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1、概述
    向家壩水電站位于金沙江下游峽谷出口河段，是金沙江梯級開發的最后一級電站，是一座以發電為主，兼顧防洪、攔沙、灌溉、航運等綜合效益的巨型水電站。工程樞紐建筑物主要由大壩、左岸壩后廠房、右岸引水發電系統及升船機等組成。大壩為混凝土重力壩，水庫正常蓄水位380m，壩頂高程384m，最大壩高162m;左岸壩后廠房與右岸引水發電系統各安裝4臺水輪發電機組，總裝機容量6400MW;大壩壩體混凝土總量約1220萬m3，共需生產混凝土骨料約2680萬t，其中粗骨料約1820萬t、細骨料約860萬t。
    根據區域地質資料，結合公路、鐵路、水路等交通運輸條件，以向家壩水電站壩址為中心，在周圍近100km范圍內進行了全面的建筑材料勘察工作。結果表明，向家壩工程可供選擇的混凝土骨料料源有天然砂石料、砂巖料和灰巖料，料場有10個。通過對向家壩水電站不同料源組合方案進行綜合技術經濟比較，選擇太平料場作為向家壩水電站主體工程混凝土骨料料源。太平料場距向家壩水電站壩址公路里程約59km，直線距離約30km。砂石運輸方案采用頭尾相接的5條長距離帶式輸送機。
2、長距離帶式輸送機輸送線規劃設計
2.1總體布置方案
    根據料源的選擇及技術經濟比較，向家壩水電站砂石加工系統采取分散布置方式，半成品加工區布置在太平料場，成品加工區布置在壩區馬延坡，太平料場到壩區馬延坡之間采用長距離帶式輸送機輸送半成品骨料。
    太平料場骨料輸送線由5條長距離帶式輸送機組成，總長約31.lkm、沿線穿越高山深谷，形成9段輸送隧洞，總長約29.3km。分別為6661m、6451m、2383m、3220m、1199m、822 m、3767m、4633m、170m。主洞斷面凈空尺寸為：Sm(寬)×4m(高)。按混凝土澆筑高峰時段強度34.7萬m3/月，確定帶式輸送機輸送線的輸送能力為3000t/h。長距離帶式輸送機主要技術參數見表2.1-1。
    長距離帶式輸送機輸送線長距離帶式輸送機輸送線平面布置見《長距離帶式輸送機輸送線規劃示意圖》。
2.2帶式輸送機運行可靠性分析
    根據國內外煤炭、礦山帶式輸送機使用情況調研，帶式輸送機是一種運行穩定、可靠的運輸設備，目前大型帶式輸送機最大輸送能力達到7000～8000t/h、帶寬在2.0 m以上、帶速在5.0 m/s以上、單機長度為5～15km。國內部分長距離帶式輸送機工程項目見表2.2-1。
2.2.1長距離帶式輸送機的關鍵技術
    1)輸送帶制造技術
    鋼繩芯輸送帶與其它類型輸送帶相比，具有強度高、彈性伸長小、易成槽、耐沖擊、壽命長、所需滾筒直徑小、接頭壽命較長等優點。
    2)輸送帶防撕裂技術
    鋼繩芯輸送帶的使用壽命與磨損和撕裂有重大關系。為了防止輸送帶遭到破壞或撕裂，鋼繩芯輸送帶都加有柔性鋼絲網的防撕裂層。
3)驅動方式
    長距離帶式輸送機的啟動和制動力矩很大，必須選用技術性能較好的驅動裝置來實現輸送機正常的啟動、運行和制動過程。理想的啟動過程是加速度由零逐漸增大，再逐漸減少到零，速度曲線是S曲線，這樣的啟動將是平穩且無沖擊的，制動則正好相反。
    4)自動化控制
  物料輸送系統一般由若干臺裝卸設備及輸送設備組成。采用可編程序控制器( PLC)對整個輸送系統實行自動控制，提高了系統運行的可靠性和自動化水平。
2.2.2國內長距離帶式輸送機制造水平
    目前，帶式輸送機關鍵部件（驅動裝置、拉緊裝置、滾筒、托輥、鋼繩芯輸送帶、中間架等）均采用國產設備。
    國內有數家大型帶式輸送機和鋼繩芯輸送帶的設備制造廠家，分別引進了國際先進水平的托輥制造裝配線和鋼繩芯輸送帶生產線，具備長距離帶式輸送機設備的總體制造、安裝及
調試的能力。
3、主要設備選型
    長距離帶式輸送機主要由驅動裝置；制動器；拉緊裝置；鋼繩芯輸送帶；托輥、滾筒；電氣及控制設備組成。
3.1驅動裝置組合方案的特點
3.1.1調速型液力耦合器
    調速型液力耦合器安裝在電動機和減速器之間，可改善驅動裝置啟動的性能、具有過載保護作用；能提高電機和帶式輸送機的壽命；能平衡各電機的功率輸出；設備價格相對略低。但多機驅動時各驅動裝置的輸入功率平衡和同步控制較困難；低速時傳遞的扭矩小、不能提供穩定平滑的加速度。
3.1.2可控驅動系統
    CST可控驅動系統能提供穩定平滑的加速度，使帶式輸送機平穩啟動；能在緊急停車時或突然斷電時，提供可控停車；能控制輸送帶的速度，多機驅動時能實現輸入功率平衡，并保持同步運行；輸出轉速能在10%～l00%的范圍內任意調節；可對減速器和負載實現雙向過載保護；電動機可空載順序啟動，使電機壽命大大提高，可降低啟動電流對電網的沖擊。但設備內部結構相對復雜，造價相對略高。
3.1.3變頻調速驅動系統
    變頻調速驅動系統能提供穩定平滑的加速度，使帶式輸送機平穩啟動；能在緊急停車時或突然斷電時，提供可控停車；能控制輸送帶的速度，多機驅動時能實現輸入功率平衡，并保持同步運行；輸出轉速能在10 %:-100%的范圍內任意調節；可對減速器和負載實現雙向過載保護。但變頻電機不能實現無負載啟動；變頻電機運行時產生的諧波對電網有一定影響；變頻電機的電壓為非標準電壓，需配置專用變壓器，造價相對略高。
    經綜合分析比較，選用技術先進、運行平穩、可靠性高、在國內煤炭、礦山工程已使用了幾百臺（套）的CST可控驅動系統作為驅動裝置的關鍵設備。
3.2制動器
    選用大型、重載帶式輸送機的可控制動系統-CSB630KTS液力制動器和盤式制動器，制動器可有效控制帶式輸送機的制動力矩及制動時間，響應速度快，保證帶式輸送機在重載突然斷電工況下實現平穩停機。
3.3拉緊裝置
    選用具有國內先進水平的液壓自動拉緊裝置，該裝置的關鍵部件（液壓元件）為進口件，可根據輸送機不同工況時的張力需要，在設定的范圍內任意調節輸送帶拉緊力；還可實現啟動拉緊力比正常運行時拉緊力大1. 2～1.5倍的功能。該拉緊裝置動態響應速度快，可以補償輸送帶在輸送機啟動時的伸長量，降低輸送帶的張力、減小沖擊，保證帶式輸送機正常啟動、平穩運行、停機。
3.4鋼繩芯輸送帶
    帶式輸送機采用耐磨性能好的優質鋼絲繩芯輸送帶，伸長率不大于0. 2%，輸送帶應采用耐磨、耐沖擊的覆蓋膠，上、下覆蓋膠層厚度依輸送帶強度不同在6～8mm之間。鋼絲繩芯輸送帶內鋪設橫向鋼絲抗撕裂層，使輸送帶能大量吸收能量，具有優良的抗沖擊、抗撕裂性能。
    主要原材料均為天然膠、合成膠從泰國、美國進口；鋼絲繩采用國內知名企業優質開放式鋼絲繩；防撕裂鋼絲繩網為比利時進口。
3.5托輥
    托輥生產線為全自動化，產品質量穩定。托輥密封形式采用雙道密封。托輥的設計壽命應不低于30000h;托輥生產所需主要原材料均為優質產品（其中軸承采用JRC軸承，鋼管采用國內知名企業生產的優質托輥專用電焊鋼管）。
3.6滾筒
    滾筒采用整體式軸承座，采用調心滾予軸承，油杯式潤滑，其軸承設計壽命≥5萬h。本工程所用滾筒由國內大型帶式輸送機企業制造，滾筒選用日本進口NSK軸承，鋼材選用國內知名企業的產品。
4、供配電及電氣控制
4.1供配電
    長距離帶式輸送機輸送線（以下簡稱輸送線）供配電系統的上一級供電電源為太平料場35kV變電站、茶林溝35kV變電站及壩區110kV變電站。從3個變電站的低壓側采用lOkV電纜（或架空線路）接線至輸送線沿線的7個10kV配電站。
    7個10kV配電站分別布置在輸送線沿線各驅動裝置附近，主要向B1～B5號帶式輸送機的驅動裝置和lOkV箱式變電站供電，同時還對配電站兩端一定范圍內(900～1225m)的通風、照明、檢修等設備供電。
    在輸送線沿線隧洞內共配置9個10kV箱式變電站。各箱變對其兩端一定范圍內(900～1225m)的通風、照明、檢修等設備供電。
4.2  電氣控制
    長距離帶式輸送機輸送線實施自動監控管理，主要包括以下部分：
4.2.1監控系統網絡
    監控系統共設5個現地PLC系統，分別負責B1～B5號帶式輸送機的監視控制，控制網絡采用冗余工業以太網。介質采用單模光纖。網絡交換機配置7臺，分別設置在7個配電站內。3臺監控計算機、7個觸摸屏、5個PLC主機連接在100M以太網上，通過以太網，實現對整個系統的監控管理。
    中央控制室設在B5帶式輸送機的頭部配電站內，有3臺監控管理計算機和一套工業電視系統組成，是整個系統的控制中心，實現對整個系統的監視、操作、運行記錄等。
4.2.2現地PLC系統（包括CST接口）及遠程PLC單元
    現地控制單元：每條帶式輸送機設置一套PLC系統，共5套。
    沿帶式輸送機，每隔1152m設置一臺遠程PLC站，負責該區域的信號采集和報警控制。
4.2.3設備運行控制方式
    由電氣控制室對骨料輸送線上的各條帶式輸送機的啟動、運行及停機進行有效控制，具有集控、就地、檢修、手動及閉鎖五種工作方式。
4.2.4保護系統
    1)跑偏開關、拉線開關
    緊急停機用的拉繩開關，沿帶式輸送機全長布置在機架的兩側，每隔48m安裝1組開關。跑偏開關沿帶式輸送機全長布置在機架的兩側，每隔96m安裝1組開關。
2)皮帶帶速檢測裝置
    帶速檢測裝置用于監視帶式輸送機的運行速度，并能檢測帶式輸送機打滑故障，防止打滑所造成的惡性事故。
    3)溜槽堵塞檢測器：
    為了檢測帶式輸送機的頭部漏斗、溜槽內是否發生堵塞。
    4)輸送帶縱向撕裂保護器：
    為避免皮帶縱向撕裂，系統共設置6套縱向撕裂保護開關。
5、長距離帶式輸送機安裝及調試
    長距離帶式輸送機總體設計方案審查后，通過招標選擇了制造廠家，制造廠家對設備零部件進行細部設計后，由業主組織設計聯絡會進行審查，最終由中南勘測設計研究院進行總體設計復核。該項目分為6個標段，各標中標單位分別為：滾筒及鋼結構設備采購標；驅動裝置采購標（羅克韋爾自動化動力系統[上海]有限公司）；托輥組設備采購標；鋼繩芯輸送帶采購標；電氣及控制設備采購標；安裝與運行管理標（中國水電第八工程局）。業主負責設備到貨后的驗收及設備安裝調試的總協調。
    B3、B4、B5帶式輸送機2006年10月中旬開始安裝，B4帶式輸送機2007年3月12日安裝驗收完畢，B3帶式輸送機于2007年4月7日安裝驗收完畢，B5帶式輸送機于2007年4月19日安裝驗收完畢。Bl帶式輸送機2006年12月26日開始安裝，2007年5月18日安裝驗收完畢。B2帶式輸送機2007年1月13日開始安裝，2007年5月23日安裝驗收完畢。
5.1長距離帶式輸送機的安裝
5.1.1總體安裝程序
    根據各隧道現場施工條件及工作面交付的時間安排，每條帶式輸送機安裝程序各有區別，安裝程序如下：
    1)所有帶式輸送機安裝同時進行。
    2)每條帶式輸送機部件安裝采用頭部、尾部及中間部分同步施工的方法。
    3) Bl、B2膠帶鋪設采用從尾部到頭部的鋪設方法；  B3、B4、B5膠帶鋪設采用從兩頭到中部的鋪設方法。
5.1.2安裝的主要內容
1)土建工程主要指帶式輸送機的驅動裝置、拉緊裝置、頭尾機架、中間架等設備的基礎混凝土澆筑及預制埋件的制作和埋設。
    2)機械設備及電氣系統安裝主要指帶式輸送機的驅動裝置、拉緊裝置、托輥組、鋼繩芯輸送帶、頭尾機架、中間架及照明、通風系統安裝；供配電系統安裝；自動監控系統安裝；保護系統安裝。
5.1.3安裝重點
    1)由于帶式輸送機安裝精度要求高，中心線測量放線是安裝的重要環節
    依據施工圖及控制網點進行施工頭尾輪控制坐標的測設，并將兩點連成的軸線外延若干米，在其延長線上適當位置設立軸線控制樁，作為洞內施工階段平面放線的依據。重點控制以下幾點：
    ①機架中心線與輸送機縱向中心線應重合，其偏差不應大于3mm;
    ②機架中心線的直線度偏差在任意25m長度內不應大于5mm;
    ③在垂直于機架縱向中心線的平面內，機架橫截面兩對角線長度之差，不應大于兩對角線長度平均值的3/1000；
    ④腿對建筑物地面的垂直度偏差不應大于2/1000；
    ⑤中間架的間距，其允許偏差為±1. 5mm，高低差不應大于間距的2/1000。機架接頭處的左、右偏移偏差和高低差均不應大于1mm
    2)由于帶式輸送機膠帶硫化接頭在洞內進行，洞內作業空間小、環境潮濕、粉塵多，為保證膠帶硫化接頭的質量，必須在洞內創造一個干燥、清潔的小環境，確保接頭強度不低于母體強度的90%。輸送帶連接后應平直，在10m長度上的直線度為20mm
    3)為減少輸送帶運行過程中的跑偏，帶式輸送機安裝過程中重點控制膠帶的鋪設、膠帶的牽引、整條膠帶的張緊以及最后一個硫化接頭處的張緊和硫化質量。
5.2長距離帶式輸送機的調試
5.2.1調試的的原則
    由部件至組件，由組件至單機，由單機至全輸送線，且應先手動后再機動，從低速至高速，由空負荷逐漸增加負荷至額定負荷，按步驟進行。
5.2.2調試的內容
    調試內容主要包括：CST、CSB、制動閘參數調整和整定；設備控制邏輯、保護邏輯，和每條帶式輸送機各種工況下的啟停控制參數以及急停控制方式；與電氣系統的接口信號調試，以及與帶式輸送機保護系統之間的邏輯配合等。
5.2.3調試的程序
    單體CST、CSB系統離線調試、制動閘離線調試、多點驅動通訊調試：網絡調試、通訊調試、信號檢查、系統模擬調試：現場膠帶機跑偏調整、清掃器調整、導料溜槽調整拉、拉緊力調整、跑偏開關調整。
    液壓拉緊裝置、膠帶機保護裝置、CST之間的邏輯順序的調試：分別在手動和自動，正常停車和緊急停車，單機調試和連續空載試運行工況下進行。
    起停順序調試：分別按正常模式空載起動順序、省電模式空載起動順序和滿載（或者部分滿載）起動順序。空載正常（或者緊急）停車、滿載（或者部分滿載）正常停車、滿載（或者部分滿載）緊急停車試運行工況下進行。
    空載聯動調試運行：5條帶式輸送機按起停順序運行，觀察操縱、聯鎖、制動、限位以及各項安全保護裝置，沿途通訊信號，操縱開關、信號標志及膠帶有無跑偏。
    重載聯動調試運行：先按間斷給料方式給料，使物料逐段通過各轉載點，監視人員要觀察物料是否位于膠帶中央。各轉載點是否暢通，膠帶有無跑偏。間斷給料順利通過后，再按約500t/h額定負荷進行連續加載，無異常再逐漸增大到2000t/h、3000t/h。各種負荷下負載試運轉的連續運行時間應不小于2小時。
    負載試運轉應在各種不同負荷下進行流程切換試驗，系統的測定電動機、驅動裝置、液壓拉緊裝置、保護裝置等各項技術性能參數，作為評價輸送機安裝質量的依據。同時也便于暴露設備性能上的問題，如溜槽落料不正、溜槽堵塞、輸送帶跑偏、清掃器清掃效果不佳以及輸送機適應性和可靠性方面的問題。
5.2.4調試過程重點
    重點關注帶式輸送機運行期間輸送帶的跑偏、輸送帶的撕裂和Bl帶式輸送機滿載時的負功率及B3帶式輸送機下坡段滿載，上坡段空載的最不利運行工況。
6、結束語
    向家壩水電站長距離帶式輸送機2007年6月28日投入試運行，已運輸砂石料40萬t，實踐證明，3 1公里長距離帶式輸送機輸送砂石料是成功的。長距離帶式膠帶機在向家壩水電站砂石骨料系統中的成功應用為我國水電工程散裝料物輸送提供了很好實踐經驗。