柘溪水電廠進水口閘門緊急下閘后備保護系統(tǒng)實施

唐凱，鄒桂麗

(1． 湖南省電力公司柘溪水力發(fā)電廠，湖南 安化413508;2． 湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南 長沙410007)

2009年8月17日，俄羅斯已建最大水電站——薩揚·舒申斯克水電站發(fā)生了國內(nèi)外水電史上空前的特大事故。根據(jù)俄方事故調(diào)查報告和國內(nèi)專家分析，造成本次事故的主要原因之一是進水口閘門未能緊急關(guān)閉(事故發(fā)生2 h 后才手動關(guān)閉)。水電廠進水口閘門是水電廠水機保護的最后一道保障，如果緊急情況下進水口閘門不能及時關(guān)閉，將使機組失去最后的保護，后果不堪設(shè)想。為深刻吸取“薩揚事故”教訓(xùn)，結(jié)合“薩揚事故”暴露的問題和柘溪水電廠運行實際，參照《湖南省電力公司水電廠進水口快速閘門緊急下閘后備保護配置導(dǎo)則》(湘電公司水〔2011〕593 號文件)要求，柘溪水電廠決定新增1 套獨立于原閘門控制系統(tǒng)的緊急下閘后備保護系統(tǒng)。

1 緊急下閘后備保護設(shè)計原則

1)在現(xiàn)行機組緊急下閘保護的基礎(chǔ)上，應(yīng)另配置1 套獨立于原緊急下閘保護的后備保護。

2)緊急下閘后備保護系統(tǒng)電源必須保證全廠失電后，閘門控制系統(tǒng)仍然有可靠電源供電，確保全廠失電的緊急情況能緊急下閘。

3)緊急下閘后備保護系統(tǒng)必須獨立于現(xiàn)有計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

4)緊急下閘后備保護系統(tǒng)必須具備遠方手動操作功能。在出現(xiàn)極端惡劣條件時(如水淹主廠房、全廠失電等)，可以遠方手動操作緊急關(guān)閉進水口閘門。

2 緊急下閘后備保護項目實施

2.1 電源部分

在壩頂布置1 組蓄電池屏。包含1 塊浮充控制屏和1 塊直流蓄電池負荷屏。其直流輸出電源為220 V，帶負荷能力為40 A，由17 節(jié)12 V 蓄電池組組成，容量為100 Ah。

2.2 控制部分

1)在壩頂布置1 塊全廠進水口閘門PLC 控制屏作為進水口閘門緊急下閘后備保護系統(tǒng)的下位機部分。下位機外部供電采用交流、直流雙供電方式，交流供電取自進水口交流負荷屏，直流供電取自壩頂新增的蓄電池屏。

2)在中控室布置1 塊PLC 控制屏作為進水口閘門緊急下閘后備保護系統(tǒng)的上位機部分。上位機外部供電采用交流、直流雙供電方式，交流供電取自中控室交流負荷屏，直流供電取自壩頂新增的蓄電池屏。

3)進水口閘門緊急下閘后備保護系統(tǒng)的上、下位機控制屏內(nèi)設(shè)置PLC 控制系統(tǒng)、操作開關(guān)、按鈕、觸摸式液晶顯示屏、指示燈、中間繼電器、控制電源等設(shè)備。

4)進水口閘門緊急下閘后備保護系統(tǒng)的上、下位機通過光纖通訊，網(wǎng)絡(luò)連接參見圖1。

5)運行人員可以通過手動方式在遠方(中控室)或現(xiàn)地(PLC 控制屏)前進行進水口閘門緊急落門操作。

圖1 進水口閘門緊急下閘后備保護系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接

6)控制系統(tǒng)采用PLC 系統(tǒng)控制的優(yōu)勢較多:

①減少了現(xiàn)場施工的工作量，增加了運行設(shè)備可靠性。如果采用硬接線連接，需要敷設(shè)大量的控制電纜，控制電纜的增加勢必會帶來故障點的增多，特別是防護層破壞后，控制電纜故障難以查找。采用光纜通訊則只需要1 根4 芯光纜，而且還有足夠的備用通訊通道，即使主用通道出現(xiàn)故障還可以人為切換至備用通道工作，其設(shè)備運行可控性也得到了提高。

②可以實現(xiàn)對設(shè)備運行工況的實時監(jiān)視。控制系統(tǒng)通過軟件編寫專門的通訊監(jiān)視程序，只要通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障則可以立刻報警。針對容易出現(xiàn)故障的部位，如電源部分等進行開入量監(jiān)控，一旦出現(xiàn)故障，立即開出報警。通過對設(shè)備運行工況的實時監(jiān)視，有效地將設(shè)備安全隱患消除在萌芽狀態(tài)，確保進水口閘門后備保護系統(tǒng)運行安全可靠。

③控制系統(tǒng)整體抗干擾能力增強。如果采用常規(guī)控制接線的控制系統(tǒng)，控制電纜本身就增加了故障發(fā)生的概率。一旦電纜本體出現(xiàn)故障，直接后果則是機組進水口閘門非正常關(guān)閉，機組強迫停運，大大降低電廠對電網(wǎng)的支撐能力，同時也極大地影響了電廠的經(jīng)濟效益。采用PLC 控制后，PLC 本身抗干擾能力強，通訊光纜抗外界外力損壞能力強，在抗雷擊等方面有著前者無法比擬的優(yōu)勢。控制系統(tǒng)整體工作可靠性大幅提高，減少了控制系統(tǒng)因外界干擾誤動的可能。

7)控制程序

①控制系統(tǒng) PLC 選用施耐德 Quantum 140CPU65150，控制程序采用其專用編程軟件編寫。

②為防止因通訊網(wǎng)絡(luò)故障造成系統(tǒng)異常，專門編寫通訊故障程序段，及時發(fā)出故障報警信號。

③為防止進水口閘門緊急下閘后備保護系統(tǒng)誤動導(dǎo)致閘門緊急下閘，控制程序增加了5 s 防誤動延時。

④為了隨時掌握系統(tǒng)運行情況，在人機對話的觸摸屏上增加了歷史記錄功能，方便運行、維護人員檢查巡視。

2.3 現(xiàn)場執(zhí)行元件部分

每臺機組進水口卷揚機式啟閉機控制增加1 組直流抱閘控制線圈及回路。即將機組進水口閘門的直流抱閘進行改造，更換為雙直流線圈的抱閘，只要任意一個線圈通電即可松開抱閘致進水口閘門緊急關(guān)閉。其中原有的直流線圈受控于現(xiàn)有的閘門控制系統(tǒng)，接受計算機監(jiān)控系統(tǒng)緊急下閘自動或手動下閘指令;新增加的直流線圈則受控于全廠進水口閘門緊急下閘后備保護系統(tǒng)下位機，接受進水口閘門緊急下閘后備保護系統(tǒng)的上、下位機手動緊急下閘指令。

3 運行及待完善情況

進水口閘門緊急下閘后備保護系統(tǒng)投入運行半年來，各類事件記錄齊全、查詢方便;系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)還應(yīng)完善供電電源監(jiān)視報警。上、下位機增加電源監(jiān)視功能，電源消失后中控室應(yīng)有音響和光字報警。

4 結(jié)束語

進水口閘門后備保護系統(tǒng)采用壩頂和中控室分別設(shè)獨立PLC 控制屏的方式，能可靠實現(xiàn)廠用電消失、計算機監(jiān)控系統(tǒng)癱瘓等緊急情況下中控室對進水口閘門的手動緊急落閘控制，防止事故擴大。控制令通過光纖通訊下達的方式，可以很方便地將功能擴展至遠方集控中心，是未來實現(xiàn)水電廠進水口閘門緊急下閘后備保護的首選方式，將逐步替代在中控室設(shè)按鈕直接控制緊急落閘電磁閥的方式。