淺談納金電站集控改造中前池閘門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：西藏納金電站是老電站，裝機(jī)容量小，自動(dòng)化程度低，前池快速閘門控制系統(tǒng)為常規(guī)手動(dòng)控制，故障率高，文章主要介紹了系統(tǒng)改造過程中的施工經(jīng)驗(yàn)、新系統(tǒng)與流域集控中心連接方式和控制策略，該方案經(jīng)濟(jì)合理，系統(tǒng)運(yùn)行以來，運(yùn)行可靠性高，維護(hù)量少，滿足了電廠安全生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：閘門控制；編碼器；主令開關(guān)；PLC；遠(yuǎn)方操作

1 項(xiàng)目背景及目的

納金電站為西藏國(guó)網(wǎng)直孔公司下屬電站，距西藏拉薩市18公里，電站為順拉薩河建設(shè)的土石混合堤壩引水式電站，岸邊式廠房，電站于1965年建成投運(yùn)，電站裝機(jī)7800千瓦（6×13000千瓦）。2015年直孔公司計(jì)劃將納金電站接入拉薩集控中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方集中控制，但是由于納金站機(jī)組工作閘門控制方式是純手動(dòng)控制方式（由開關(guān)按鈕、繼電器和接觸器等簡(jiǎn)易元件組成），沒有遠(yuǎn)方控制及監(jiān)視功能，此系統(tǒng)還經(jīng)常出現(xiàn)回路及元器件故障，給安全生產(chǎn)帶來很大的安全隱患，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)要求，需要進(jìn)行改造。

2 具體的問題及分析

納金電站機(jī)組前池閘門控制設(shè)備從2007年投運(yùn)以來，至今已運(yùn)行8年之久，故障率高，自動(dòng)化程度低，維護(hù)工作量大且相關(guān)備件難采購(gòu)，不能滿足現(xiàn)在的安全生產(chǎn)要求和遠(yuǎn)方集控的技術(shù)要求，存在的安全隱患分析匯總?cè)缦拢?/p>

（1）啟閉控制系統(tǒng)為傳統(tǒng)的常規(guī)手動(dòng)控制方式，且元器件嚴(yán)重老化，全是硬接點(diǎn)信號(hào)上送。原閘門現(xiàn)地控制系統(tǒng)雖然留有遠(yuǎn)方接口，但未接線，閘門開度和限位開關(guān)動(dòng)作的不可靠，閘門啟閉仍由運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)操作，而機(jī)組開機(jī)需要的信號(hào)也需要在控制柜內(nèi)短接送出，運(yùn)行人員無法全面系統(tǒng)掌控啟閉機(jī)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，使全站設(shè)備監(jiān)控功能存在“死角”，不滿足水電站“少人值班、無人值守”集控要求。

（2）動(dòng)力電源系統(tǒng)沒有零線接入，零線直接采用接地代替，導(dǎo)致電壓降極度不穩(wěn)定，有時(shí)達(dá)到280VAV，嚴(yán)重影響設(shè)備安全。

（3）由于啟閉機(jī)投入年限長(zhǎng)，且為老式啟閉機(jī)，未考慮荷重的檢測(cè)功能，沒有過載保護(hù)功能，本次改造中需要增加此功能，利用檢測(cè)電機(jī)電流方式間接測(cè)量啟閉機(jī)荷重。

（4）原系統(tǒng)中上升下降等位置信號(hào)均由開度率定值控制，主令開關(guān)不但做冗余位置保護(hù)同時(shí)也是啟閉機(jī)極限保護(hù)的最后一道關(guān)口，作用十分重要，原主令開關(guān)為通過傳動(dòng)系統(tǒng)采用碰撞行程開關(guān)方式工作，經(jīng)勘測(cè)行程開關(guān)受氣候溫差大的影響損壞嚴(yán)重、觸點(diǎn)老化，機(jī)械機(jī)構(gòu)動(dòng)作不靈敏，存在安全隱患。

（5）原開度檢測(cè)儀是采集增量式編碼器信號(hào)經(jīng)行處理后以硬布線形式直接上送閘門LCU的方式，由于增量式編碼器本身存在的“無記憶”缺陷，使得裝置掉電后，無法準(zhǔn)確反映開度，使得閘門存在極大的安全隱患。

3 閘門控制系統(tǒng)改造方案

3.1 閘門控制系統(tǒng)組成及遠(yuǎn)方控制策略

閘門控制系統(tǒng)由控制箱、控制模塊、編碼器、主令控制器及通訊電纜組成，控制箱為壁掛式控制箱，內(nèi)部裝設(shè)滿足采集、現(xiàn)地控制、遠(yuǎn)方集控、通訊等功能，箱體面板設(shè)大尺寸、真彩人機(jī)交互設(shè)備。

新設(shè)計(jì)方案下，閘門控制系統(tǒng)與機(jī)組LCU通訊，參與到整個(gè)電站監(jiān)控系統(tǒng)中，在通過站控層通信網(wǎng)關(guān)與拉薩集控中心實(shí)現(xiàn)連接。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，閘門控制系統(tǒng)及時(shí)將各類故障信息、遙測(cè)遙信量上送機(jī)組PLC，遠(yuǎn)方正常開機(jī)令下達(dá)后，通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，最終由現(xiàn)地機(jī)組LCU執(zhí)行開機(jī)指令，先自檢前池閘門的工作狀態(tài)，若前池閘門為“全關(guān)”狀態(tài)，機(jī)組LCU會(huì)下達(dá)提閘門的指令，閘門“全開”后，會(huì)自動(dòng)進(jìn)入下面的開機(jī)流程，若出現(xiàn)提閘門不成功等各類故障，機(jī)組LCU會(huì)將故障信息上送到遠(yuǎn)方集控中心，集控中心運(yùn)行人員會(huì)通知現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員進(jìn)行檢查，及時(shí)消除缺陷。在機(jī)組過速事故情況下，機(jī)組機(jī)械保護(hù)動(dòng)作，會(huì)自動(dòng)下達(dá)落閘指令，切斷水流，確保機(jī)組安全。如圖1所示。

3.2 主要設(shè)備選型

根據(jù)西藏高海拔氣候特點(diǎn)及電站多年運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，主要電氣設(shè)備的選型需要滿足該控制系統(tǒng)的技術(shù)性能及參數(shù)指標(biāo)的要求，還須高海拔可靠性的要求，主設(shè)備及系統(tǒng)內(nèi)中所安裝的中間繼電器、開關(guān)、按鈕、指示燈等選用進(jìn)口或合資產(chǎn)品。

新方案采用的PLC為AB Micro850控制器，該控制器具有嵌入式輸入和輸出的經(jīng)濟(jì)型集成式控制器。根據(jù)控制器類型，它可以容納2到5個(gè)功能性插件模塊。Micro850控制器具有可擴(kuò)展特性，能額外支持四個(gè)擴(kuò)展I/O模塊，支持嵌入式以太網(wǎng)。

開度編碼器采用絕對(duì)值多圈編碼器EAMS58系列，編碼唯一不重復(fù)，無需記憶。測(cè)量范圍大，安裝時(shí)不必要費(fèi)勁找零點(diǎn)，簡(jiǎn)化安裝調(diào)試難度。

原裝置主令開關(guān)采用的DXZ型主令開關(guān)，該型號(hào)主令開關(guān)采用塑料凸輪，在西藏地區(qū)溫差變化極大的情況下極容易暴裂損壞。現(xiàn)采用QGX-A-40絲桿主令控制器，能與絕對(duì)值光電編碼器組裝成套。這種絲桿式主令控制器，安裝方便，從測(cè)量工作原理上克服了傳統(tǒng)凸輪式主令開關(guān)的缺點(diǎn)，調(diào)整方便，重復(fù)精度誤差小，在技術(shù)指標(biāo)上全面超越原凸輪式主令控制器。

3.3 安裝注意事項(xiàng)

由于編碼器和主令開關(guān)的更換，原控制柜已不適用，須進(jìn)行更換。更換后的控制柜仍采用常規(guī)控制方式，開度儀表采用SSI開度儀對(duì)編碼器信號(hào)進(jìn)行處理，荷重信號(hào)也采用電流間接方式反映，全開、全關(guān)信號(hào)為硬接點(diǎn)方式，而閘門開度、荷重則采用通訊上送，充分利用LCU現(xiàn)有資源。

硬接點(diǎn)上送電纜已布置，但遠(yuǎn)方控制電纜和通訊電纜需要重新布置，布置起止位置為閘門現(xiàn)地控制柜至相應(yīng)機(jī)組LCU屏，現(xiàn)機(jī)組LCU通訊預(yù)留接口有4個(gè)，而模擬量接口已用完，因而采用通訊上送。納金站本次擬改造的機(jī)組設(shè)備較多，擬將進(jìn)水口閘門、調(diào)速器油壓、頂蓋排水裝置采用一根RS485總線方式上送至機(jī)組LCU、通訊協(xié)議采用MODBUS RTU。

4 結(jié)束語(yǔ)

納金電站閘門控制系統(tǒng)改造安裝調(diào)試完成后，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行單位、機(jī)組控制單元、電廠站控層、集控中心四個(gè)層級(jí)的設(shè)備組成整體的控制網(wǎng)絡(luò)，提高了電站管理水平和自動(dòng)化水平，目前系統(tǒng)運(yùn)行良好，此方案具有技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，通過本次改造，不僅解決了閘門控制系統(tǒng)存在的安全隱患，而且提供了電站接入集控中心的技術(shù)可能性。