在正常升降閘門時(shí)制動(dòng)器僅用于減速制動(dòng)和閘門狀態(tài)保持；在發(fā)生事故需要快速降門時(shí)，由電控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定速度要求自動(dòng)改變制動(dòng)器制動(dòng)力矩大小，制動(dòng)器受控預(yù)松閘促使快速閘門靠自身重力下滑降門，閘門依靠制動(dòng)器與制動(dòng)輪連續(xù)拖磨消耗下降勢(shì)能來(lái)抑制下降速度，同時(shí)電控系統(tǒng)根據(jù)采樣的閘門速度和高度自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)力矩來(lái)限定下降速度，使閘門快降全過(guò)程按預(yù)設(shè)的速度與要求進(jìn)行快速降門，確保水輪發(fā)電機(jī)組安全，預(yù)防機(jī)組飛逸事故。

3 機(jī)械選型設(shè)計(jì)3.1 制動(dòng)器選型設(shè)計(jì)考慮到事故狀態(tài)下快速閘門下降速度要實(shí)現(xiàn)可控，需要通過(guò)改變制動(dòng)器制動(dòng)力矩來(lái)進(jìn)行閘門下降速度調(diào)節(jié)控制，故選用一種常閉式變頻變力制動(dòng)器，其工作原理是通過(guò)變頻來(lái)改變PED 變頻電力液壓推動(dòng)器內(nèi)電機(jī)、油泵轉(zhuǎn)速，來(lái)控制推動(dòng)器內(nèi)液壓缸推力大小，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器制動(dòng)力矩任意調(diào)節(jié)功能。具體型號(hào)為YWK-300/50-BW，其額定制動(dòng)力矩為530 N·m，略大于啟閉機(jī)原有制動(dòng)器制動(dòng)力矩，完全滿足最大制動(dòng)力矩要求。

3.2 摩擦材料選型設(shè)計(jì)由啟閉機(jī)參數(shù)得知單張閘門總質(zhì)量50 t，傳動(dòng)鏈由三級(jí)減速器、開(kāi)式齒輪減速器和鋼絲繩組成，閘門降落總行程11 m。根據(jù)制動(dòng)功計(jì)算公式可計(jì)算出事故快速閘門在快速下降過(guò)程中制動(dòng)器拖磨制動(dòng)總制動(dòng)功為4.5MJ?？紤]到極端狀態(tài)下單臺(tái)制動(dòng)器也要滿足閘門快速下降拖磨制動(dòng)需求，故按每副摩擦材料能滿足5 MJ 的總制動(dòng)功來(lái)設(shè)計(jì)。

由計(jì)算的總制動(dòng)功可知在閘門快降連續(xù)拖磨過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生對(duì)等的熱能，將導(dǎo)致制動(dòng)襯墊和制動(dòng)輪溫度急劇升高，因制動(dòng)器常用的NAO 摩擦材料的熱穩(wěn)定性、耐磨性等均不能滿足該制動(dòng)工況需求，故選用熱穩(wěn)定性好、抗熱磨損、不傷對(duì)偶件的粉末冶金摩擦材料。此類摩擦材料熱穩(wěn)定性能達(dá)到連續(xù)熱穩(wěn)定溫度600℃，短時(shí)熱穩(wěn)定溫度900℃，可以滿足實(shí)際制動(dòng)工況需求。

4 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 電源設(shè)計(jì)利用現(xiàn)場(chǎng)中控室已有1 套直流后備電源，其蓄電池組容量為208 V, 300 AH，用電纜連接到壩頂作為本控制系統(tǒng)的后備電源。在控制系統(tǒng)內(nèi)將中控室直流后備電源分成兩路，一路接入到開(kāi)關(guān)電源內(nèi)，變換成24 V 后作為系統(tǒng)控制電源；另一路進(jìn)行單相隔離后接入到變頻器直流母線上，在變頻器交流輸入斷電后，直流母線將繼續(xù)保持直流電壓輸入，從而能夠?qū)崿F(xiàn)斷電運(yùn)行功能。

目前市場(chǎng)上絕大部分單相變頻器直流母線欠壓閾值在230 ～ 240 V，而實(shí)際中控室內(nèi)直流后備電源額定電壓只有208 V 遠(yuǎn)低于欠壓閾值，因此，經(jīng)多次對(duì)比分析后最終選定匯川MD280 系列單相變頻器，其母線閾值標(biāo)稱為200 V，最低可調(diào)至150 V。利用專用慣性試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行降壓模擬測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在變頻器直流母線低至150V 時(shí)，通過(guò)變頻器力矩補(bǔ)償后制動(dòng)器輸出力矩特性僅略有變化，可以滿足變頻變力制動(dòng)器運(yùn)行需求。

4.2 速度及高度測(cè)量原啟閉機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)的高度重量綜合儀雖自帶有編碼器，但其僅用于高度測(cè)量，不能提供速度信號(hào)，且啟閉機(jī)電控的PLC 不具備信號(hào)擴(kuò)展能力，因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)為每扇閘門新增加一個(gè)具備DP 通訊功能的絕對(duì)值編碼器，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閘門速度與高度狀態(tài)。同時(shí)為了提高系統(tǒng)可靠性和安全性，還給每扇閘門增加高度限制器一套，提供額外的閘門上極限、全開(kāi)、全關(guān)和下極限信號(hào)，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)安全冗余。