑槽3，事故快速闸门2可以滑槽内上升下降，顶部设有卷扬启闭机，闸门2上部两端分别绞接有等长的吊杆4，吊杆4另一端与卷扬启闭机的动滑轮组5和5a绞接。动滑轮组5和5a通过钢丝绳分别联接在第一转筒7和第二转筒7a上，第一转筒7一端设有轴承座支撑，另一端与第一减速机9低速端联接，第二转筒7a的一端设有轴承座支撑，带有输出轴与高度仪G2和速度传感器G1联接，第二转筒7a另一端与第二减速机9a低速轴端联接，第二减速机9a低速轴的另一端通过刚性轴10与第一减速机9低速轴的另一端联接，使第一转筒7和第二转筒7a同步运动，减速机9和9a的高速轴输入端分别与浮动轴8和8a的近端连接，浮动轴8和8a上分别设有制动器B1和另一制动器B2，浮动轴8和8a的远端分别与电机6和6a连接。制动器为常闭式电力液压制动器，驱动装置为交流电机，通过控制器调整输出频率或输出电压就可调整电机转速，从而改变推动器的推力，制动力矩即可通过变换电路调节推动装置的推力调节。工作时制动器B1作为调速制动器，制动时制动力矩由推动装置调节，所述另一制动器B2作为安全制动器，制动时制动力矩为额定制动力矩，所述制动器B1与另一制动器B2的工作功能在工作中按次轮换。

高度仪G2上设有3组位置检测开关，分别对应全开位置S1，空转位置S2，全关位置S3。速度传感器G1为光电编码增量型，对闸门运行速度实时检测。

本实施例1的控制方法包括制动器B1的推动装置控制和另一制动器B2的推动装置控制，将闸门的快速落门控制过程分为四段，第一段L1为闸门2从全开位置S1自由加速下降到V1速度，第二段L2为闸门2以V1的速度匀速下降到空转位置S2，第三段L3为闸门2从空转位置S2减速下降到V2速度，第四段L4为闸门2以V2速度匀速下降到全关位置S3，控制器第三控制端X3第一次接收到事故快速落门指令时，制动器B1作为调速制动器，另一制动器B2作为安全制动器，控制器输出将制动器B1和另一制动器B2同时打开，闸门从全开状态开始自由加速下落，当速度传感器G1测得的速度值V等于设定值V1时为第一段L1，同时速度比较处理器M1控制第一变换电路输出使制动器B1闭合产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门以V速快速下降，当阻尼力矩M与所述持住力G会产生不平衡现象，阻尼力矩M大于或小于持住力G时，速度值V减小或增大，当速度传感器G1测得的速度值V小于0.9V1时，M减小10%，V大于1.1V1时，M增加10%，若0.9V1≤V≤1.1V1时，M的值维持不变，当闸门下落到空转位置时为第二段L2，同时高度仪G2的位置检测开关S2动作输出信号到位置处理器M2控制变换电路断开输出使制动器B1完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门减速下降，当速度传感器G1测得的速度值V等于设定值V2时为第三段L3，同时速度比较处理器M1控制变换电路输出使制动器B1调整产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门以V2速慢速下降，直到闸门下落到闸门全关位置时为第四段L4，同时高度仪G2的位置检测开关S3动作输出信号到位置处理器M2控制变换电路断开输出使制动器B1和另一制动器B2完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门2安全落入底槛1启闭机停止。当控制器第三控制端X3第二次接收到事故快速落门指令时，制动器B1作为安全制动器，另一制动器B2作为调速制动器，此后按次轮换。

本实施例1的控制方法还包括控制器接收到事故快速落门闭闸指令后，判断所述第一电源输入端Q1电源输入是否正常，正常则将第一电源输入端Q1电源接通到第一电源电路C11转换为控制器的工作电源，同时接通到第一变换电路C12和第二变换电路C13变换为制动器B1和另一制动器B2的推动装置电源，若所述第一电源输入端Q1电源输入异常，则将所述第二电源输入端Q2电源接通到第二电源电路C21转换为控制器的工作电源，同时接通到第三变换电路C22和第四变换电路C23变换为制动器B1和另一制动器B2的推动装置电源。

本实施例1的控制方法还包括事故快速落门控制过程中速度传感器G2测得的速度值V大于1.25V1时，速度比较处理器M1控制变换电路断开输出使制动器B1和另一制动器B2闭合产生额定制动力矩M额，闸门减速下落，直到速度传感器G1测得的速度值V等于V1时，速度比较处理器M1控制第二变换电路调整输出使另一制动器B2产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，控制第一变换电路输出使制动器B1打开。

本实施例1的工作过程是：调速装置运行时，控制器首先判断输入电源，当控制器第一电源输入端Q1的电站市电交流电源正常时，控制器将第一输入端电源接通到第一电源电路C11转换为控制器的工作电源，同时接通到第一变换电路C12和第二变换电路C13 变换为制动器B1和另一制动器B2的推动装置电源。当水轮发电机组需要关闭取水口闸门时，发出控制信号给控制器的第三控制端X3，控制器第三控制端X3第一次接收到事故快速落门指令时，将制动器B1作为调速制动器，另一制动器B2作为安全制动器，控制第一变换电路C12和第二变换电路C13满幅输出，使制动器B1和另一制动器B2完全打开。第一转筒7和第二转筒7a在事故快速闸门2持住力G作用下开始同步加速转动释放钢丝绳，闸门2从全开位置S1开始加速下落。当连接在第二转筒7a轴端的速度传感器G1测得闸门下落的速度值V达到设定值V1时为第一段L1，同时速度比较处理器M1控制第一变换电路C12输出频率或电压减小到预定值，使制动器B1闭合产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门开始匀速下落。在闸门匀速下落过程中，由于预定阻尼力矩M与实践持住力G存在偏差，同时持住力会随闸门的下落而增大，以及制动器制动片的摩擦系数也会随闸门的下落因发热温度升高而减小，而出现阻尼力矩M与持住力G发生不平衡现象，使得闸门2的下落速度发生变化，当速度传感器G1测得的速度值V小于0.9V1时，速度比较处理器M1控制第一变换电路C12输出频率或电压增大，使制动器B1产生的阻尼力矩M减小10%，V大于1.1V1时，M增加10%，若0.9V1≤V≤1.1V1时，M的值维持不变。当闸门下落到空转位置S2时为第二段L2，同时高度仪G2的位置检测开关动作，输出信号到位置处理器M2，控制第一变换电路C12断开输出，使制动器B1完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门2减速下降，当速度传感器G1测得的速度值V等于设定值V2时为第三段L3，同时速度比较处理器M1控制第一变换电路C12输出频率或电压增大到预定值，使制动器B1调整产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门2以V2速度慢速下降。直到闸门2下落到闸门全关位置S3时为第四段L4，同时高度仪G2的位置检测开关动作输出信号到位置处理器M2，控制第一变换电路C12和第二变换电路C13断开输出，使制动器B1和另一制动器B2完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门2安全落入底槛1启闭机停止。当控制器第三控制端X3第二次接收到事故快速落门指令时，制动器B1作为安全制动器，另一制动器B2作为调速制动器，此后按次轮换。在事故快速落门控制过程中，如速度传感器G1测得的速度值V大于1.25V1时，速度比较处理器M1控制第一换电路C12和第二变换电路C13断开输出，使制动器B1和另一制动器B2闭合产生额定制动力矩M额，闸门2减速下落，直到速度传感器G1测得的速度值V等于V1时，速度比较处理器M1控制第二变换电路C13调整输出使另一制动器B2产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，控制第一变换电路C12输出使制动器B1打开。将另一制动器B2作为调速制动器，制动器B1作为安全制动器。

当第一电源异常时，控制器自动切换到第二电源输入端Q2，将第二电源输入端的电站常备直流屏电源接通到第二电源电路C21转换为控制器的工作电源，同时接通到第三变换电路C22和第四变换电路C23变换为制动器B1和另一制动器B2的推动装置电源。当水轮发电机组需要关闭取水口闸门时，发出控制信号给控制器的第三控制端X3，控制器第三控制端X3第一次接收到事故快速落门指令时，将制动器B1作为调速制动器，另一制动器B2作为安全制动器，控制第三变换电路C22和第四变换电路C23满幅输出使制动器B1和另一制动器B2完全打开。第一转筒7和第二转筒7a在事故快速闸门2持住力G作用下开始加速转动释放钢丝绳，闸门2从全开位置S1开始加速下落。当连接在第二转筒7a轴端的速度传感器G1测得闸门下落的速度值V达到设定值V1时第一段L1，同时速度比较处理器M1控制第三变换电路C22输出频率或电压减小到预定值，使制动器B1闭合产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门2匀速下落。在闸门匀速下落过程中，由于预定阻尼力矩M与实践持住力G存在偏差，同时持住力会随闸门的下落而增大，以及制动器制动片的摩擦系数也会随闸门的下落因发热温度升高而减小，而出现阻尼力矩M与持住力G发生不平衡现象，使得闸门2的下落速度发生变化，当速度传感器G1测得的速度值V小于0.9V1时，速度比较处理器M1控制第三变换电路C22输出频率或电压增大，使制动器B1产生的阻尼力矩M减小10%，V大于1.1V1时，M增加10%，若0.9V1≤V≤1.1V1时，M的值维持不变。当闸门下落到空转位置S2时为第二段L2，同时高度仪G2的位置检测开关动作，输出信号到位置处理器M2，控制第三变换电路C22断开输出，使制动器B1完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门2减速下降，当速度传感器G1测得的速度值V等于设定值V2时为第三段L3，同时速度比较处理器M1控制第三变换电路C22输出频率或电压增大到预定值，使制动器B1调整产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门2以V2速度慢速下降。直到闸门2下落到闸门全关位置S3时为第四段L4，同时高度仪G2的位置检测开关动作输出信号到位置处理器M2，控制第三变换电路C22和第四变换电路C23断开输出，使制动器B1和另一制动器B2完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门2安全落入底槛1启闭机停止。当控制器第三控制端X3第二次接收到事故快速落门指令时，制动器B1作为安全制动器，另一制动器B2作为调速制动器，此后按次轮换。在事故快速落门控制过程中，如速度传感器G1测得的速度值V大于1.25V1时，速度比较处理器M1控制第三换电路C22和第四变换电路C23断开输出，使制动器B1和另一制动器B2闭合产生额定制动力矩M额，闸门2减速下落，直到速度传感器G1测得的速度值V等于V1时，速度比较处理器M1控制第四变换电路C23调整输出使另一制动器B2产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，控制第三变换电路C22输出使制动器B1打开。将另一制动器B2作为调速制动器，制动器B1作为安全制动器。

本发明实施例中，V1=4.0m/s，V2=2.0m/s。闸门的快速落门过程的第一段，一般是在发水轮电机组过速（140%ne）时，将调速制动器和安全制器全部打开，使闸门从全开位置以最大加速度加速下降；第二段，以传动装置所能保护的最高速度V1高速下降。第一段和第二段的控制使闸门以最快的速度达到空转位置，将引水流道的水流量控制在水轮发电机组空转流量值，使水轮发电机组在正常转速状态（100%ne）下运行，确保发电机组安全。第三段，水轮发电机组输入能量控制以后，控制闸门以最大减速度减速下落，第四段，控制闸门以较低的安全速度落入底槛，第三段和第四段的控制可减小冲击，保护闸门和底槛不被蹬坏，改善断水时水轮室的流态，减缓反水锤效应和抬机作用。

实施例2，参见图6。

实施例2是制动器B1和另一制动器B2布置在减速机9的高速轴的两端轴伸上的形式，同时第一转筒7和第二转筒7a也同时布置在减速机9的低速轴的两端轴伸上。实施例2中只有一台减速机9。

实施例3，参见图7。

实施例3是制动器B1布置在电机6和浮动轴8的连接端上，另一制动器B2布置在减速机9与浮动轴8的连接端上的形式，同时第一转筒7和第二转筒7a也同时布置在减速机9的低速轴的两端轴伸上。实施例3中只有一台减速机9，一台电机6和一根浮动轴8。

实施例4，参见图8。

实施例4是制动器B1布置在第一转筒7的轮缘上，另一制动器B2布置在第二转筒7a的轮缘上的形式。制动器B1、另一制动器B2为低速轴液压制动，液压制动器推动装置为液压油缸，液压制动器还包括带蓄能装置的液压系统，通过控制器输出端Y1和Y2调整输出电压值可控制液压系统比例液压阀，从而控制液压油缸的推力，改变液压制动器制动力矩的大小。

Claims (10)

1.一种卷扬启闭机事故快速闸门落门调速装置，包括制动器、速度传感器G1、高度仪G2、控制器，其特征是：所述控制器包括第一电源输入端Q1，第二电源输入端Q2，第一电源电路C11、第二电源电路C21，第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22、第四变换电路C23，速度比较处理器M1和位置检测处理器M2；所述第一电源输入端Q1与第一电源电路C11的输入端联接；所述第二电源输入端Q2与第二电源电路C21的输入端联接；所述第一电源输入端Q1还与第一变换电路C12、第二变换电路C13的输入端联接；所述第二电源输入端Q2还与第三变换电路C22、第四变换电路C23的输入端联接；所述第一电源电路C11和第二电源电路C21的输出端分别均与第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22、第四变换电路C23连接；所述速度比较处理器M1和位置检测处理器M2联接；所述速度比较处理器M1和位置检测处理器M2的输出端均与第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22、第四变换电路C23的控制端联接；所述第一变换电路C12、第三变换电路C22的输出端Y1均与制动器B1的推动装置联接；所述第二变换电路C13、第四变换电路C23的输出端Y2与另一制动器B2推动装置联接；所述速度比较处理器M1的控制端，即控制器的第二信号端X1与速度传感器G1联接；所述位置检测处理器M2的控制端，即控制器的第一信号端X2与高度仪G2联接；所述控制器还包括第三控制端X3；所述第三控制端X3与上位机耦合或连接手动操作开关；

将闸门的快速落门控制过程分为四段，第一段L1为闸门从全开位置S1自由加速下降到V1速度，第二段L2为闸门以V1的速度匀速下降到空转位置S2，第三段L3为闸门从空转位置S2减速下降到V2速度，第四段L4为闸门以V2速度匀速下降到全关位置S3，按分段关闭控制，控制器第三控制端X3第一次接收到事故快速落门指令时，制动器B1作为调速制动器，另一制动器B2作为安全制动器，控制器输出将制动器B1和另一制动器B2同时打开，闸门从全开状态开始自由加速下落，当速度传感器G1测得的速度值V等于设定值V1时，速度比较处理器M1控制第一变换电路输出C12使制动器B1闭合产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门以V速快速下降，当阻尼力矩M与所述持住力G产生不平衡现象，阻尼力矩M大于或小于持住力G时，速度值V减小或增大，当速度传感器G1测得的速度值V小于0.9V1时，阻尼力矩M减小10%，速度值V大于1.1V1时，阻尼力矩M增加10%，若0.9V1≤V≤1.1V1时，阻尼力矩M的值维持不变，当闸门下落到空转位置时，高度仪G2的位置检测开关动作，输出信号到位置检测处理器M2，控制第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22或第四变换电路C23断开输出，使制动器B1完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门减速下降，当速度传感器G1测得的速度值V等于设定值V2时，速度比较处理器M1控制第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22或第四变换电路C23输出，使制动器B1调整产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门以V2速慢速下降，直到闸门下落到闸门全关位置时，高度仪G2的位置检测开关动作，输出信号到位置检测处理器M2，控制第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22或第四变换电路C23断开输出，使制动器B1和另一制动器B2完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门安全落入底槛启闭机停止；当控制器第三控制端X3第二次接收到事故快速落门指令时，制动器B1作为安全制动器，另一制动器B2作为调速制动器，此后按次轮换。

2.根据权利要求1所述的调速装置，其特征在于，所述控制器的第一电源输入端Q1输入电源为电站市电交流电源；所述控制器的第二电源输入端Q2输入电源为电站常备直流电源。

3.根据权利要求1所述的调速装置，其特征在于，所述控制器的第一电源电路C11将交流电源转换为控制器的工作电源，所述控制器的第二电源电路C21将直流电源转换为控制器的工作电源。

4.根据权利要求1所述的调速装置，其特征在于，所述控制器的第一变换电路C12将交流电源变换为制动器B1的推动装置的电源，所述控制器的第二变换电路C13将所述交流电源变换为另一制动器B2的推动装置的电源，所述控制器的第三变换电路C22将直流电源变换为制动器B1的推动装置的电源，所述控制器的第四变换电路C23将所述直流电源变换为另一制动器B2的推动装置的电源；所述变换电路为变频电源电路，或者调压电路；频率或电压升高时，所述制动器B1和另一制动器B2制动力矩减小，频率或电压降低时，所述制动器B1和另一制动器B2制动力矩增大。

5.根据权利要求1所述的调速装置，其特征在于，所述制动器为常闭式电力液压制动器，通过所述第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22或第四变换电路C23调节液压系统的油缸压力，从而调节制动力矩，所述制动器B1安装在启闭机高速轴端，所述另一制动器B2安装在启闭机的另一高速轴端，所述制动器B1作为调速制动器，制动时制动力矩由推动装置调节，所述另一制动器B2作为安全制动器，制动时制动力矩为额定制动力矩。

6.根据权利要求1所述的调速装置，其特征在于，所述制动器为常闭式液压制动器，通过所述第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22或第四变换电路C23调节液压系统的油缸压力，从而调节制动力矩，其中一个制动器B1安装在启闭机转筒轴端，另一制动器B2安装在启闭机的另一转筒轴端，所述制动器B1作为调速制动器，制动时制动力矩由油缸压力调节，所述另一制动器B2作为安全制动器，制动时制动力矩为额定制动力矩。

7.根据权利要求1所述的调速装置，其特征在于，所述速度传感器G1和高度仪G2并列安装在启闭机转筒的轴端，所述高度仪G2上设有闸门全开位置S1，空转位置S2，闸门全关位置S3三组位置检测开关。

8.一种权利要求1所述卷扬启闭机事故快速闸门落门调速装置的控制方法，其特征在于，将闸门的快速落门控制过程分为四段，第一段L1为闸门从全开位置S1自由加速下降到V1速度，第二段L2为闸门以V1的速度匀速下降到空转位置S2，第三段L3为闸门从空转位置S2减速下降到V2速度，第四段L4为闸门以V2速度匀速下降到全关位置S3，按分段关闭控制，控制器第三控制端X3第一次接收到事故快速落门指令时，制动器B1作为调速制动器，另一制动器B2作为安全制动器，控制器输出将制动器B1和另一制动器B2同时打开，闸门从全开状态开始自由加速下落，当速度传感器G1测得的速度值V等于设定值V1时，速度比较处理器M1控制第一变换电路C12输出使制动器B1闭合产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门以V速快速下降，当阻尼力矩M与所述持住力G产生不平衡现象，阻尼力矩M大于或小于持住力G时，速度值V减小或增大，当速度传感器G1测得的速度值V小于0.9V1时，阻尼力矩M减小10%，速度值V大于1.1V1时，阻尼力矩M增加10%，若0.9V1≤V≤1.1V1时，阻尼力矩M的值维持不变，当闸门下落到空转位置时，高度仪G2的位置检测开关动作，输出信号到位置检测处理器M2，控制第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22或第四变换电路C23断开输出，使制动器B1完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门减速下降，当速度传感器G1测得的速度值V等于设定值V2时，速度比较处理器M1控制第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22或第四变换电路C23输出，使制动器B1调整产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，闸门以V2速慢速下降，直到闸门下落到闸门全关位置时，高度仪G2的位置检测开关动作，输出信号到位置检测处理器M2，控制第一变换电路C12、第二变换电路C13、第三变换电路C22或第四变换电路C23断开输出，使制动器B1和另一制动器B2完全闭合产生额定制动力矩M额，闸门安全落入底槛启闭机停止；当控制器第三控制端X3第二次接收到事故快速落门指令时，制动器B1作为安全制动器，另一制动器B2作为调速制动器，此后按次轮换。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，控制器接收到事故快速闸门闭闸指令后，判断所述第一电源输入端Q1电源输入是否正常，正常则将第一电源输入端Q1电源接通到第一电源电路C11转换为控制器的工作电源，同时接通到第一变换电路C12和第二变换电路C13，将工作电源变换为制动器B1和另一制动器B2的推动装置电源，若所述第一电源输入端Q1电源输入异常，则将所述第二电源输入端Q2电源接通到第二电源电路C21，将第二电源输入端Q2电源转换为控制器的工作电源，同时接通到第三变换电路C22和第四变换电路C23，将工作电源变换为制动器B1和另一制动器B2的推动装置电源。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在事故快速落门控制过程中速度传感器G1测得的速度值V大于1.25V1时，速度比较处理器M1控制变换电路断开输出，使制动器B1和另一制动器B2闭合产生额定制动力矩M额，闸门减速下落，直到速度传感器G1测得的速度值V等于V1时，速度比较处理器M1控制第二变换电路的输出，使另一制动器B2产生与持住力G平衡的阻尼力矩M，控制第一变换电路输出使制动器B1打开。

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