淺談城南電站閘門控制系統設計的技術要求

摘 要：目前，成熟的計算機監控技術已大面積的覆蓋整個水電行業，無論是已建或在建設的大中型水電站，還是一些偏遠山區的中小型水電站，都將以計算機監控整個水電站的各個領域以代替人工為設計前提，以實現“無人值班，少人職守”等先進功能，大大的節約了運行成本，提高了電站的運行安全，水電行業的自動控制不僅是目前設計要求，也是今后的發展方向。

關鍵詞：閘門系統；控制方式；控制要求

1 概述

城南電站總裝機容量為2×8000kW，電站閘門控制系統的控制對象為主要有泄洪閘門、工作閘門、沖砂閘門。控制系統設計時應能實現各閘門啟閉機的切換和啟停控制以及各電機保護功能。控制屏內應裝設滿足閘門控制設備系統控制所需要的所有控制設備和電機啟動設備，主要包括自動空氣開關、交流接觸器、PLC模塊、繼電器、指示燈及顯示裝置、操作控制開關等必要設備。電動機應設置過負荷、短路、斷相保護。各設備型號規格、數量和接線，應滿足控制和監視功能的要求。

2 技術參數

準確的技術參數對閘門控制系統的設計至關重要，包括：閘門卷揚機的型式、吊點個數；啟閉機電機的功率、臺數、電機型式、供電電壓（AC 380V 50Hz 三相四線制）等數據；配備的自動化原件（荷重傳感器、絕對型光電編碼器）的技術數據等

3 一般技術要求

（1）電動機電源：AC 380V 50Hz 三相四線制；水電站提供的控制電源 AC380/220V。

（2）控制系統供電電源（工作電源、信號電源）采用AC220V/DC24V。

（3）各PLC控制系統的自動控制流程應滿足分項技術條件的控制原則。

（4）鼠籠式電動機啟動采用直接啟動，并設置電動機保護設備。繞線式電動機啟動采用串聯電阻或者頻敏變阻器啟動，并設置電動機保護設備。

（5）各控制系統應提供設備運行狀態、故障等所有必要的信號，并以空接點型式引至端子排供用戶使用；每一個屏（箱）應預留20%的備用端子。

（6）各PLC控制系統應能實現與水電站計算機監控系統通訊的功能，同時還應滿足水電站計算機監控系統提出的通信規約及要求，并實現與水電站監控系統的通信，通信規約一般為Modbus，物理接口RS485。

（7）整個閘門系統內相關的自動化元件的DC24V電源均由與之相關的控制屏提供。

（8）主要電器設備的選型：①屏（箱）內的自動空氣開關、交流接觸器、熱繼電器、出口繼電器、控制按鈕、信號燈、開關電源等應選用進口或合資企業的優質產品。②控制柜內的PLC控制器作為整個控制系統的核心無件，在設計時必須采用高質量的大廠品牌或國際知名品牌，PLC應采用不低于16位CPU，其內存不應低于16K。所選用的PLC數據采集模塊應能接收光電編碼器的高速開關量信號。③交流電動機保護器采用大廠品牌或國際知名品牌。④控制屏上的液晶觸摸顯示器選用知名品牌。⑤所有接線端子、控制的進線回路所用的雷電保護器等均采用大廠品牌或國際知名品牌。⑥開關電源模塊采用進口產品，功率不低于120W。

（9）控制屏（柜）、控制箱結構：①控制箱、柜內每個元件均應有合格證，箱、柜內布線應整齊美觀，便于檢修。箱、柜體的結構設計應符合有關標準。②控制屏（柜）外型尺寸詳見分項技術要求，帶玻璃門，動力電纜均采用上進、下出方式，控制電纜采用下進、下出方式，落地安裝。為防止冷凝水順著電纜進入控制箱，上進線孔應采用橡膠密封圈封閉。③控制箱、端子箱、配電箱的結構尺寸由生產廠家自定并報設計單位批準，墻掛式安裝，上、下均可進出線。為防止冷凝水順著電纜進入控制箱，上進線孔應采用橡膠密封圈封閉。④控制箱、柜的結構為封閉式，前開門形式，柜門應設鉸鏈密封門，開閉靈活，開啟角不小于90，在關閉時應能防止水和灰塵的進入，門應帶鎖。⑤控制屏內應設溫度濕度控制器及電加熱器。柜內應設置照明燈，并提供用戶使用的交流220V電源插孔。由于屏柜長期在戶外運行，應考慮相應的散熱措施。⑥電流互感器回路應選用試驗型端子。箱、柜內應預留20%的備用端子。箱、柜內配線應采用走線糟。箱、柜體活動部分與固定部分的走線應用軟金屬管加以保護。⑦箱、柜內應裝設一根截面積不小于50mm2的接地銅母線，箱、柜內的所有金屬部件均應連接到該母線上，銅母線應可靠接地，母線應裝有連接接地導體的端子，并應采用良好的防銹措施。⑧防護標準：所有屏柜防護等級不低于 IP42。

4 控制方式

（1）將控制方式選擇切換開關置于“遠方”控制方式時，控制系統將接收閘門LCU的控制命令，實現閘門的提升/下降/停止控制。（2）當切換開關設置于“切除”位置時，閘門控制系統退出運行。（3）將切換開關置于“現地”運行時，在現地控制屏上操作控制按鈕可手動提升/下降/停止閘門，并閉鎖遠方控制命令。

5 控制要求

（1）電氣設計應符合DL/T5167第10條的有關規定。

（2）電動機的交流輸入回路應裝有自動空氣開關、防雷過電壓保護裝置。

（3）電動機主回路應按規程規定裝設交流電流和電壓測量儀表，電流和電壓測量表應采用數字式儀表。

（4）啟閉機的控制應設有啟/閉/停控制按鈕或控制開關，對于有遠方控制要求的閘門和啟閉機應設有現地和遠方切換開關，當切換開關切到遠方位置時，應能接收計算機監控系統閘門現地控制單元發出的遠方啟/閉/停控制命令。

（5）電氣控制柜應設有指示燈，包括全開、全關位置信號、電動機故障信號、電源故障信號等。

（6）對于有遠方控制要求的啟閉機電氣控制柜應設有硬接線開關量輸出信號，包括切換開關遠方位置信號、閘門全開和全關位置信號、電動機運行信號、電機故障信號、電源故障信號以及PLC故障信號等。

（7）電氣控制柜上應設有閘門開度和荷載顯示裝置。對于有遠方控制要求的啟閉機電氣控制柜應輸出閘門開度和荷載4～20mA模擬信號到電站計算機監控系統閘門現地控制單元。

（8）電氣控制柜的控制電源采用雙交流220V，50Hz電源，取自電動機輸入回路，并設有雙電源自動切換裝置，PLC和傳感器所需要的DC24V電源由開關電源（雙電源模塊）提供，交流220V電源和DC24V電源均應設有空開保護和電源監視回路。

（9）電氣控制柜應采用PLC控制，控制流程應滿足啟閉機的各種控制工況要求。對于有遠方控制要求的啟閉機其PLC的CPU內存不小于64kB。

（10）PLC控制柜應留有RS232接口，以便接入調試編程用的筆記本電腦。

（11）對于有遠方控制要求的啟閉機，其PLC控制柜應留有RS485接口，以便與電站計算機監控系統閘門現地控制單元進行通信，通信規約采用MODBUS，通過該通信接口上送所有狀態位置信號和故障報警信號，包括閘門全開、全關位置信號、電動機運行信號、電機故障信號、電源故障信號、閘門荷載信號、閘門開度信號、閘門開關次數信號等。

（12）固定卷揚式電氣控制柜外型尺寸為2260（高）×800（寬）×600（深）mm，采用全封閉的靜電噴塑或烤漆金屬外殼，并應裝有安全鎖。前面為轉頁式大玻璃門，可透過玻璃觀看裝置的運行情況；后為雙開式轉頁門，可減少開門所需的空間；柜的門應開閉靈活，開啟角不小于90。

（13）電氣控制柜保護等級不低于IEC標準IP43。柜體顏色要求等。

（14）電氣控制柜內電氣接線應整齊、美觀、正確固定和連接。端子和端子連接器應適當布置有利于電纜進屏以便整齊而有次序地連接電纜。端子用數字順序標出序號，依次從上到下或從左到右，數字編號和標識應清晰牢固。應提供白色或其他淡色的標志帶，其上用不褪色的標志液標明端子序號。為了排列和固定從底部進入點到終端或端子板的進入電纜，應提供適當的設施。線槽應該預留足夠的空間，并且線槽的布置應該方便配線且美觀，柜體活動部分與固定部分的走線應用軟金屬管加以保護。

（15）模擬量、控制、指示和電源回路應用獨立的接線端子排，每一個獨立端子排單獨命名。屏內應予留20%的各種備用端子，開關量輸出端子均采用可拆卸型端子，控制回路端子可壓接導線截面為0.5～6mm2。模擬量輸入回路應采用防雷隔離輸入端子。

（16）柜內應裝設一根截面積不小于50mm2的接地銅母線，銅母線應可靠接地，母線應裝有連接接地導體的端子，并應采用良好的防銹措施。

（17）電氣控制柜內部應裝有智能溫濕度控制器，能根據設定的溫度和濕度自動啟動電加熱器和風扇，該加熱器和風扇應設計成單相交流220V。

（18）電氣控制柜內應配置多聯電源插座和照明燈。

6 結語

現階斷水電站電氣自動化技術還有很大的提升空間，相信隨著自動控制、通信及計算機技術的不斷發展，今后把遙控遙測、通信及計算機技術應用于閘門控制系統參量的自動測量、計算、控制和調節，來實現水資源的合理利用和分配就是水電站閘門監控系統的主要內容和目標

參考文獻

[1]徐鵬.電氣自動化控制方式的研究[J].科技廣場，2009，（7）：241-242.

[2]崔明.變電站與水電站綜合自動化[M].中國水利水電出版社，2005.

（作者單位：攀枝花市水利水電勘測設計研究院）