水電站泄水閘計算機監控系統概述及常見故障處理

摘要：水電站泄水閘監控系統依據“危險分散”原則進行分散配置，分站不依賴中央，能完全獨立地完成所屬區域或設備實施控制。具體介紹了系統設計、配置、功能及主要硬件配置，滿足電站設備監控要求。

關鍵字：水電站；泄水閘監控；系統功能；故障處理

一、前言

泄水閘是水利樞紐防洪的主要泄洪建筑物和重要設施，正常運行時擔負截流確保水力發電水頭；汛期時擔負著宣泄洪水，確保人民和財產安全。確保泄水閘的正常穩定運行是水利樞紐運行管理工作的重中之重。

二、監控系統設計

依據國內水電站閘門集控系統的控制模式和應用經驗，結合水電站泄水閘的特點及閘門自動化系統改造的要求，水電站泄水閘監控系統依據“危險分散”原則進行分散配置，分站不依賴中央，能完全獨立地完成所屬區域或設備實施控制。

整個閘門控制系統能滿足實現閘門值班室主機實現對閘門啟閉的全過程、全狀態監控，對閘門進行遠方實時控制、安全監視及調度管理。在閘門值班室控制時，計算機監控系統具有多種調控方式，以滿足電站運行的需要。

三、計算機監控系統配置及網絡結構

水電站泄水閘監控系統配置以安全可靠為最高原則，兼顧系統的先進性、實時性等。

系統可靠性高，局部故障不影響現場設備的正常運行，系統特性的各項指標均達到中國電力行業標準《水電廠計算機監控系統基本技術條件（DL/T578-95）》和《電力系統調度自動化設計技術規程（DL/T5003-2005）》的規定。

系統結構為分層、全分布、全開放系統，既便于功能和硬件的擴充，又能充分保護應用資源和投資，分布式數據庫及軟件模塊化、結構化設計，使系統能適應功能的增加和規模的擴充，并能自診斷。

水電站泄水閘閘門系統共有多孔弧形工作閘門，可每2扇弧形工作閘門配置1套現地控制單元（LCU），或者每扇工作閘門配置1套現地控制單元（LCU），每套LCU由1臺動力盤柜和1臺控制盤柜組成，每套LCU分別布置在相應的每個站內，每套控制柜除布置PLC外，同時布置閘門的電氣控制設備以及輔助的電壓表等。現地控制柜直接監控閘門的開關過程，既可作為分布系統中的現地智能終端，又可作為獨立裝置單獨運行。站內的各現地控制柜采用100Mbps以太網交換機構成星型網結構。同時通過100Mbps以太網，實現大壩閘門監控系統和電站監控系統之間的數據傳輸和數據交換。

泄水閘集控系統設置1臺現地操作兼通訊站，實現所有閘門的實時數據和歷史數據監控功能，并負責所有對外部的通訊功能。

四、計算機監控系統功能

水電站泄水閘閘門控制系統按“無人值班”（少人值守）的原則設計，可實現閘門進行遠方實時控制、安全監視及調度管理等功能。計算機監控系統具有多種調控方式，以滿足閘門運行的需要。為了保證控制和調節的正確、可靠，操作步驟按“選擇-返校-執行”的方式進行，并且每一步驟都有嚴格的軟件校核、檢錯和安全閉鎖邏輯功能，硬件方面也有防誤措施。控制權分主控級及現地控制單元和手動共三級，可以通過現地控制單元上的轉換開關進行切換。控制權選擇在LCU實現。同時主控級還可以接收遠方監控主機的指令進行控制。控制級別現地控制第一，主控級控制第二。這些控制具有嚴格的安全閉鎖邏輯。控制系統能根據當前運行情況和主控級及當地的控制命令按預定的步驟對閘門升降等進行控制及調節。在沒有控制級命令或脫離主控級的情況下現地控制單元能獨立完成對所有設備的閉環控制，保證閘門的安全運行。現場操作人員能根據現地控制單元觸摸屏上的信號顯示、閘門開度指示等對控制的閘門進行上升、下降、中途停止等遠方操作。現地控制單元通過網絡接收主控級命令，自動完成閘門的開啟或關閉。

主要功能包括以下幾點：

（一）數據采集。自動接收監控系統以外的數據信息，周期性地采集各LCU收集的實時數據，接收由操作員向控制系統手動登錄的數據信息。對于固定周期采集的數據，其采集周期為可調。

（二）數據處理。主計算機完成實時數據庫的更新；管理閘門的運行自動化，即閘門的開啟、關閉等；運行數據存盤，歷史數據保存和檢索，保證數據的連續；對采集到的各LCU的各種數據進行分析和處理。對模擬信號量的處理包括回路斷線檢測、數字濾波、誤差補償、數據有效性合理性判斷、標度換算、梯度計算及越限報警；對開關量信號的處理包括光電隔離、硬件及軟件濾波、基準時間補償、數據有效性判斷、啟動相關量處理功能（如起動時間順序記錄、發事故報警、畫面自動推出等），所有數據經格式化處理后存入實時數據庫。

（三）人機聯系。操作人員可通過彩色監視器、鍵盤、鼠標器以及打印機等實行對全部受監控對象運行的監視、控制、調節、在線修改定值、畫面調度、報表顯示和打印等功能。

人機接口還具有權限管理功能，不同的權限有不同的使用范圍，以保證系統的安全性。現地控制單元配有觸摸式工業顯示器，脫離主控機同樣可具備以上所述功能。

（四）安全監視及事件報警。運行值班人員可以通過監控系統的大屏幕監視器對系統內各主設備運行狀態和運行參數，例如閘門升降過程等進行實時監視。

控制系統將對某些參數以及計算數據進行范圍監視，有些量如上下游水位、泄洪量等可以進行趨勢分析、梯度監視。主控級能接受各LCU的越限報警信號，響應LCU上送的模擬量越限、梯度越限、開關量狀態變化和監控系統自診斷故障等各種信息，開關事故變位，自動推出相應畫面和事故處理指導，畫面閃光和變色，顯示屏上發出提示信號，打印事故追憶記錄。

報警表至少包括300個最新的報警量。報警量被操作員確認和報警條件消失后能從報警表中撤消。如果有最新的未被確認的報警行和有關對象的動態數據顯示出特定顏色的狀態指示，并保留到與報警條件存在的時間一樣長。報警被確認是通過操作員的鍵盤來實現的。

（五）系統時鐘校對和事故順序記錄。系統時鐘校對采用GPS分別同時與上位機及各LCU對時。當水泵泵組發生事故造成跳閘動作等情況時，監控系統立即以中斷方式響應并自動顯示、記錄和打印事故名稱及時間；記錄和打印相關設備的動作情況，自動推出相關畫面，作事故原因分析及提示處理方法，閘門監控系統能將發生的事故及設備的動作情況按其發生的先后順序記錄下來。

五、運行日常常見故障及處理措施

（一）閘門失控。每年汛期，防洪閘門在遠程啟閉過程中，到達預設值時，閘門未停止，繼續提升，如果不進行緊急處置，閘門到達最高處時，勢必造成設備損壞、嚴重造成水工建筑物損壞，此時當班值長應立即啟動閘門失控應急處置，通過閘門監控系統設置的 “停止閘門”按鈕，如無效，立即斷開閘門交流電源，使閘門停止，閘門停止后將閘門控制方式切至現地，在控制系統故障未排除前，進行現地手動控制，同時通知維護人員對泄水閘故障孔電氣、機械設備進行全面檢查，進行事故分析查明事故原因，進行處理。在發生此類故障應急處置過程中，運行人員應注意避免走錯間隔、在進行交流電源開斷時，必須操作具有切斷負荷電流、具備滅弧裝置的斷路器，嚴禁帶負荷拉刀閘，造成事故擴大。

（二）閘門失壓。每年汛期，泄水閘交流電源失壓，入庫流量增大，壩前水位上漲呈上升趨勢，就會有有漫閘的故障危險。允許值班人員此時須做好事故應急處置及相應的回報工作，同時通知維護人員進行故障消除，同時須密切關注上游水位上漲情況并向調度匯報水情。出現此種情況時，一般是采用柴油發電機恢復交流供電，故日常須做好柴油發電機日常維護保養，確保隨時可以投入運行，倒換電源時，運行人員須確保不發生非同期合閘、柴油發電機過載等情況，造成事故擴大。

（三）監控系統故障。在泄水閘啟閉過程中，因監控系統故障造成閘門失去控制、監視的情況發生時，運行值班人員應立即啟動現地控制應急處置措施，現地進行閘門啟閉控制，對于暫時性的故障可對監控系統進行重啟，如故障無法短時處理，應立即通知維護工程技術人員進行處理，確保防洪設備設施安全可靠運行，但作為泄水閘監控系統目前國內各服務提供商產品技術已非常成熟，在發生故障時均有相應的報警信息，以便運行維護人員有針對性的檢查處理、縮短故障處理時間，提高系統運行穩定性和可靠性。

六、結束語

水電站以“無人值班（少人值守）”為設計原則，泄水閘計算機監控系統配置以安全可靠為原則兼顧系統實用、可操作性強，是電站安全穩定運行的有利保障。

參考文獻：

[1]DL/T 578-95.水電廠計算機監控系統基本技術條件.北京.中華人民共和國電力工業部.1995

[2]DL/T5003-2005. 電力系統調度自動化設計技術規程.北京.中華人民共和國能源部.1992