在正常升降閘門時制動器僅用于減速制動和閘門狀態(tài)保持；在發(fā)生事故需要快速降門時，由電控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定速度要求自動改變制動器制動力矩大小，制動器受控預(yù)松閘促使快速閘門靠自身重力下滑降門，閘門依靠制動器與制動輪連續(xù)拖磨消耗下降勢能來抑制下降速度，同時電控系統(tǒng)根據(jù)采樣的閘門速度和高度自動調(diào)整制動力矩來限定下降速度，使閘門快降全過程按預(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3.1 制動器選型設(shè)計考慮到事故狀態(tài)下快速閘門下降速度要實現(xiàn)可控，需要通過改變制動器制動力矩來進(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器，其工作原理是通過變頻來改變PED 變頻電力液壓推動器內(nèi)電機(jī)、油泵轉(zhuǎn)速，來控制推動器內(nèi)液壓缸推力大小，從而實現(xiàn)制動器制動力矩任意調(diào)節(jié)功能。具體型號為YWK-300/50-BW，其額定制動力矩為530 N·m，略大于啟閉機(jī)原有制動器制動力矩，完全滿足最大制動力矩要求。

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

由計算的總制動功可知在閘門快降連續(xù)拖磨過程中會產(chǎn)生對等的熱能，將導(dǎo)致制動襯墊和制動輪溫度急劇升高，因制動器常用的NAO 摩擦材料的熱穩(wěn)定性、耐磨性等均不能滿足該制動工況需求，故選用熱穩(wěn)定性好、抗熱磨損、不傷對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℃，短時熱穩(wěn)定溫度900℃，可以滿足實際制動工況需求。

4 電控系統(tǒng)設(shè)計4.1 電源設(shè)計利用現(xiàn)場中控室已有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。

目前市場上絕大部分單相變頻器直流母線欠壓閾值在230 ～ 240 V，而實際中控室內(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。利用專用慣性試驗臺進(jìn)行降壓模擬測試發(fā)現(xiàn)，在變頻器直流母線低至150V 時，通過變頻器力矩補(bǔ)償后制動器輸出力矩特性僅略有變化，可以滿足變頻變力制動器運(yùn)行需求。

4.2 速度及高度測量原啟閉機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)的高度重量綜合儀雖自帶有編碼器，但其僅用于高度測量，不能提供速度信號，且啟閉機(jī)電控的PLC 不具備信號擴(kuò)展能力，因此本系統(tǒng)設(shè)計時為每扇閘門新增加一個具備DP 通訊功能的絕對值編碼器，來實時監(jiān)測閘門速度與高度狀態(tài)。同時為了提高系統(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、全關(guān)和下極限信號，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)安全冗余。