滩坑水电站溢洪道弧形闸门控制系统改造

李 鑫 付恒哲

摘要：溢洪道弧形闸门的安全可靠直接关系到电厂的生产效益和设备安全，闸门的安全稳定运行是在洪水来临时保证水库大坝安全的重要条件，本文主要介绍通过对闸门控制系统进行改造，提高闸门运行的可靠性和安全性。

关键词：弧形闸门，控制系统，溢洪道，开度偏差，改造

Abstract：The safety and reliability of the arc gate of the spillway is directly related to the production efficiency and equipment safety of the power plant. The safe and stable operation of the gate is an important condition for ensuring the safety of the dam in the flood. This article mainly introduces the improvement of the gate by improving the gate control system Reliability and safety of operation.

Keywords:Curved gate,control system,spillway, Opening deviation, renovation

概述

滩坑水电站位于浙江省青田县境内的瓯江支流小溪中游河段，是瓯江流域水电梯级开发规划中的一座重要骨干电站，于2009年全部建成投产发电。电站装机3台单机200MW混流式水轮发电机组，外加一台4MW的生态小机组。多年平均发电量10.23亿千瓦时，年利用小时1705。在浙江电网内发挥重要作用，既有发电、调峰、调相功能，又有防洪抗灾能力的综合利用效益。溢洪道弧形闸门作为重要的防汛设备，是防止水库漫坝的关键设施，其控制系统的正常运行是水库安全度汛的重要保障。

滩坑水电站溢洪道共有6扇弧形闸门，每扇弧形闸门由一台QHLY2×1250－9.0型双杠同步液压启闭机控制，共有6套设备，每个液压启闭机均已配备一套动力柜，提供两路电站电源，两台电机均采用星三角启动方式。每套设备的液压系统、闸门开度检测装置和电气控制系统等组成一个现地控制站。溢洪道控制系统用以控制溢洪道工作弧门的正常启闭操作，系统具有现地自动、手动及远方操作功能，并实现操作过程中实时监测和纠偏功能。

改造前控制系统情况

溢洪道弧形闸门控制系统自2009年安装使用以来，存在以下几个主要问题：

闸门开度检测装置实现闸门开度检测和双缸行程同步偏差检测功能，但现用设备存在易损坏的缺点，投产至今已损坏并更换数个传感器。同时开度检测装置存在测量偏差，测量数据存在较大的波动，在闸门自动运行过程中会出现由于左右缸行程偏差波动而造成误纠偏的情况，极易造成闸门水封磨损甚至闸门卡死的情况，不利于闸门的安全稳定运行。

闸门开度传感器安装在主油缸旁的副油缸内，安装位置作业危险性较大，不利于日常维护检修工作。

闸门控制系统程序设计不合理，开度检测计算程序未能完全正确计算两侧油缸行程，对闸门的正常启闭存在影响。闸门控制程序的纠偏功能不完善，造成闸门启闭过程中不能正确的进行纠偏工作，纠偏效果不好，会造成闸门不能正常自动启闭。

项目改造的方案

溢洪道弧形闸门改造项目主要由闸门控制系统设备改造及其安装调试项目组成。溢洪道弧形闸门控制系统主要由一套现地电气控制柜及2套闸门开度（行程）检测装置组成。

现地电气控制柜内包括PLC、液晶显示屏、继电器、控制开关、指示灯、UPS电源等自动化元件。PLC设备采用Schneider 的M340系列PLC可编程控制器、并配置相应开关量和模拟量输入输出模块来监视和控制闸门及油泵的运行和信号的上送。并配置一个高速计数模块用以计算闸门的左右缸位移，再换算成闸门左右开度，通过两者的偏差来进行闸门的纠偏控制，将闸门左右开度取平均值作为闸门开度。闸门控制系统的所有信息和操作均可以在控制柜的触摸屏上进行，使控制系统更加直观，工作人员可以全面的掌握闸门系统的情况。通过PLC编制程序实现闸门的运行控制。

闸门开度（行程）检测装置采用LENORD+BAUER转速和多通道传感器GEL 2478系列，具体型号为2478XWP400KANK02。电源电压10-30V DC，输出信号为带90º相位偏置的双通道电压输出（HTL），并带有方向信号。传感器带有防水密封罩，防护等级达到IP68，可以有效的防止外界的条件对测量精度和稳定性的影响。

图1.开度检测传感器及其输出信号

传感器安装位置位于液压缸缸筒端部与活塞杆连接处密封压盖上（图2中下方位置），密封压盖上已配置传感器安装孔，并已在陶瓷活塞杆上加工位移检测用螺纹，可实现陶瓷活塞杆伸缩时传感器的行程检测，通过高低电平信号输入至PLC高速计数模块，并通过PLC计算油缸行程。相对于原开度传感器安装在液压缸缸筒尾部（图2中上方位置）主油缸旁的副油缸内，该处有较宽的平台并带有栏杆可以系安全带，便于日常进行维护检修。

图2.传感器安装位置比较

控制系统实现的主要功能

3.1闸门操作功能

闸门控制系统具有现地手动运行、现地自动运行及远方自动运行功能。在正常情况下自动运行为主，在触摸屏上设置闸门开度值并下令后油泵自动运行，油泵启动完成后闸门启闭电磁阀动作，闸门自动运行。在自动方式失灵、设备调试，以及在PLC故障时可进行手动操作，手动操作需注意进行手动纠偏。也可通过电厂计算机监控系统进行远方操作，监控系统可下发闸门造作指令，有现地闸门控制柜实现闸门的制动启闭操作。操作方式采用手动闭锁自动，现地闭锁远方的方式。

3.2纠偏功能

闸门控制系统设置有左、右纠偏调节电磁阀，可随时连续调节左、右油缸速度，在闸门启、闭过程中，可通过手动按钮调节，也可以在自动方式下，使左、右偏差控制在规定的范围之内。当闸门左右开度偏差值≥15mm时，闸门纠偏电磁阀动作，调整液压缸有杆腔进、出油量，使左右偏差达到5mm，纠偏调节停止；当闸门左右开度偏差≥30mm时，自动停止并发出报警信号。

2.3闸门下滑自动提升功能

闸门在非全关状态时因液压系统泄漏等原因使闸门下沉≥100mm或闸门左右开度偏差值≥15mm时，控制系统自动启动油泵，将闸门提升至原设定开度或进行自动纠偏使开度偏差值≤5mm并发出故障和报警信号。

2.4数据采集及处理功能

闸门开度通过采用LENORD+BAUER转速和多通道传感器来进行测量，并送入PLC模块进行计算和处理。

系统压力测量采用SCPSD-250-14-15压力变送器，模拟量信号4-20mA接入PLC的模拟量输入模快，在程序中设置好压力变送器量程0-25MPa，在触摸屏上进行系统压力的监视并通过模拟量输出模块将系统压力和闸门开度送至电厂监控系统。采用压力开关采集系统、油缸的压力信号，并将信号送入PLC参与逻辑控制。

2.5保护和报警功能

在闸门运行过程中出现故障时，系统会在触摸屏及操作面板指示灯发出报警信号并上送至电厂监控系统。通过查看触摸屏上报警历史报警信息。在闸门运行过程中，若油泵出现故障，系统将自动停止故障油泵的运行，自动投入备用油泵运行，并继续完成闸门的启闭过程。

软件保护功能：PLC软件具有故障自诊断功能，对PLC模块故障、测量检测回路断线等故障能及时判断，通过PLC及时报警。

2.6通信接口功能

每个现地控制单元都配置一台交换机，可以通过TCP/IP协议与全厂监控系统实现数据交换。

改造后效果评价

该控制系统改造后闸门运行稳定、顺畅，纠偏效果良好，有效的提高了闸门控制的可靠性和稳定性，系统设计充分考虑了系统的容错性能，实现系统运行的容错分级控制。在紧急情况或远方网络中断时可以在现地实现闸门的手动操作，保障设备的安全运行。控制系统采用高性能的PLC设备进行控制，增强了系统的自诊断设计，加强了设备的故障检测报警及应急处理功能。

参考文献：

[1] 蔡剑锋，沈翔，谭大基.陶瓷活塞杆液压启闭机在多布水电站的应用[J].西北水电，2017年第2期；

[2] 严蕾，李珍.南水北调东线一期泵站枢纽液压系统电气设计特点[J].自动化技术与应用，2015年第3期

作者简介：

李鑫（1984-），男，专科，助理工程师，从事发电厂电气二次，自动化专业工作。

付恒哲（1990-），男，本科，助理工程师，从事发电厂电气二次，自动化专业工作。