錦屏一級水電站進(jìn)水口閘門控制系統(tǒng)優(yōu)化探討

李 士 哲

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司錦屏水力發(fā)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(nèi)，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(fā)中的龍頭電站，水庫正常蓄水位高程1 880 m，相應(yīng)庫容77.6億m3，調(diào)節(jié)庫容49.1億m3，為年調(diào)節(jié)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(fā)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(jī)容量為600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量3 600 MW，年平均發(fā)電量為166.2億kW·h。

錦屏一級水電站汛期6～9月按調(diào)度要求蓄水和發(fā)電，一般承擔(dān)系統(tǒng)基、腰荷。平水期當(dāng)入庫流量大于電站引用流量時擔(dān)負(fù)基荷；入庫流量小于電站引用流量時承擔(dān)腰荷。枯水期電站進(jìn)行日調(diào)節(jié)，承擔(dān)系統(tǒng)腰、峰荷。

2 系統(tǒng)組成

錦屏一級水電站大壩進(jìn)水口快速門4 500/11 000 kN液壓啟閉機(jī)油缸安裝在大壩右岸，引水發(fā)電系統(tǒng)的地下廠房布置在右岸，地下廠房安裝有6臺、單機(jī)功率為600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。快速門油缸裝設(shè)于進(jìn)水口快速門頂部1 883 m 高程機(jī)架上，泵站布置在位于進(jìn)水塔中部的泵房內(nèi)，本機(jī)在水輪發(fā)電機(jī)組或引水道發(fā)生事故時可現(xiàn)場和遠(yuǎn)方控制關(guān)閉進(jìn)水口快速閘門，切斷水流，防止事故擴(kuò)大 。

進(jìn)水口共布置有六臺液壓啟閉機(jī)，設(shè)有兩套油泵站，每套泵站控制三臺液壓啟閉機(jī)。每個油泵站的油泵電機(jī)為兩組，互相備用。正常工作時，兩組油泵電機(jī)組同時投入工作，啟閉速度為正常值；一套油泵電機(jī)組出現(xiàn)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(hù)檢修方便，其余控制閥組為單獨設(shè)置。

HPCG閘門液壓啟閉機(jī)控制裝置的測控核心為PLC，其負(fù)責(zé)所有信息的處理。將所有檢測開關(guān)量送入PLC開關(guān)量模塊，傳感器測得的系統(tǒng)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理。預(yù)制程序根據(jù)采集到的狀態(tài)和處理后的數(shù)據(jù)完成閘門系統(tǒng)的自動測量控制，實現(xiàn)閘門的開啟關(guān)閉。PLC還將數(shù)據(jù)上送至觸摸屏，顯示系統(tǒng)壓力、油箱油位、油缸位移和閘門開度以及各種運行狀態(tài)信號等，并采用通訊量和開關(guān)量上送至LCU。

3 問題分析與處理

(1)補(bǔ)油閥閥芯動作不到位問題的分析與處理。

在進(jìn)行進(jìn)水口#2閘門起落門試驗過程中, 在#2閘門高位補(bǔ)油箱進(jìn)行補(bǔ)油時發(fā)現(xiàn)補(bǔ)油閥閥芯動作不到位，導(dǎo)致補(bǔ)油效率低，補(bǔ)油時間遠(yuǎn)超正常補(bǔ)油時間。補(bǔ)油時，液壓泵站的系統(tǒng)壓力由11.5 MPa變?yōu)?3.2 MPa。

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

進(jìn)水口液壓啟閉機(jī)1號控制柜DC24 V電源系統(tǒng)由S1+、S2+、S3+、PS2+四部分構(gòu)成，S1+為PLC DC24 V電源，S3+為屏外元件DC24 V電源，S2+為屏內(nèi)元件DC24 V電源，PS2+為S2+電源的一部分，S2+電源經(jīng)過緊急停機(jī)按鈕后變?yōu)镻S2+,為#1、#2泵控制電源、#1、#2、#3為進(jìn)水口閘門控制閥組的控制電源，其中補(bǔ)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(jìn)行檢查時發(fā)現(xiàn)，S2+電源對0 V電壓按照一定規(guī)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(jù)上述檢查，對補(bǔ)油箱電磁閥電源回路進(jìn)行了優(yōu)化(圖1、2為電源回路優(yōu)化前后對比)，重新引一路電源至補(bǔ)油箱電磁閥，以避免并聯(lián)較多回路后出現(xiàn)壓降導(dǎo)致電磁閥閥芯動作不到位的現(xiàn)象。

(2)全開信號消失問題的分析與處理。

進(jìn)行進(jìn)水口#1閘門停門操作時，CCS報“壩區(qū)1-3#進(jìn)水口主油箱油溫異常報警、壩區(qū)1-3#進(jìn)水口綜合故障報警、壩區(qū)3#進(jìn)水口閘門全開退出、三號機(jī)組進(jìn)水口快速閘門全開退出”，現(xiàn)地檢查三號機(jī)進(jìn)水口快速閘門開度為10 239 mm，全開指示燈熄滅。復(fù)歸報警信號后，三號機(jī)進(jìn)水口快速閘門全開指示燈仍熄滅。操作進(jìn)水口#1閘門落門至全關(guān)位置時CCS報“壩區(qū)進(jìn)水口#2閘門全開退出”，檢查閘門開度為10 259 mm，未達(dá)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(dá)。

圖2 電源回路優(yōu)化后線路圖

進(jìn)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(fù)荷側(cè)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(shù)據(jù)短時異常，以致#2、#3閘門的全開信號消失，而復(fù)位后閘門開度未達(dá)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(jìn)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(jiān)視程序段，并增加了閘門全開復(fù)歸信號濾波功能。

(3)完善快速閉門功能。

進(jìn)行快速閉門時，PLC 程序沒有相應(yīng)的快速閉門輸入信號，程序?qū)⑴袛酁殚l門下滑，并將進(jìn)行自動下滑提升功能，進(jìn)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(nèi)若出現(xiàn)閘門下滑大于300 mm 時，說明為快速落門，應(yīng)閉鎖下滑提升控制回路；若6 s之后出現(xiàn)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(jìn)水口閘門自動下滑啟門模擬試驗中發(fā)現(xiàn)#2 閘門無法進(jìn)行下滑啟門。經(jīng)檢查程序發(fā)現(xiàn)，自動方式下，當(dāng)閘門開啟到達(dá)全開位置時，該程序只進(jìn)行一次自動下滑提升功能使能；當(dāng)閘門控制方式切為手動方式后，程序?qū)⑹プ詣酉禄嵘δ埽划?dāng)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(guān)量上限到達(dá))串聯(lián)閘門自動或遠(yuǎn)方信號用于自動下滑提升功能使能。每次當(dāng)閘門控制把手切至自動或遠(yuǎn)方位置、同時閘門處于全開狀態(tài)下，將進(jìn)行自動下滑提升功能使能，使程序具有下滑提升功能。

4 結(jié) 語

經(jīng)過上述優(yōu)化和改造，滿足了閘門運行要求，同時對閘門控制系統(tǒng)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(jìn)行了程序上的完善，亦對編碼器電源回路進(jìn)行了優(yōu)化和程序內(nèi)部完善數(shù)據(jù)監(jiān)視告警功能，確保了閘門可靠穩(wěn)定運行。筆者對以上改造情況進(jìn)行了介紹，希望對新建電站或相關(guān)設(shè)備改造、完善提供參考與借鑒。