凌津?yàn)┧姀S泄洪閘電氣部分改造

韓 勇

（湖南五凌電力有限公司凌津?yàn)┧姀S，湖南 常德415700）

0 引言

泄洪閘系統(tǒng)在水電廠的安全運(yùn)行中起著至關(guān)重要的作用，泄洪閘的安全穩(wěn)定運(yùn)行是保證水電廠安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。早期設(shè)計(jì)的泄洪閘系統(tǒng)基于PLC控制，采用單獨(dú)上位機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程或現(xiàn)地自動(dòng)控制，未能與水電廠動(dòng)態(tài)負(fù)荷和水位聯(lián)動(dòng)實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，閘門開啟與關(guān)閉靠運(yùn)行人員實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。動(dòng)力部分采用常規(guī)接觸器拖動(dòng)電機(jī)方式，對(duì)于大電機(jī)，大啟動(dòng)力矩而言，瞬時(shí)啟動(dòng)電流偏大，接觸器燒壞是普遍存在的問題。本文將通過(guò)凌津?yàn)┧姀S泄洪閘電氣部分改造探討這兩個(gè)問題的解決。

1 凌津?yàn)┧姀S泄洪閘簡(jiǎn)介

凌津?yàn)┬购殚l布置在河床偏右側(cè)，為14孔開敞式溢洪閘，每孔壩段長(zhǎng)22.25 m，溢流堰采用平底寬頂堰，從左至右布置了5孔低堰和9孔高堰，高堰的底壩高程為36.0 m，孔口寬18.0 m，工作閘門為平面定輪閘門，閘門高度為15.3 m；低堰的底壩高程為35.0 m，孔口寬為18.0 m，工作閘門為平面定輪閘門，閘門高度為16.3 m。

閘門所用啟閉機(jī)都是采用盤香式卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)，控制回路采用可編程控制系統(tǒng)。每扇配置1臺(tái)盤香式啟閉機(jī)用于操作閘門的啟閉，該啟閉機(jī)設(shè)置于壩頂67.00 m高程平臺(tái)上，閘門動(dòng)水啟閉，額定啟閉力為2×2 000 kN，揚(yáng)程為27.00 m。每孔泄洪閘配備2臺(tái)起升電機(jī)（55 kW）、2臺(tái)潤(rùn)滑油泵電機(jī)（2.2 kW）和2臺(tái)制動(dòng)器電機(jī)。啟閉機(jī)的常規(guī)操作在中控室泄洪閘上位機(jī)和現(xiàn)地控制屏上進(jìn)行，根據(jù)下泄流量決定閘門開啟的高度和開啟的孔數(shù)，允許2臺(tái)啟閉機(jī)同時(shí)開啟。

整個(gè)啟閉機(jī)由卷?yè)P(yáng)機(jī)裝置、二級(jí)減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架、電力拖動(dòng)和控制裝置等組成。啟閉機(jī)保護(hù)裝置包括過(guò)流、欠壓、過(guò)載、過(guò)速、缺相、上升操作與下降操作相互閉鎖，高度傳感器和主令裝置等。由于閘門主電機(jī)采用繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻級(jí)差調(diào)速，啟動(dòng)換擋抖動(dòng)大，易引起泄洪閘一級(jí)減速器損壞，下降啟動(dòng)時(shí)為防止溜鉤，瞬間單相短接制動(dòng)，該啟動(dòng)方式線路沖擊電流極大，容易引起主接觸器燒壞。

2 閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

本電廠閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按功能分布和控制對(duì)象分布，監(jiān)控系統(tǒng)劃分為集控層、廠站層和現(xiàn)地層三個(gè)功能層次，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為光纖交換式以太網(wǎng)方案。閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分層、全分布的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)行分布管理方式。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層：集控層、廠站層和現(xiàn)地層。按設(shè)備布置分為三級(jí)：集控級(jí)設(shè)備、廠站級(jí)設(shè)備、現(xiàn)地級(jí)設(shè)備。

3 閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制與調(diào)節(jié)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)方式分為控制方式和調(diào)節(jié)方式兩類。控制方式包括現(xiàn)地控制、廠控和集控，調(diào)節(jié)方式也包括現(xiàn)地調(diào)節(jié)、廠控調(diào)節(jié)和集控中心調(diào)節(jié)三個(gè)層次。

控制調(diào)節(jié)權(quán)限按現(xiàn)地級(jí)、廠控級(jí)、集控級(jí)的順序從高到低，控制調(diào)節(jié)權(quán)限通過(guò)各層設(shè)置的“現(xiàn)地/遠(yuǎn)方”切換開關(guān)或“廠控/集控”進(jìn)行切換，并有相應(yīng)的閉鎖。原則上，上一層可以要求下一層切換控制調(diào)節(jié)權(quán)，下一層應(yīng)按上一層的要求切換控制調(diào)節(jié)權(quán)，只有當(dāng)下一層的控制調(diào)節(jié)權(quán)切換到上一層，上一層才能進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

監(jiān)控系統(tǒng)的控制權(quán)管理采取現(xiàn)地優(yōu)先的原則。優(yōu)先設(shè)置權(quán)依次為現(xiàn)地單元控制級(jí)、廠控主控級(jí)及集控主控級(jí)。電廠調(diào)度人員可隨時(shí)將控制權(quán)切至廠控現(xiàn)地級(jí)。當(dāng)控制權(quán)在集控級(jí)時(shí)，電廠調(diào)度人員可隨時(shí)將控制權(quán)切至廠控主控級(jí)。當(dāng)系統(tǒng)控制權(quán)在現(xiàn)地主控級(jí)或現(xiàn)地時(shí)，廠控級(jí)和集控級(jí)系統(tǒng)僅有監(jiān)視權(quán)。控制權(quán)由高到低的順序是：現(xiàn)地控制級(jí)、廠控主控級(jí)、集控主控級(jí)。

4 泄洪閘電氣控制部分

泄洪閘現(xiàn)地控制單元采用可編程控制器控制方式設(shè)計(jì)，完成對(duì)泄洪閘的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理，負(fù)責(zé)向網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)信息，并自動(dòng)服從上位機(jī)的命令和管理。具有控制、調(diào)節(jié)操作和監(jiān)視功能，現(xiàn)地配備與PLC配套的觸摸屏，當(dāng)與上位機(jī)系統(tǒng)脫機(jī)時(shí)，具有現(xiàn)地監(jiān)視和控制功能。并與泄洪閘監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)使用光纖通信，完成接收廠主控級(jí)、集控主控級(jí)或現(xiàn)地觸摸屏發(fā)來(lái)的信息，進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。

5 泄洪閘動(dòng)力部分

此次改造重點(diǎn)及難點(diǎn)在于電機(jī)運(yùn)行方式的確定，沿用原設(shè)計(jì)方案將不可避免發(fā)生接觸器燒壞故障，給泄洪閘的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)極大隱患。交流變頻調(diào)速技術(shù)是集成電力電子、自動(dòng)控制、微電子、電機(jī)學(xué)等新興技術(shù)，其調(diào)速性能優(yōu)良、節(jié)電效果好、效率高，是較理想的電氣傳動(dòng)方案[1]。經(jīng)多方論證，電機(jī)采用變頻器拖動(dòng)方式，且采用2臺(tái)電機(jī)共用1臺(tái)變頻器方案，可有效避免同步性問題。本次技術(shù)改造選用ABB公司生產(chǎn)的ACS880-01型變頻器，額定功率為160 kW，變頻器帶主電機(jī)啟動(dòng)采用一拖二控制方式。變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件，它的運(yùn)行可靠性較高和功率輸出具有多種方式，其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，能降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。變頻器提供了過(guò)電壓/欠電壓保護(hù)、變頻器過(guò)熱保護(hù)、接地故障保護(hù)、短路保護(hù)、電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)及PTC/KTY電動(dòng)機(jī)保護(hù)等，保護(hù)功能齊全。

6 泄洪閘工業(yè)電視系統(tǒng)

14孔閘門高清攝像頭，通過(guò)光纖接入現(xiàn)有全廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)，控制中心可顯示、抓拍、存儲(chǔ)、檢索、回放各區(qū)域的所選攝像機(jī)實(shí)時(shí)圖像，可遠(yuǎn)程回放站端的任一攝像頭的歷史圖像；回放方式有逐幀、慢放、常速、快速等多種方式。系統(tǒng)實(shí)行操作權(quán)限管理，按工作性質(zhì)對(duì)每個(gè)用戶賦予不同權(quán)限等級(jí)，系統(tǒng)登錄、操作應(yīng)進(jìn)行權(quán)限查驗(yàn)，所有重要操作，如登錄、控制、布撤防、退出、報(bào)警確認(rèn)等，均有操作記錄，系統(tǒng)可對(duì)操作記錄進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)。

7 泄洪閘監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)

（1）配置操作員站2套，實(shí)現(xiàn)操作員站對(duì)現(xiàn)地泄洪閘門監(jiān)視與控制，并通過(guò)原有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完成閘門數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，再通過(guò)集控通信服務(wù)器上送至五凌集控中心H9000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廠站和集控H9000系統(tǒng)對(duì)閘門的監(jiān)視和控制。

（2）閘門聯(lián)動(dòng)高級(jí)功能設(shè)計(jì)

1）正常情況下，當(dāng)水位過(guò)高時(shí)提門：電廠側(cè)監(jiān)視水庫(kù)水位，設(shè)置警戒水位，當(dāng)水位達(dá)到警戒水位時(shí)，程序發(fā)出告警信息提示調(diào)度人員。當(dāng)達(dá)到提門水位時(shí)，程序設(shè)置倒計(jì)時(shí)，并間隔提醒，計(jì)時(shí)滿后，程序下發(fā)指令進(jìn)行提門操作，期間操作員可以干預(yù)終止提門預(yù)警和提門操作。達(dá)到提門水位，啟動(dòng)閘門高度至設(shè)置高度。

2）事故緊急情況下，應(yīng)急提門：在電廠和集控側(cè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)分別布置應(yīng)用程序，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水庫(kù)水位、機(jī)組發(fā)電工況、泄洪閘門開度和斷路器位置等信號(hào)，同時(shí)綜合考慮機(jī)組甩負(fù)荷、全廠失電、下游供水流量低等特殊情況，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的動(dòng)作條件時(shí)自動(dòng)生成閘門調(diào)度方案并啟動(dòng)緊急泄洪流程和聲光告警，防止水庫(kù)水位超過(guò)警戒線，發(fā)生水漫大壩或是不能及時(shí)向下游供水造成下游斷流的事件。水位判斷準(zhǔn)則：留有一定的預(yù)留幅度。

3）閘門啟閉要求：當(dāng)有廠用電時(shí),閘門啟閉策略為查策略表后一次性將開度值下發(fā)，當(dāng)沒有廠用電，采用柴油發(fā)電機(jī)時(shí)，閘門啟閉一次只啟閉一孔，一次操作結(jié)束后再操作下一閘門，操作順序按照預(yù)先設(shè)置執(zhí)行。

4）水位監(jiān)視：全廠采用3套測(cè)量原理不同水位計(jì)，分別對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量。新采集的水位數(shù)據(jù)與有效水頭比，如果差值超過(guò)設(shè)置值，該水位值將會(huì)被濾掉，并報(bào)“水位計(jì)X號(hào)變化過(guò)大”，對(duì)于變化在0.1 m內(nèi)的水位值取平均作為本次水位，最近10次水位取平均值，作為最終有效水位。如果通道故障，上位機(jī)報(bào)“X號(hào)水位計(jì)信號(hào)異常”報(bào)警，如果3套水位計(jì)均通道故障，退出FGC，報(bào)警“3套水位計(jì)通道故障”。當(dāng)計(jì)算水位值超過(guò)設(shè)置時(shí)間未更新時(shí)，報(bào)警“超過(guò)X秒水位未更新”，并間隔報(bào)警“水位不刷新將退FGC”，5 min后退出FGC功能。無(wú)論閘門開啟與否，水位低于50 m，間隔報(bào)警“上游水位低告警”。

8 結(jié)語(yǔ)

凌津?yàn)┧姀S泄洪閘電氣部分改造完成后，經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)，運(yùn)行狀態(tài)良好，維護(hù)簡(jiǎn)單，方便，日常維護(hù)量大大降低，提高了本廠的安全穩(wěn)定性。加之泄洪閘相關(guān)數(shù)據(jù)接入全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，為日后大數(shù)據(jù)分析打下了基礎(chǔ)。