錦屏一級水電站進水口閘門控制系統優化探討

李 士 哲

(雅礱江流域水電開發有限公司錦屏水力發電廠，四川 西昌 615000)

1 概 述

錦屏一級水電站位于四川省涼山州鹽源縣和木里縣境內，距西昌市約187 km，是雅礱江干流(卡拉至江口河段)五個梯級開發中的龍頭電站，水庫正常蓄水位高程1 880 m，相應庫容77.6億m3，調節庫容49.1億m3，為年調節水庫，其下游梯級為錦屏二級、官地、二灘和桐子林水電站。

錦屏一級水電站樞紐主要建筑物由混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物和引水發電建筑物組成。混凝土雙曲拱壩高305 m，泄洪建筑物布置有壩身4個表孔和5個深孔及右岸1條泄洪洞。地下主、副廠房布置在右岸，主廠房中安裝6臺、單機容量為600 MW的混流式水輪發電機組，總裝機容量3 600 MW，年平均發電量為166.2億kW·h。

錦屏一級水電站汛期6～9月按調度要求蓄水和發電，一般承擔系統基、腰荷。平水期當入庫流量大于電站引用流量時擔負基荷；入庫流量小于電站引用流量時承擔腰荷。枯水期電站進行日調節，承擔系統腰、峰荷。

2 系統組成

錦屏一級水電站大壩進水口快速門4 500/11 000 kN液壓啟閉機油缸安裝在大壩右岸，引水發電系統的地下廠房布置在右岸，地下廠房安裝有6臺、單機功率為600 MW的混流式水輪發電機組。快速門油缸裝設于進水口快速門頂部1 883 m 高程機架上，泵站布置在位于進水塔中部的泵房內，本機在水輪發電機組或引水道發生事故時可現場和遠方控制關閉進水口快速閘門，切斷水流，防止事故擴大 。

進水口共布置有六臺液壓啟閉機，設有兩套油泵站，每套泵站控制三臺液壓啟閉機。每個油泵站的油泵電機為兩組，互相備用。正常工作時，兩組油泵電機組同時投入工作，啟閉速度為正常值；一套油泵電機組出現故障時，另一套仍可投入工作，但啟閉速度為正常值的一半。每個油泵站的閥組除油源控制閥組可共用外，為維護檢修方便，其余控制閥組為單獨設置。

HPCG閘門液壓啟閉機控制裝置的測控核心為PLC，其負責所有信息的處理。將所有檢測開關量送入PLC開關量模塊，傳感器測得的系統油壓、油箱油位和油缸位移信號送入PLC專用的模擬量模塊進行數據處理。預制程序根據采集到的狀態和處理后的數據完成閘門系統的自動測量控制，實現閘門的開啟關閉。PLC還將數據上送至觸摸屏，顯示系統壓力、油箱油位、油缸位移和閘門開度以及各種運行狀態信號等，并采用通訊量和開關量上送至LCU。

3 問題分析與處理

(1)補油閥閥芯動作不到位問題的分析與處理。

在進行進水口#2閘門起落門試驗過程中, 在#2閘門高位補油箱進行補油時發現補油閥閥芯動作不到位，導致補油效率低，補油時間遠超正常補油時間。補油時，液壓泵站的系統壓力由11.5 MPa變為13.2 MPa。

對補油閥電源回路做進一步檢查時發現：#2閘門補油閥動作時，盤柜側測得補油閥線圈電壓為DC17 V，補油電磁閥最小動作電壓為DC19 V,判斷補油閥動作不到位是由于補油閥線圈電壓過低所致。

進水口液壓啟閉機1號控制柜DC24 V電源系統由S1+、S2+、S3+、PS2+四部分構成，S1+為PLC DC24 V電源，S3+為屏外元件DC24 V電源，S2+為屏內元件DC24 V電源，PS2+為S2+電源的一部分，S2+電源經過緊急停機按鈕后變為PS2+,為#1、#2泵控制電源、#1、#2、#3為進水口閘門控制閥組的控制電源，其中補油閥電源由PS2+提供。

對盤柜DC24 V電源模塊和繼電器接點的DC24 V電源S2+進行檢查時發現，S2+電源對0 V電壓按照一定規律依次降低，且閘門動作時比閘門無動作時電壓有所降低。

根據上述檢查，對補油箱電磁閥電源回路進行了優化(圖1、2為電源回路優化前后對比)，重新引一路電源至補油箱電磁閥，以避免并聯較多回路后出現壓降導致電磁閥閥芯動作不到位的現象。

(2)全開信號消失問題的分析與處理。

進行進水口#1閘門停門操作時，CCS報“壩區1-3#進水口主油箱油溫異常報警、壩區1-3#進水口綜合故障報警、壩區3#進水口閘門全開退出、三號機組進水口快速閘門全開退出”，現地檢查三號機進水口快速閘門開度為10 239 mm，全開指示燈熄滅。復歸報警信號后，三號機進水口快速閘門全開指示燈仍熄滅。操作進水口#1閘門落門至全關位置時CCS報“壩區進水口#2閘門全開退出”，檢查閘門開度為10 259 mm，未達到閘門全開退出定值10 095 mm。手動提門至10 300 mm后全開信號到達。

圖2 電源回路優化后線路圖

進水口#1～#3閘門控制盤柜存在盤柜DC24 V電源回路壓降較大的情況，特別是在閘門啟閉動作期間，負荷側DC24V電壓下降明顯，SSI模塊的工作電壓在20 V左右(SSI的工作電壓為24 V)，電壓的變化可能造成SSI模塊或閘門開度編碼器的數據短時異常，以致#2、#3閘門的全開信號消失，而復位后閘門開度未達到大于10 300 mm的置位條件，因而全開信號消失。

為了避免電壓壓降對SSI模塊的影響，對SSI模塊電源回路進行了改造，重新取DC24 V電源；為了更好地了解并掌握閘門全開信號消失的原因，在程序中增加了開度跳變監視程序段，并增加了閘門全開復歸信號濾波功能。

(3)完善快速閉門功能。

進行快速閉門時，PLC 程序沒有相應的快速閉門輸入信號，程序將判斷為閘門下滑，并將進行自動下滑提升功能，進而將影響到閘門的快速閉門功能。

處理措施：增加程序段，用于判斷快速落門。程序段主要邏輯為：若閘門下滑大于200 mm 時開始計時，在6 s之內若出現閘門下滑大于300 mm 時，說明為快速落門，應閉鎖下滑提升控制回路；若6 s之后出現閘門下滑大于300 mm，不做任何控制。

(4)完善下滑啟門程序。

在#2 進水口閘門自動下滑啟門模擬試驗中發現#2 閘門無法進行下滑啟門。經檢查程序發現，自動方式下，當閘門開啟到達全開位置時，該程序只進行一次自動下滑提升功能使能；當閘門控制方式切為手動方式后，程序將失去自動下滑提升功能；當閘門控制方式再次切至自動方式時，由于自動下滑提升功能無法再次使能，將永久失去自動下滑提升功能。

處理措施：將閘門全開信號(模擬量判斷為全開、模擬量判斷為上限或開關量上限到達)串聯閘門自動或遠方信號用于自動下滑提升功能使能。每次當閘門控制把手切至自動或遠方位置、同時閘門處于全開狀態下，將進行自動下滑提升功能使能，使程序具有下滑提升功能。

4 結 語

經過上述優化和改造，滿足了閘門運行要求，同時對閘門控制系統中存在的不能自動回升和在改變閘門控制模式的狀況下不能投入的情況進行了程序上的完善，亦對編碼器電源回路進行了優化和程序內部完善數據監視告警功能，確保了閘門可靠穩定運行。筆者對以上改造情況進行了介紹，希望對新建電站或相關設備改造、完善提供參考與借鑒。