卷扬式启闭机事故快速闸门用断电落门制动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种卷扬式启闭机事故快速闸门用断电落门制动系统，包括安装于卷扬式启闭机卷筒轴上的位置传感器、超速传感器；所述位置传感器、超速传感器、卷扬式启闭机的主制动器、辅制动器均与控制器电连接；所述控制器包括电源模块、交互模块和主控模块；所述电源模块为所述交互模块、主控模块提供工作电源；所述交互模块与所述主控模块电连接。本发明专利技术可以控制闸门平滑稳定的加减速和无静差调速运行，实现事故快速闸门按设定流程和速度安全、可控地快速落门，解决了事故快速闸门快速下降时速度难以平滑、稳定与可控控制的难题。

【技术实现步骤摘要】
卷扬式启闭机事故快速闸门用断电落门制动系统
本专利技术涉及水利水电事故快速闸门控制
，特别是一种卷扬式启闭机事故快速闸门用断电落门制动系统。
技术介绍
我国建设有大量的中小型水电站，此类中小型水电站水轮发电机组进水口一般装有事故快速闸门。作为水电站关键的一项重要的安全保障设施，其在水轮发电机组发生甩负荷、调速器失灵、电站事故停电等事故状态下，导致发电机组超速或存在超速风险以及其他异常情况时，由卷扬式启闭机控制事故快速闸门动水快速关闭闸门，以便关断水流预防水轮发电机组飞逸事故发生，避免事故扩大状况发生。目前我国大部分中小水电站进水口事故快速闸门，都是采用卷扬式启闭机来控制闸门升降，此类卷扬式启闭机都装有离心飞摆调速器。在动水快速关闭闸门时依靠离心飞摆调速器产生的摩擦阻尼力矩去平衡闸门自由落体时的加速力，促使闸门快速下降，在闸门接近底坎时启动启闭电机进行回馈制动减缓下降速度，防止闸门末端超速砸坏底坎和闸门。此类控制方式存在以下问题：1、电站事故停电后不能快速关闭闸门，部分电站中控室虽配有UPS备用电源，但仅能提供控制电源不能提供动力电源。2、离心飞摆调速器产生的平衡力难以稳定控制，导致实际落门速度与计算速度偏差较大，当降门速度较低时，会使得截流速度慢，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；同时离心飞摆调速器制动片的摩擦系数会随闸门下落急剧发热、升温而减小，导致闸门超速，影响传动机构寿命、容易砸坏闸门和底坎。3、闸门快速下降时速度无法自动调节，快降全过程不能自动监控；快降过程速度无安全冗余设计，容易失速引发重大事故，存在安全隐患。4、同一水轮机组进水口有多扇事故快速闸门时，快速下降速度不能保持一致，不能同步落门，速度相差较大时会导致水轮机组紧急停车时间延长，易引发安全事故。因此，如何对现有事故快速闸门卷扬式启闭机进行改进，使快速闸门受控、安全、快速下降就格外重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种卷扬式启闭机事故快速闸门用断电落门制动系统，在水轮发电机组发生甩负荷、调速器失灵、电站事故停电等事故状态下，发电机组超速或存在超速风险以及其他异常情况时，能够自动控制快速闸门平稳、快速、安全下降，预防闸门快降超速或失速，确保水轮发电机组安全，同时自动减缓快降时对闸门、底坎的冲击。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种卷扬式启闭机事故快速闸门用断电落门制动系统，其包括安装于卷扬式启闭机卷筒轴上的位置传感器、超速传感器；所述位置传感器、超速传感器、卷扬式启闭机的主制动器、辅制动器均与控制器电连接；所述控制器包括电源模块、交互模块和主控模块；所述电源模块为所述交互模块、主控模块提供工作电源；所述交互模块与所述主控模块电连接。所述电源模块包括交流电源单元和直流电源单元；所述交流电源单元输入端接市电交流电源，所述交流电源单元输出端接所述主控模块；所述直流电源单元输入端接备用蓄电池，输出端接所述交互模块、主控模块。所述主控模块包括同步控制模块和与所述同步控制模块电连接的第一门控制模块、第二门控制模块。所述第一门控制模块、第二门控制模块结构相同；所述第一门控制模块包括第一驱动单元、第二驱动单元、力矩补偿单元、信号处理单元、速度控制单元和电源检测单元；所述电源检测单元输出端与速度控制单元电连接；所述超速传感器输出端与速度控制单元电连接；所述位置传感器输出端与信号处理单元电连接；所述信号处理单元实际速度信号输出端、闸门高度信号输出端、减速信号输出端和全关信号输出端与速度控制单元电连接；所述信号处理单元闸门高度信号输出端还与同步控制模块电连接；所述速度控制单元第一输出端与第一驱动单元、第二驱动单元输入端电连接；所述速度控制单元第二输出端与力矩补偿单元输入端电连接；所述力矩补偿单元输出端与第一驱动单元、第二驱动单元输入端电连接；所述第一驱动单元输出端、第二驱动单元输出端分别与主制动器、辅制动器电连接；所述速度控制单元还包括速度命令输入端和快降命令输入端；所述速度命令输入端与同步控制模块电连接；所述快降命令输入端与所述交互模块电连接。所述主制动器、辅制动器分别安装于卷扬式启闭机的两个卷筒驱动轴上；所述主制动器、辅制动器依次交替变换、互为备份。所述交互模块在接收到快速落门命令信号后向主控模块发出快速落门命令；所述第一门控制模块自动分配主、辅制动器；所述第一门控制模块控制第二驱动单元驱动辅制动器输出辅助制动力矩；所述第一门控制模块在控制第二驱动单元的同时进行计时；所述第一门控制模块速度控制单元在计时时间(本专利技术设定为1s)结束后，将同步控制模块输入的快速落门设定速度信号与信号处理单元提供的实际速度信号V1进行对比和速差计算，并根据计算出的速度差值进行PID计算，从而得出主制动器主制动力矩值；所述速度控制单元控制第一驱动单元驱动主制动器输出主制动力矩；所述主制动器在实际速度信号V1为0时主制动力矩接近于0，即主制动器处于完全打开状态，闸门在重力作用下克服辅制动力矩向下加速落门；所述位置传感器测量出闸门位置信号反馈给信号处理单元；所述信号处理单元将位置反馈信号进行转换计算，得出闸门高度值H、闸门减速信号位SJ和闸门全关信号位SG，同时将上述信号传送给速度控制单元；所述信号处理单元还将位置反馈信号定时、周期采样，将每次采样值与上一采样值进行对比，计算位置反馈信号变化速率，从而计算出闸门落门实际速度信号V1，并将上述信号传送给速度控制单元。所述速度控制单元再次将快速落门设定速度信号与实际速度信号V1进行对比和速差计算，并根据计算出的速度差值再次进行PID计算，从而得出主制动器主制动力矩值；所述速度控制单元控制第一驱动单元驱动主制动器增大输出主制动力矩；所述主制动力矩值增大后闸门落门加速度减小；所述速度控制单元再次将快速落门设定速度信号与实际速度信号V1进行对比、速差计算和主制动力矩值调整，直至快速落门设定速度信号与实际速度信号V1相等，闸门按设定速度匀速落门；所述闸门快速落门到减速信号位SJ位置后，快速落门设定速度信号由高速变换为低速；所述速度控制单元按同样的方案控制第一驱动单元增大主制动力矩值，促使闸门速度信号与实际速度信号V1再次相等；所述闸门慢速落门到闸门全关信号位SG位置后，即闸门安全落入底坎后，速度控制单元停止驱动主、辅制动器，主、辅制动器在制动弹簧作用下输出额定制动力矩保持闸门处于全关状态。所述第一门控制模块接到快速落门指令后，第一门控制模块内电源检测单元自动对动力电源进行检测，检测AC动力电源是否正常，并将信号反馈到速度控制单元；所述速度控制单元在AC动力电源正常时采用标准制动力矩曲Q2，通过控制第一驱动单元、第二驱动单元直接驱动主、辅制动器；所述速度控制单元在AC动力电源异常时通过力矩补偿单元来控制第一驱动单元、第二驱动单元驱动主、辅制动器。所述力矩补偿单元依据标定好的制动力矩补偿曲线Q1来对经速度控制单元调节计算后的主、辅制动器制动力矩进行补偿控制，增大第一、第二驱动单元输出频率来抑制和消除直流电源单元(备用蓄电池)供电时制动力矩特性变化对闸门落门速度的影响，促使快速落门速度调节更加平稳，进一步提高调速精度。所述超速传感器在快速落门实际速度超过设定速度1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卷扬式启闭机事故快速闸门用断电落门制动系统，其特征在于，包括安装于卷扬式启闭机卷筒轴上的位置传感器、超速传感器；所述位置传感器、超速传感器、卷扬式启闭机的主制动器、辅制动器均与控制器电连接；所述控制器包括电源模块、交互模块和主控模块；所述电源模块为所述交互模块、主控模块提供工作电源；所述交互模块与所述主控模块电连接。

【技术特征摘要】
1.一种卷扬式启闭机事故快速闸门用断电落门制动系统，其特征在于，包括安装于卷扬式启闭机卷筒轴上的位置传感器、超速传感器；所述位置传感器、超速传感器、卷扬式启闭机的主制动器、辅制动器均与控制器电连接；所述控制器包括电源模块、交互模块和主控模块；所述电源模块为所述交互模块、主控模块提供工作电源；所述交互模块与所述主控模块电连接。2.根据权利要求1所述的卷扬式启闭机事故快速闸门用断电落门制动系统，其特征在于，所述电源模块包括交流电源单元和直流电源单元；所述交流电源单元输入端接市电交流电源，所述交流电源单元输出端接所述主控模块；所述直流电源单元输入端接备用蓄电池，输出端接所述交互模块、主控模块。3.根据权利要求1所述的卷扬式启闭机事故快速闸门用断电落门制动系统，其特征在于，所述主控模块包括同步控制模块和与所述同步控制模块电连接的第一门控制模块、第二门控制模块。4.根据权利要求3所述的卷扬式启闭机事故快速闸门用断电落门制动系统，其特征在于，所述第一门控制模块、第二门控制模块结构相同；所述第一门控制模块包括第一驱动单元、第二驱动单元、力矩补偿单元、信号处理单元、速度控制单元和电源检测单元；所述电源检测单元输出端与速度控制单元电连接；所述超速传感器输出端与速度控制单元电连接；所述位置传感器输出端与信号处理单元电连接；所述信号处理单元实际速度信号输出端、闸门高度信号输出端、减速信号输出端和全关信号输出端与速度控制单元电连接；所述信号处理单元闸门高度信号输出端还与同步控制模块电连接；所述速度控制单元第一输出端与第一驱动单元、第二驱动单元输入端电连接；所述速度控制单元第二输出端与力矩补偿单元输入端电连接；所述力矩补偿单元输出端与第一驱动单元、第二驱动单元输入端电连接；所述第一驱动单元输出端、第二驱动单元输出端分别与主制动器、辅制动器电连接；所述速度控制单元还包括速度命令输入端和快降命令输入端；所述速度命令输入端与同步控制模块电连接；所述快降命令输入端与所述交互模块电连接。5.根据权利要求1所述的卷扬式启闭机事故快速闸门用断电落门制动系统，其特征在于，所述主制动器、辅制动器分别安装于卷扬式启闭机的两个卷筒驱动轴上；所述主制动器、辅制动器依次交替变换、互为备份。6.根据权利要求4所述的卷扬式启闭机事故快速闸门用断电落门制动系统，其特征在于，所述交互模块在接收到快速落门命令信号后向主控模块发出快速落门命令；所述第一门控制模块自动分配主、辅制动器；所述第一门控制模块控制第二驱动单元驱动辅制动器输出辅助制动力矩；所述第一门控制模块在控制第二驱动单元的同时进行计时；所述第一门控制模块速度控制单元在计时时间结束后，将同步控制模块输入的快速落门设定速度信号与信号处理单元提供的实际速度信号V1进行对比和速差计算，并根据计算出的速度差值进行PID计算，从而得出主制动器主制动力矩值；所述速度控制单元控制第一驱动单元驱动主制动器输出主制动力矩；所述主制动器在实际速度信号V1为0时主制动力矩接近于0，即主制动器处于完全打开状态，闸门在重力作用下克服辅制动力矩向下加速落门；所述位置传感器测量出闸门位置信号反馈给信号处理单元；所述信号处理单元将位置反馈信号进行转换计算，得出闸门高度值H、闸门减速信号位SJ和闸门全关信号位SG，同时将上述信号传送给速度控制单元；所述信号处理单元还将位置反馈信号定时、周期采样，将每次采样值与上一采样值进行对比，计算位置反馈信号变化速率，从而计算出闸门落门实际速度信号V1，并将上述信号传送给速度控制单元；所述速度控制单元再次将快速落门设定速...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊月华，盛国超，
申请(专利权)人：长沙三占惯性制动有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43