凌津滩水电厂泄洪闸电气部分改造

韩 勇

（湖南五凌电力有限公司凌津滩水电厂，湖南 常德415700）

0 引言

泄洪闸系统在水电厂的安全运行中起着至关重要的作用，泄洪闸的安全稳定运行是保证水电厂安全运行的基础。早期设计的泄洪闸系统基于PLC控制，采用单独上位机控制系统进行远程或现地自动控制，未能与水电厂动态负荷和水位联动实时联动，闸门开启与关闭靠运行人员实时调节，运行人员劳动强度大。动力部分采用常规接触器拖动电机方式，对于大电机，大启动力矩而言，瞬时启动电流偏大，接触器烧坏是普遍存在的问题。本文将通过凌津滩水电厂泄洪闸电气部分改造探讨这两个问题的解决。

1 凌津滩水电厂泄洪闸简介

凌津滩泄洪闸布置在河床偏右侧，为14孔开敞式溢洪闸，每孔坝段长22.25 m，溢流堰采用平底宽顶堰，从左至右布置了5孔低堰和9孔高堰，高堰的底坝高程为36.0 m，孔口宽18.0 m，工作闸门为平面定轮闸门，闸门高度为15.3 m；低堰的底坝高程为35.0 m，孔口宽为18.0 m，工作闸门为平面定轮闸门，闸门高度为16.3 m。

闸门所用启闭机都是采用盘香式卷扬启闭机，控制回路采用可编程控制系统。每扇配置1台盘香式启闭机用于操作闸门的启闭，该启闭机设置于坝顶67.00 m高程平台上，闸门动水启闭，额定启闭力为2×2 000 kN，扬程为27.00 m。每孔泄洪闸配备2台起升电机（55 kW）、2台润滑油泵电机（2.2 kW）和2台制动器电机。启闭机的常规操作在中控室泄洪闸上位机和现地控制屏上进行，根据下泄流量决定闸门开启的高度和开启的孔数，允许2台启闭机同时开启。

整个启闭机由卷扬机装置、二级减速传动机构、机架、电力拖动和控制装置等组成。启闭机保护装置包括过流、欠压、过载、过速、缺相、上升操作与下降操作相互闭锁，高度传感器和主令装置等。由于闸门主电机采用绕线电机转子串电阻级差调速，启动换挡抖动大，易引起泄洪闸一级减速器损坏，下降启动时为防止溜钩，瞬间单相短接制动，该启动方式线路冲击电流极大，容易引起主接触器烧坏。

2 闸门计算机监控系统的结构

本电厂闸门计算机监控系统按功能分布和控制对象分布，监控系统划分为集控层、厂站层和现地层三个功能层次，系统结构为光纤交换式以太网方案。闸门计算机监控系统采用开放式分层、全分布的系统结构，数据库实行分布管理方式。计算机监控系统按网络结构分为三层：集控层、厂站层和现地层。按设备布置分为三级：集控级设备、厂站级设备、现地级设备。

3 闸门计算机监控系统的控制与调节

计算机监控系统控制调节方式分为控制方式和调节方式两类。控制方式包括现地控制、厂控和集控，调节方式也包括现地调节、厂控调节和集控中心调节三个层次。

控制调节权限按现地级、厂控级、集控级的顺序从高到低，控制调节权限通过各层设置的“现地/远方”切换开关或“厂控/集控”进行切换，并有相应的闭锁。原则上，上一层可以要求下一层切换控制调节权，下一层应按上一层的要求切换控制调节权，只有当下一层的控制调节权切换到上一层，上一层才能进行控制和调节。

监控系统的控制权管理采取现地优先的原则。优先设置权依次为现地单元控制级、厂控主控级及集控主控级。电厂调度人员可随时将控制权切至厂控现地级。当控制权在集控级时，电厂调度人员可随时将控制权切至厂控主控级。当系统控制权在现地主控级或现地时，厂控级和集控级系统仅有监视权。控制权由高到低的顺序是：现地控制级、厂控主控级、集控主控级。

4 泄洪闸电气控制部分

泄洪闸现地控制单元采用可编程控制器控制方式设计，完成对泄洪闸的数据采集及数据预处理，负责向网络传送数据信息，并自动服从上位机的命令和管理。具有控制、调节操作和监视功能，现地配备与PLC配套的触摸屏，当与上位机系统脱机时，具有现地监视和控制功能。并与泄洪闸监控系统上位机使用光纤通信，完成接收厂主控级、集控主控级或现地触摸屏发来的信息，进行控制与调节。

5 泄洪闸动力部分

此次改造重点及难点在于电机运行方式的确定，沿用原设计方案将不可避免发生接触器烧坏故障，给泄洪闸的安全稳定运行带来极大隐患。交流变频调速技术是集成电力电子、自动控制、微电子、电机学等新兴技术，其调速性能优良、节电效果好、效率高，是较理想的电气传动方案[1]。经多方论证，电机采用变频器拖动方式，且采用2台电机共用1台变频器方案，可有效避免同步性问题。本次技术改造选用ABB公司生产的ACS880-01型变频器，额定功率为160 kW，变频器带主电机启动采用一拖二控制方式。变频器由微处理器控制，并采用具有现代技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件，它的运行可靠性较高和功率输出具有多种方式，其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，能降低电动机运行的噪声。变频器提供了过电压/欠电压保护、变频器过热保护、接地故障保护、短路保护、电动机过热保护及PTC/KTY电动机保护等，保护功能齐全。

6 泄洪闸工业电视系统

14孔闸门高清摄像头，通过光纤接入现有全厂视频监控系统，控制中心可显示、抓拍、存储、检索、回放各区域的所选摄像机实时图像，可远程回放站端的任一摄像头的历史图像；回放方式有逐帧、慢放、常速、快速等多种方式。系统实行操作权限管理，按工作性质对每个用户赋予不同权限等级，系统登录、操作应进行权限查验，所有重要操作，如登录、控制、布撤防、退出、报警确认等，均有操作记录，系统可对操作记录进行查询和统计。

7 泄洪闸监控系统上位机系统

（1）配置操作员站2套，实现操作员站对现地泄洪闸门监视与控制，并通过原有的计算机监控系统完成闸门数据采集和存储，再通过集控通信服务器上送至五凌集控中心H9000计算机监控系统，实现厂站和集控H9000系统对闸门的监视和控制。

（2）闸门联动高级功能设计

1）正常情况下，当水位过高时提门：电厂侧监视水库水位，设置警戒水位，当水位达到警戒水位时，程序发出告警信息提示调度人员。当达到提门水位时，程序设置倒计时，并间隔提醒，计时满后，程序下发指令进行提门操作，期间操作员可以干预终止提门预警和提门操作。达到提门水位，启动闸门高度至设置高度。

2）事故紧急情况下，应急提门：在电厂和集控侧计算机监控系统上位机分别布置应用程序，实时监测水库水位、机组发电工况、泄洪闸门开度和断路器位置等信号，同时综合考虑机组甩负荷、全厂失电、下游供水流量低等特殊情况，当达到预设的动作条件时自动生成闸门调度方案并启动紧急泄洪流程和声光告警，防止水库水位超过警戒线，发生水漫大坝或是不能及时向下游供水造成下游断流的事件。水位判断准则：留有一定的预留幅度。

3）闸门启闭要求：当有厂用电时,闸门启闭策略为查策略表后一次性将开度值下发，当没有厂用电，采用柴油发电机时，闸门启闭一次只启闭一孔，一次操作结束后再操作下一闸门，操作顺序按照预先设置执行。

4）水位监视：全厂采用3套测量原理不同水位计，分别对水位进行测量。新采集的水位数据与有效水头比，如果差值超过设置值，该水位值将会被滤掉，并报“水位计X号变化过大”，对于变化在0.1 m内的水位值取平均作为本次水位，最近10次水位取平均值，作为最终有效水位。如果通道故障，上位机报“X号水位计信号异常”报警，如果3套水位计均通道故障，退出FGC，报警“3套水位计通道故障”。当计算水位值超过设置时间未更新时，报警“超过X秒水位未更新”，并间隔报警“水位不刷新将退FGC”，5 min后退出FGC功能。无论闸门开启与否，水位低于50 m，间隔报警“上游水位低告警”。

8 结语

凌津滩水电厂泄洪闸电气部分改造完成后，经实际检验，运行状态良好，维护简单，方便，日常维护量大大降低，提高了本厂的安全稳定性。加之泄洪闸相关数据接入全厂计算机监控系统，为日后大数据分析打下了基础。