田心節制閘重建工程電氣自動化設計

張水鳳

( 韶關市水利水電勘測設計咨詢有限公司汕頭分公司，廣東 汕頭 515041)

1 工程概述

田心節制閘原名南山節制閘位于隴田鎮，是汕頭市潮南區練江南山截洪工程的組成部分，該閘為南山截流擴寬工程入海口的最后一座節制閘,距離出海口約3.10 km。田心節制閘始建于1975年，1976年建成，由當地政府自發組織群眾土法修建。1983年混凝土閘板拆除成為開敞式水陂，啟閉機閑置，后海門灣大閘啟閉機故障，拆除田心節制閘啟閉機至海門灣大閘使用，故現狀缺失幾臺啟閉機[1]。

本工程屬Ⅲ等中型工程，洪水標準為20a一遇，主要建筑物級別為3級,水閘共5孔，泄洪總凈寬40m，單孔凈寬8m。節制閘采用原址重建，主要的建筑物包括節制閘、連接翼墻、管理樓等，考慮節制閘原有兩岸交通的連接，且交通橋為部隊戰備交通，故交通橋軸線不變。

2 重建工程電氣自動化設計

2.1 接入電力系統方式設計

田心節制閘電源線路擬采用1回架空線路接入附近10 kV線路(擬接入110 kV田心變電站10 kV永安線花古巖支線，原供電線徑120 mm2，供電距離開列100m，具體接入點以供電部門為準)，在水閘旁邊新增一變壓器臺供本期的設備用電。

2.2 供電方式

水閘負荷為三級負荷，根據用電負荷及運行情況，經初步分析，擬采用一臺SH15-160/10 160 kVA變壓器變低到低壓配電箱給各功能房、照明等供電。并配備一臺常用功率為103 kW、備用功率為116 kW的柴油發電機組，作為失去電網電源時確保水閘安全啟閉的備用電源。市電與柴油機之間通過轉換開關切換。

2.3 電氣主接線設計

主接線方案考慮采用：10kV線路接入電源，以架空線路方式經高壓隔離開關及熔斷器至變壓器降至0.4kV。低壓側0.4kV采用單母線接線，由變壓器 0.4kV側采用低壓電纜接入低壓配電箱，由配電箱分別供電給各功能房[2]。

2.4 自動化系統設計

2.4.1 操作電源

此工程二次控制和斷路器的操作電源，采用 220 V直流電源，供控制、操作、保護、信號、事故照明等負荷，監控系統對操作電源的穩定性和可靠性要求高，選用一套高頻開關直流電源裝置，型號為GZDW-100AH/220V。具有穩壓精度高、紋波系數、可靠性高等優點。

此外，設1套15kVA的在線式UPS(不間斷電源裝置)向計算機監控后、中控室保護屏、LCU屏等設備供電，還可以作為事故照明的備用電源。此裝置不自帶電池，采用廠用電和直流220V雙供電方式，直流電源取自直流裝置的電池屏。當市電輸入正常時，UPS 將市電穩壓后供應給負載使用，當市電中斷( 事故停電)時， UPS 立即將直流蓄電池的電能，通過逆變轉換的方法向負載繼續供應220 V交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。

2.4.2 水閘管理信息系統

此工程水閘自動控制系統主要有5扇水閘工作門等設備的自動控制。

水閘監控系統采用符合開放系統國際標準的開放式環境下全分層分布式計算機監控系統，分為現地層和中控層。

2.4.2.1 水閘現地層

水閘工作門均為平板鋼閘門，配固定式卷揚機，采用一門一機形式，閘門現地層采用現地控制和現地集控兩種操作控制方式。

閘門現地自動控制的核心是PLC控制，從第1扇至第5扇閘門設置1套PLC現地控制箱，共5臺。可實現閘門現地控制，也可在遠方進行微機控制，閘站現地控制具有優先控制權。

為實現水閘的現地集中控制，水閘第1#扇閘門現地控制單元亦作為現地集控單元,水閘現地集控單元均可對其余4扇閘門進行集中控制。為便于現場操作人員監視與操作，在集控屏設置1臺圖形操作面板(GP)。

現地控制箱與現地集控柜之間通過雙絞線或光纜連接，現地集控柜配置小型以太網交換機，并通過光纜接入管理樓中控室以太網交換機，實現與中控層通信，傳送各閘門運行信息，并接受中控層對各閘門的遠方控制命令[3]。

現地PLC控制箱由接觸器、熱繼電器、電源模塊、CPU模塊、I/O模塊、以太網通訊模塊、顯示/控制面板、遠方/就地切換開關、UPS設備、手動操作按鈕/開關等組成。現地集控柜配置10/100 M小型以太網交換機和圖形操作面板。

當各閘門處于遠方控制時，通過接收監控主機/操作員工作站下發的操作命令，由集控柜傳輸至各臺啟閉機的現地控制箱來實現閘門的控制；處于現地控制時，可通過集控柜的圖操作面板或閘門現地控制箱的顯示/控制面板輸入操作命令由PLC來完成閘門的控制，或者通過手動操作按鈕/開關完成閘門的控制。

檢修閘門采用手動現地操作控制，不參與水閘的集中調度控制，其電控設備隨機配套。

2.4.2.2 中控層

水閘的現地集控柜內配置10/100 M小型以太網交換機，通過光纜，接入中控室的以太網交換機，實現水閘現地層與中控層之間通信，傳送各閘門運行信息，并接受中控層對各閘門的遠方控制命令。光纜沿電纜溝和工程建筑物埋管敷設。

水閘中控層設在管理樓內，中控室配置有一套服務器/工作站、網絡交換機、打印機、UPS電源、語音報警裝置及光纖傳輸等設備。工作站主要用于顯示、操作各閘門啟閉機運行，模擬閘門動作過程。并兼作為通信工作站：管理、監控系統權限等參數設置；并預留與上級通訊接口[4]。

2.4.3 視頻監控系統

視頻監控系統作為運行和管理的輔助手段，此工程設置簡易視頻監控系統，主要對此工程水閘重要機電設備和水工建筑物的運行狀況進行監視，分為現地層和監控層。

此工程視頻監視共設置7個監視點，在水閘上游、水閘下游各設1個監測點，閘室設3個監視點，柴油發電機室、管理樓入口各設1處監視點。監視后臺設備布置在管理樓。

視頻監控系統主要由3部分組成：第1部分安裝監控前端設備-攝像機、CCTV箱和云臺等；第2部分為傳輸網絡，主要完成將前端設備的音視頻信號和監控信號傳輸到中控室，并預留遠程傳輸接口，傳輸介質采用同軸電纜或光纖；第3部分為監控中心，主要包括數字硬盤錄像機、60“彩色圖像監視器、100M/1000M網絡交換機(與計算機監控系統共用)、視頻工作站、視頻分配器、大屏幕等設備組成。

現地監視層負責采集現場各監視點圖像，通過光纜將其匯集到視頻分配器，分別接入硬盤錄像機和DLP大屏幕，經數字化后圖像傳輸至數字網，并預留與調度管理中心通信的網絡接口。

2.4.4 水雨情測報系統

水雨情自動測報系統采用分層分布式的網絡結構，包括測站層和監測中心站層。測站層由數據傳感器和數據采集裝置組成；監測中心站層服務器、水情工作站、網絡交換機、打印機、UPS電源設備(由網絡通信系統統一配置)、GPS時鐘設備(與網絡通信系統共用)等組成。

數據采集裝置通過網絡交換機與水情工作站連接。

根據相關專業要求，結合本工程運行調度的實際需要，此工程水雨情測報系統所需的雨量計、水位計(監測雨量、水位)和水位尺(人工及視頻監測閘前后水位)。

①水位計2個接入閘門現地集控單元，并由閘門現地集控單元網絡模塊接入水閘現地網絡交換機，將數據上傳至中控室。②雨量計1個采用數據采集終端(RTU)采集雨量計數據，RTU接入管理樓中控室網絡交換機，由網絡將數據上傳至中控室。③水位尺2個采用人工錄入方式接入系統，不配傳輸設備，但在水位尺附近設置兩個高清監控攝像頭，可在中控室通過攝像頭讀取水位尺上的水位數值，并在在終端設備上顯示。

2.4.5 自動化安全監測系統

為確保重建橋閘的安全，通過必要的監測手段，監測建筑物工作狀態、掌握運行規律、指導施工和運行、反饋設計、及時發現工程隱患，建立一套實用且行之有效的安全監測系統。

根據此工程實際情況及水工專業要求，水閘自動化安全監測內容：水閘基礎沉降監測共計2個；接縫變形監測共6組；揚壓力監測共10支滲壓計；土壓力監測共4支。水位監測共2支。

除以上項目采用自動監測外，其余測點均采用人工方式觀測。

2.4.6 弱電防雷系統

本工程工作場所屬多雷區，現場電氣系統中的電子設備極易遭到雷擊而受損。因此，電氣控制系統現地控制單元及低壓電氣裝置應采取有效的防雷保護措施。要求按各設備的具體情況，對供電線路、電源線、信號線、通信線、饋線安裝相應避雷器以及采取屏蔽措施，從而保護建筑物內人員及各種電氣設備的安全。

2.4.7 軟件

本工程軟件包括：操作系統軟件為中文Win 2000或WIN XP、計算機網絡操作系統、閘門監控系統軟件、中控層數據處理軟件、閘門運行控制算法軟件、閘門集控系統軟件、圖像處理軟件、數據采集處理軟件、安全監測數據處理軟件、安全監測信息管理系統軟件(DSIM)，通信軟件，數據庫軟件、工程管理軟件、常用辦公軟件、網絡安全軟件，網管軟件等。

2.4.8 自動化系統建議

考慮到田心節制閘屬南山截流出口海最后一個節制閘，閘上來水受上游諸多水庫調控泄水影響，對閘上游各個水庫實施聯合運行監測，加強自動化建設，實現數據統一監測，同步分析，是田心節制閘維持高效運行的有力保障。

建議后期管理單位可聯合各水庫管理單位實施聯合水情監測，完善整個南山截流小流域范圍內的安全監測及自動化控制。

2.5 保 護

保護配置：根據《繼電保護和安全自動裝置技術規程》(GB14285-2006)等相關規程規范進行設計、配置。本工程主要對1臺主變壓器進行保護配置:

變壓器采用熔斷器的方式保護。

2.6 機電設備布置

此工程的變壓器、10kV高壓設備及戶外低壓配電箱布置在節制閘廠房旁的終端桿上，啟閉機室、管理房等單獨設置配電箱，放置于各功能房。柴油機房布置在管理房旁邊，便于運行及管理。現地控制設備主要布置在機旁。

2.7 中控室電氣設備布置

中控室設在管理樓一樓。中控室內設有直流屏1面、UPS電源1套、網絡柜1面、LCU屏1面、低壓進線及饋電屏1面、DLP大屏幕一面、計算機監控后臺和打印機等。中控室鋪設防靜電地板。

3 結 語

為保證田心節制閘重建工程安全和正常運行，結合其所處的自然地理條件和土地利用情況，對供配電系統及自動化控制系統進行了設計，保障了工程設備的安全運行，確保了工程效益的發揮。