凌津灘水電廠泄洪閘電氣部分改造

韓 勇

（湖南五凌電力有限公司凌津灘水電廠，湖南 常德415700）

0 引言

泄洪閘系統在水電廠的安全運行中起著至關重要的作用，泄洪閘的安全穩定運行是保證水電廠安全運行的基礎。早期設計的泄洪閘系統基于PLC控制，采用單獨上位機控制系統進行遠程或現地自動控制，未能與水電廠動態負荷和水位聯動實時聯動，閘門開啟與關閉靠運行人員實時調節，運行人員勞動強度大。動力部分采用常規接觸器拖動電機方式，對于大電機，大啟動力矩而言，瞬時啟動電流偏大，接觸器燒壞是普遍存在的問題。本文將通過凌津灘水電廠泄洪閘電氣部分改造探討這兩個問題的解決。

1 凌津灘水電廠泄洪閘簡介

凌津灘泄洪閘布置在河床偏右側，為14孔開敞式溢洪閘，每孔壩段長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。

閘門所用啟閉機都是采用盤香式卷揚啟閉機，控制回路采用可編程控制系統。每扇配置1臺盤香式啟閉機用于操作閘門的啟閉，該啟閉機設置于壩頂67.00 m高程平臺上，閘門動水啟閉，額定啟閉力為2×2 000 kN，揚程為27.00 m。每孔泄洪閘配備2臺起升電機（55 kW）、2臺潤滑油泵電機（2.2 kW）和2臺制動器電機。啟閉機的常規操作在中控室泄洪閘上位機和現地控制屏上進行，根據下泄流量決定閘門開啟的高度和開啟的孔數，允許2臺啟閉機同時開啟。

整個啟閉機由卷揚機裝置、二級減速傳動機構、機架、電力拖動和控制裝置等組成。啟閉機保護裝置包括過流、欠壓、過載、過速、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。由于閘門主電機采用繞線電機轉子串電阻級差調速，啟動換擋抖動大，易引起泄洪閘一級減速器損壞，下降啟動時為防止溜鉤，瞬間單相短接制動，該啟動方式線路沖擊電流極大，容易引起主接觸器燒壞。

2 閘門計算機監控系統的結構

本電廠閘門計算機監控系統按功能分布和控制對象分布，監控系統劃分為集控層、廠站層和現地層三個功能層次，系統結構為光纖交換式以太網方案。閘門計算機監控系統采用開放式分層、全分布的系統結構，數據庫實行分布管理方式。計算機監控系統按網絡結構分為三層：集控層、廠站層和現地層。按設備布置分為三級：集控級設備、廠站級設備、現地級設備。

3 閘門計算機監控系統的控制與調節

計算機監控系統控制調節方式分為控制方式和調節方式兩類。控制方式包括現地控制、廠控和集控，調節方式也包括現地調節、廠控調節和集控中心調節三個層次。

控制調節權限按現地級、廠控級、集控級的順序從高到低，控制調節權限通過各層設置的“現地/遠方”切換開關或“廠控/集控”進行切換，并有相應的閉鎖。原則上，上一層可以要求下一層切換控制調節權，下一層應按上一層的要求切換控制調節權，只有當下一層的控制調節權切換到上一層，上一層才能進行控制和調節。

監控系統的控制權管理采取現地優先的原則。優先設置權依次為現地單元控制級、廠控主控級及集控主控級。電廠調度人員可隨時將控制權切至廠控現地級。當控制權在集控級時，電廠調度人員可隨時將控制權切至廠控主控級。當系統控制權在現地主控級或現地時，廠控級和集控級系統僅有監視權。控制權由高到低的順序是：現地控制級、廠控主控級、集控主控級。

4 泄洪閘電氣控制部分

泄洪閘現地控制單元采用可編程控制器控制方式設計，完成對泄洪閘的數據采集及數據預處理，負責向網絡傳送數據信息，并自動服從上位機的命令和管理。具有控制、調節操作和監視功能，現地配備與PLC配套的觸摸屏，當與上位機系統脫機時，具有現地監視和控制功能。并與泄洪閘監控系統上位機使用光纖通信，完成接收廠主控級、集控主控級或現地觸摸屏發來的信息，進行控制與調節。

5 泄洪閘動力部分

此次改造重點及難點在于電機運行方式的確定，沿用原設計方案將不可避免發生接觸器燒壞故障，給泄洪閘的安全穩定運行帶來極大隱患。交流變頻調速技術是集成電力電子、自動控制、微電子、電機學等新興技術，其調速性能優良、節電效果好、效率高，是較理想的電氣傳動方案[1]。經多方論證，電機采用變頻器拖動方式，且采用2臺電機共用1臺變頻器方案，可有效避免同步性問題。本次技術改造選用ABB公司生產的ACS880-01型變頻器，額定功率為160 kW，變頻器帶主電機啟動采用一拖二控制方式。變頻器由微處理器控制，并采用具有現代技術水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件，它的運行可靠性較高和功率輸出具有多種方式，其脈沖寬度調制的開關頻率是可選的，能降低電動機運行的噪聲。變頻器提供了過電壓/欠電壓保護、變頻器過熱保護、接地故障保護、短路保護、電動機過熱保護及PTC/KTY電動機保護等，保護功能齊全。

6 泄洪閘工業電視系統

14孔閘門高清攝像頭，通過光纖接入現有全廠視頻監控系統，控制中心可顯示、抓拍、存儲、檢索、回放各區域的所選攝像機實時圖像，可遠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。系統實行操作權限管理，按工作性質對每個用戶賦予不同權限等級，系統登錄、操作應進行權限查驗，所有重要操作，如登錄、控制、布撤防、退出、報警確認等，均有操作記錄，系統可對操作記錄進行查詢和統計。

7 泄洪閘監控系統上位機系統

（1）配置操作員站2套，實現操作員站對現地泄洪閘門監視與控制，并通過原有的計算機監控系統完成閘門數據采集和存儲，再通過集控通信服務器上送至五凌集控中心H9000計算機監控系統，實現廠站和集控H9000系統對閘門的監視和控制。

（2）閘門聯動高級功能設計

1）正常情況下，當水位過高時提門：電廠側監視水庫水位，設置警戒水位，當水位達到警戒水位時，程序發出告警信息提示調度人員。當達到提門水位時，程序設置倒計時，并間隔提醒，計時滿后，程序下發指令進行提門操作，期間操作員可以干預終止提門預警和提門操作。達到提門水位，啟動閘門高度至設置高度。

2）事故緊急情況下，應急提門：在電廠和集控側計算機監控系統上位機分別布置應用程序，實時監測水庫水位、機組發電工況、泄洪閘門開度和斷路器位置等信號，同時綜合考慮機組甩負荷、全廠失電、下游供水流量低等特殊情況，當達到預設的動作條件時自動生成閘門調度方案并啟動緊急泄洪流程和聲光告警，防止水庫水位超過警戒線，發生水漫大壩或是不能及時向下游供水造成下游斷流的事件。水位判斷準則：留有一定的預留幅度。

3）閘門啟閉要求：當有廠用電時,閘門啟閉策略為查策略表后一次性將開度值下發，當沒有廠用電，采用柴油發電機時，閘門啟閉一次只啟閉一孔，一次操作結束后再操作下一閘門，操作順序按照預先設置執行。

4）水位監視：全廠采用3套測量原理不同水位計，分別對水位進行測量。新采集的水位數據與有效水頭比，如果差值超過設置值，該水位值將會被濾掉，并報“水位計X號變化過大”，對于變化在0.1 m內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，上位機報“X號水位計信號異常”報警，如果3套水位計均通道故障，退出FGC，報警“3套水位計通道故障”。當計算水位值超過設置時間未更新時，報警“超過X秒水位未更新”，并間隔報警“水位不刷新將退FGC”，5 min后退出FGC功能。無論閘門開啟與否，水位低于50 m，間隔報警“上游水位低告警”。

8 結語

凌津灘水電廠泄洪閘電氣部分改造完成后，經實際檢驗，運行狀態良好，維護簡單，方便，日常維護量大大降低，提高了本廠的安全穩定性。加之泄洪閘相關數據接入全廠計算機監控系統，為日后大數據分析打下了基礎。