灘坑水電站溢洪道弧形閘門(mén)控制系統(tǒng)改造

灘坑水電站溢洪道弧形閘門(mén)控制系統(tǒng)改造摘要：溢洪道弧形閘門(mén)的安全可靠直接關(guān)系到電廠的生產(chǎn)效益和設(shè)備安全，閘門(mén)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是在洪水來(lái)臨時(shí)保證水庫(kù)大壩安全的重要條件，本文主要介紹通過(guò)對(duì)閘門(mén)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高閘門(mén)運(yùn)行的可靠性和安全性。關(guān)鍵詞：弧形閘門(mén)，控制系統(tǒng)，溢洪道，開(kāi)度偏差，改造Abstract：Thesafetyandreliabilityofthearcgateofthespillwayisdirectlyrelatedtotheproductionefficiencyandequipmentsafetyofthepowerplant.Thesafeandstableoperationofthegateisanimportantconditionforensuringthesafetyofthedamintheflood.ThisarticlemainlyintroducestheimprovementofthegatebyimprovingthegatecontrolsystemReliabilityandsafetyofoperation.Keywords:Curvedgate,controlsystem,spillway,Openingdeviation,renovation概述灘坑水電站位于浙江省青田縣境內(nèi)的甌江支流小溪中游河段，是甌江流域水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)規(guī)劃中的一座重要骨干電站，于2009年全部建成投產(chǎn)發(fā)電。電站裝機(jī)3臺(tái)單機(jī)200MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，外加一臺(tái)4MW的生態(tài)小機(jī)組。多年平均發(fā)電量10.23億千瓦時(shí)，年利用小時(shí)1705。在浙江電網(wǎng)內(nèi)發(fā)揮重要作用，既有發(fā)電、調(diào)峰、調(diào)相功能，又有防洪抗災(zāi)能力的綜合利用效益。溢洪道弧形閘門(mén)作為重要的防汛設(shè)備，是防止水庫(kù)漫壩的關(guān)鍵設(shè)施，其控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行是水庫(kù)安全度汛的重要保障。灘坑水電站溢洪道共有6扇弧形閘門(mén)，每扇弧形閘門(mén)由一臺(tái)QHLY2X1250—9.0型雙杠同步液壓?jiǎn)㈤]機(jī)控制，共有6套設(shè)備，每個(gè)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)均已配備一套動(dòng)力柜，提供兩路電站電源，兩臺(tái)電機(jī)均采用星三角啟動(dòng)方式。每套設(shè)備的液壓系統(tǒng)、閘門(mén)開(kāi)度檢測(cè)裝置和電氣控制系統(tǒng)等組成一個(gè)現(xiàn)地控制站。溢洪道控制系統(tǒng)用以控制溢洪道工作弧門(mén)的正常啟閉操作，系統(tǒng)具有現(xiàn)地自動(dòng)、手動(dòng)及遠(yuǎn)方操作功能，并實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和糾偏功能。改造前控制系統(tǒng)情況溢洪道弧形閘門(mén)控制系統(tǒng)自2009年安裝使用以來(lái)，存在以下幾個(gè)主要問(wèn)題：閘門(mén)開(kāi)度檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)閘門(mén)開(kāi)度檢測(cè)和雙缸行程同步偏差檢測(cè)功能，但現(xiàn)用設(shè)備存在易損壞的缺點(diǎn)，投產(chǎn)至今已損壞并更換數(shù)個(gè)傳感器。同時(shí)開(kāi)度檢測(cè)裝置存在測(cè)量偏差，測(cè)量數(shù)據(jù)存在較大的波動(dòng)，在閘門(mén)自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)由于左右缸行程偏差波動(dòng)而造成誤糾偏的情況，極易造成閘門(mén)水封磨損甚至閘門(mén)卡死的情況，不利于閘門(mén)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。閘門(mén)開(kāi)度傳感器安裝在主油缸旁的副油缸內(nèi)，安裝位置作業(yè)危險(xiǎn)性較大，不利于日常維護(hù)檢修工作。閘門(mén)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)不合理，開(kāi)度檢測(cè)計(jì)算程序未能完全正確計(jì)算兩側(cè)油缸行程，對(duì)閘門(mén)的正常啟閉存在影響。閘門(mén)控制程序的糾偏功能不完善，造成閘門(mén)啟閉過(guò)程中不能正確的進(jìn)行糾偏工作，糾偏效果不好，會(huì)造成閘門(mén)不能正常自動(dòng)啟閉。項(xiàng)目改造的方案溢洪道弧形閘門(mén)改造項(xiàng)目主要由閘門(mén)控制系統(tǒng)設(shè)備改造及其安裝調(diào)試項(xiàng)目組成。溢洪道弧形閘門(mén)控制系統(tǒng)主要由一套現(xiàn)地電氣控制柜及2套閘門(mén)開(kāi)度（行程）檢測(cè)裝置組成。現(xiàn)地電氣控制柜內(nèi)包括PLC、液晶顯示屏、繼電器、控制開(kāi)關(guān)、指示燈、UPS電源等自動(dòng)化元件。PLC設(shè)備采用Schneider的M340系列PLC可編程控制器、并配置相應(yīng)開(kāi)關(guān)量和模擬量輸入輸出模塊來(lái)監(jiān)視和控制閘門(mén)及油泵的運(yùn)行和信號(hào)的上送。并配置一個(gè)高速計(jì)數(shù)模塊用以計(jì)算閘門(mén)的左右缸位移，再換算成閘門(mén)左右開(kāi)度，通過(guò)兩者的偏差來(lái)進(jìn)行閘門(mén)的糾偏控制，將閘門(mén)左右開(kāi)度取平均值作為閘門(mén)開(kāi)度。閘門(mén)控制系統(tǒng)的所有信息和操作均可以在控制柜的觸摸屏上進(jìn)行，使控制系統(tǒng)更加直觀，工作人員可以全面的掌握閘門(mén)系統(tǒng)的情況。通過(guò)PLC編制程序?qū)崿F(xiàn)閘門(mén)的運(yùn)行控制。閘門(mén)開(kāi)度（行程）檢測(cè)裝置采用LENORD+BAUER轉(zhuǎn)速和多通道傳感器GEL2478系列，具體型號(hào)為2478XWP400KANK02。電源電壓10-30VDC，輸出信號(hào)為帶90°相位偏置的雙通道電壓輸出（HTL），并帶有方向信號(hào)。傳感器帶有防水密封罩，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP68，可以有效的防止外界的條件對(duì)測(cè)量精度和穩(wěn)定性的影響。方位置），密封壓蓋上已配置傳感器安裝孔，并已在陶瓷活塞桿上加工位移檢測(cè)用螺紋，可實(shí)現(xiàn)陶瓷活塞桿伸縮時(shí)傳感器的行程檢測(cè)，通過(guò)高低電平信號(hào)輸入至PLC高速計(jì)數(shù)模塊，并通過(guò)PLC計(jì)算油缸行程。相對(duì)于原開(kāi)度傳感器安裝在液壓缸缸筒尾部（圖2中上方位置）主油缸旁的副油缸內(nèi)，該處有較寬的平臺(tái)并帶有欄桿可以系安全帶，便于日常進(jìn)行維護(hù)檢修。圖2.傳感器安裝位置比較控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能閘門(mén)操作功能閘門(mén)控制系統(tǒng)具有現(xiàn)地手動(dòng)運(yùn)行、現(xiàn)地自動(dòng)運(yùn)行及遠(yuǎn)方自動(dòng)運(yùn)行功能。在正常情況下自動(dòng)運(yùn)行為主，在觸摸屏上設(shè)置閘門(mén)開(kāi)度值并下令后油泵自動(dòng)運(yùn)行，油泵啟動(dòng)完成后閘門(mén)啟閉電磁閥動(dòng)作，閘門(mén)自動(dòng)運(yùn)行。在自動(dòng)方式失靈、設(shè)備調(diào)試以及在PLC故障時(shí)可進(jìn)行手動(dòng)操作，手動(dòng)操作需注意進(jìn)行手動(dòng)糾偏。也可通過(guò)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)方操作，監(jiān)控系統(tǒng)可下發(fā)閘門(mén)造作指令，有現(xiàn)地閘門(mén)控制柜實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的制動(dòng)啟閉操作。操作方式采用手動(dòng)閉鎖自動(dòng)，現(xiàn)地閉鎖遠(yuǎn)方的方式。糾偏功能閘門(mén)控制系統(tǒng)設(shè)置有左、右糾偏調(diào)節(jié)電磁閥，可隨時(shí)連續(xù)調(diào)節(jié)左、右油缸速度，在閘門(mén)啟、閉過(guò)程中，可通過(guò)手動(dòng)按鈕調(diào)節(jié)，也可以在自動(dòng)方式下，使左、右偏差控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。當(dāng)閘門(mén)左右開(kāi)度偏差值^15mm時(shí)，閘門(mén)糾偏電磁閥動(dòng)作，調(diào)整液壓缸有桿腔進(jìn)、出油量，使左右偏差達(dá)到5mm，糾偏調(diào)節(jié)停止；當(dāng)閘門(mén)左右開(kāi)度偏差±30mm時(shí)，自動(dòng)停止并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。閘門(mén)下滑自動(dòng)提升功能閘門(mén)在非全關(guān)狀態(tài)時(shí)因液壓系統(tǒng)泄漏等原因使閘門(mén)下沉^lOOmm或閘門(mén)左右開(kāi)度偏差值±15mm時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)油泵，將閘門(mén)提升至原設(shè)定開(kāi)度或進(jìn)行自動(dòng)糾偏使開(kāi)度偏差值W5mm并發(fā)出故障和報(bào)警信號(hào)。數(shù)據(jù)采集及處理功能閘門(mén)開(kāi)度通過(guò)采用LENORD+BAUER轉(zhuǎn)速和多通道傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量，并送入PLC模塊進(jìn)行計(jì)算和處理。系統(tǒng)壓力測(cè)量采用SCPSD-250-14-15壓力變送器，模擬量信號(hào)4-20mA接入PLC的模擬量輸入?？?，在程序中設(shè)置好壓力變送器量程0-25MPA，在觸摸屏上進(jìn)行系統(tǒng)壓力的監(jiān)視并通過(guò)模擬量輸出模塊將系統(tǒng)壓力和閘門(mén)開(kāi)度送至電廠監(jiān)控系統(tǒng)。采用壓力開(kāi)關(guān)采集系統(tǒng)、油缸的壓力信號(hào)，并將信號(hào)送入PLC參與邏輯控制。保護(hù)和報(bào)警功能在閘門(mén)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在觸摸屏及操作面板指示燈發(fā)出報(bào)警信號(hào)并上送至電廠監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)查看觸摸屏上報(bào)警歷史報(bào)警信息。在閘門(mén)運(yùn)行過(guò)程中，若油泵出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將自動(dòng)停止故障油泵的運(yùn)行，自動(dòng)投入備用油泵運(yùn)行，并繼續(xù)完成閘門(mén)的啟閉過(guò)程。軟件保護(hù)功能：PLC軟件具有故障自診斷功能，對(duì)PLC模塊故障、測(cè)量檢測(cè)回路斷線(xiàn)等故障能及時(shí)判斷，通過(guò)PLC及時(shí)報(bào)警。通信接口功能每個(gè)現(xiàn)地控制單元都配置一臺(tái)交換機(jī)，可以通過(guò)TCP/IP協(xié)議與全廠監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。改造后效果評(píng)價(jià)該控制系統(tǒng)改造后閘門(mén)運(yùn)行穩(wěn)定、順暢，糾偏效果良好，有效的提高了閘門(mén)控制的可靠性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮了系統(tǒng)的容錯(cuò)性能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的容錯(cuò)分級(jí)控制。在緊急情況或遠(yuǎn)方網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)可以在現(xiàn)地實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的手動(dòng)操作，保障設(shè)備的安全運(yùn)行。控制系統(tǒng)采用高性能的PLC設(shè)備進(jìn)行控制，增強(qiáng)了系統(tǒng)的自診斷設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了設(shè)備的故障檢測(cè)報(bào)警及應(yīng)急處理功能。參考文獻(xiàn)：蔡劍鋒，沈翔，譚大基.陶瓷活塞桿液壓