液壓式泄水閘門(mén)控制系統(tǒng)的優(yōu)化與完善

文亞瓊

（碧口水力發(fā)電廠，甘肅 文縣746412）

碧口水電廠大壩為壤土心墻土石混合壩，最高壩高105.3m，是全國(guó)最高的土石壩，設(shè)計(jì)庫(kù)容5.21億m3，控制流域面積26000km2，占全流域面積31812km2的81.7%。碧口水庫(kù)除供發(fā)電外，還兼有防洪、水運(yùn)、灌溉、養(yǎng)殖等綜合效能。

碧口水電廠泄水建筑物包括左泄工作門(mén)和檢修門(mén)、右泄工作門(mén)和檢修門(mén)、排沙洞工作門(mén)和檢修門(mén)、溢洪道、電檢門(mén)等。其中各檢修門(mén)、電檢門(mén)為卷?yè)P(yáng)式。右泄工作門(mén)、排沙洞工作門(mén)為液壓式。下面將通過(guò)介紹油缸式右泄工作門(mén)泄水閘門(mén)的動(dòng)作原理及控制系統(tǒng)，說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)油缸式閘門(mén)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、操作簡(jiǎn)便、易于維護(hù)的控制方式。

1 液壓式右泄工作門(mén)系統(tǒng)

1.1 液動(dòng)系統(tǒng)

右泄工作門(mén)位于碧口水電廠右岸右泄啟閉室內(nèi)，右泄工作門(mén)寬8m，高10m，為平板式泄水閘門(mén)，總重量245t，閘門(mén)接力器動(dòng)作行程為11.5m。整個(gè)右泄工作門(mén)液動(dòng)部分包括1個(gè)5m3的儲(chǔ)油罐，2臺(tái)油泵及100kW的電機(jī)，油箱，電動(dòng)回轉(zhuǎn)閥，閘門(mén)接力器活塞及相關(guān)的油管路和閥門(mén)。每臺(tái)油泵安裝在容積為1.5m3的油箱上。

1.1.1 閘門(mén)提門(mén)過(guò)程

油泵運(yùn)行輸出液壓油，動(dòng)作提門(mén)電磁閥使三位四通閥轉(zhuǎn)換至提門(mén)狀態(tài)，液壓油經(jīng)三位四通閥轉(zhuǎn)換進(jìn)入閘門(mén)接力器下腔，接力器上腔的液壓油經(jīng)三位四通閥轉(zhuǎn)換至回油箱，閘門(mén)在壓力油作用下上升，同時(shí)儲(chǔ)油罐將通過(guò)電動(dòng)回轉(zhuǎn)閥為每臺(tái)泵的油箱供油。

1.1.2 閘門(mén)下降過(guò)程

由于閘門(mén)自重原因，在下落過(guò)程中需要的液壓油壓力相對(duì)較低。油泵工作輸出液壓油，動(dòng)作提門(mén)電磁閥使三位四通閥轉(zhuǎn)換至落門(mén)狀態(tài)，液壓油經(jīng)三位四通閥轉(zhuǎn)換進(jìn)入閘門(mén)接力器上腔，接力器下腔的液壓油經(jīng)三位四通閥轉(zhuǎn)換至儲(chǔ)油罐，閘門(mén)在壓力油和閘門(mén)自重作用下下落。

閘門(mén)靠自重，可手動(dòng)操作相應(yīng)閥門(mén)溝通油路，實(shí)現(xiàn)閘門(mén)下落。

1.2 閘門(mén)控制系統(tǒng)

右泄工作門(mén)操作方式有現(xiàn)地手動(dòng)操作和遠(yuǎn)程自動(dòng)操作兩種操作方式，其中閘門(mén)遠(yuǎn)方操作通過(guò)遠(yuǎn)程上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。兩種操作方式可互相切換，相互備用。

1.2.1 現(xiàn)地手動(dòng)控制

現(xiàn)地手動(dòng)提門(mén)操作過(guò)程中，首先將控制方式切至“現(xiàn)地”，在確定用哪一臺(tái)泵提門(mén)后，將該泵切至“自動(dòng)”啟動(dòng)位置，手動(dòng)“開(kāi)啟”對(duì)應(yīng)的電動(dòng)回轉(zhuǎn)閥，使回油箱內(nèi)的油流入該油箱。

操作“提門(mén)”把手，軟啟動(dòng)器啟動(dòng)該泵運(yùn)行打壓，通過(guò)延時(shí)繼電器延時(shí)啟動(dòng)該泵旁路接觸器，增大回路帶載能力。

油泵出口壓力正常后，出口壓力開(kāi)關(guān)接點(diǎn)閉合，動(dòng)作提門(mén)電磁閥，將壓力油源打至閘門(mén)接力器油缸提門(mén)腔，使閘門(mén)提升。

在閘門(mén)動(dòng)作過(guò)程中若出現(xiàn)閘門(mén)至上下限、電機(jī)故障等信號(hào)則將自動(dòng)停泵，使閘門(mén)停止動(dòng)作。如遇運(yùn)行泵油箱油位低于下限時(shí)，則需換臺(tái)泵繼續(xù)提門(mén)，雙泵互為備用。

現(xiàn)地手動(dòng)落門(mén)過(guò)程中，泵的操作與提門(mén)過(guò)程一致，操作“落門(mén)”把手，泵啟動(dòng)運(yùn)行正常后，啟動(dòng)落門(mén)電磁閥，壓力油作用于閘門(mén)落門(mén)腔，提門(mén)腔內(nèi)的壓力油通過(guò)三位四通閥回到儲(chǔ)油罐內(nèi)，閘門(mén)下落。在閘門(mén)落至全關(guān)或預(yù)定高度后，停止落門(mén)。

落門(mén)操作需要的供油量相對(duì)較少，若單臺(tái)泵沒(méi)有落門(mén)到預(yù)置值，同樣需啟動(dòng)另一臺(tái)泵繼續(xù)落門(mén)。

如果補(bǔ)油回路出現(xiàn)問(wèn)題或緊急情況需要快速落門(mén)時(shí)，可手動(dòng)操作相應(yīng)閥門(mén)溝通油路，閘門(mén)靠自重實(shí)現(xiàn)下落動(dòng)作。閘門(mén)提升操作流程見(jiàn)圖1。

閘門(mén)下降流程與閘門(mén)提升流程基本一致，在閘門(mén)下降流程中，在啟動(dòng)油泵后，需動(dòng)作閘門(mén)下降電磁閥。另外，用一臺(tái)油泵即可滿(mǎn)足閘門(mén)從全開(kāi)至全關(guān)的動(dòng)作需要。

圖1 閘門(mén)提升操作流程

1.2.2 遠(yuǎn)程集中控制

遠(yuǎn)控系統(tǒng)由現(xiàn)地PLC控制系統(tǒng)、光纖傳輸系統(tǒng)、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成?，F(xiàn)地監(jiān)控站系統(tǒng)由閘門(mén)開(kāi)度傳感器、電量傳感器、PLC控制器及閘門(mén)啟閉電氣設(shè)施等組成。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由10M/100M工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、工程師站及閘控操作站、打印機(jī)、UPS電源、上位機(jī)監(jiān)控軟件及防雷設(shè)備等組成。PLC采用GE90-30可編程序控制器。

在遠(yuǎn)控提門(mén)過(guò)程中，首先登錄閘門(mén)控制軟件，閘門(mén)控制軟件為IFIX軟件。在確認(rèn)右泄工作門(mén)無(wú)任何報(bào)警信息，顯示各狀態(tài)指示正常后進(jìn)行提門(mén)操作。

先進(jìn)行遠(yuǎn)控提門(mén)預(yù)設(shè)高度的設(shè)置，確認(rèn)后，選擇用哪臺(tái)泵首先進(jìn)行提門(mén)操作，確認(rèn)后開(kāi)始提門(mén)操作，在提門(mén)過(guò)程中如閘門(mén)至預(yù)設(shè)高度后，則自動(dòng)停止提門(mén)，提門(mén)完成。如未至預(yù)設(shè)高度而該泵油箱油位低于下限值時(shí)，自動(dòng)停泵，并提示是否用另一臺(tái)泵提門(mén)，確認(rèn)后繼續(xù)提門(mén)。

在提門(mén)過(guò)程中如遇意外還可按“緊急停泵”按鈕，切斷動(dòng)力電源開(kāi)關(guān)。在提門(mén)過(guò)程中還進(jìn)行了閘門(mén)發(fā)卡保護(hù)、電機(jī)過(guò)載、各元器件故障等判斷。使整個(gè)操作過(guò)程簡(jiǎn)單可靠，在現(xiàn)地?zé)o人監(jiān)護(hù)的條件下可實(shí)現(xiàn)閘門(mén)操作。

遠(yuǎn)控落門(mén)基本操作與提門(mén)過(guò)程基本一致，同樣按照預(yù)設(shè)高度，選擇操作泵等，由于落門(mén)時(shí)需用的壓力油較少，落門(mén)過(guò)程較提門(mén)動(dòng)作快，在動(dòng)作過(guò)程中需要加強(qiáng)監(jiān)控。

2 系統(tǒng)優(yōu)化與完善

2.1 控制系統(tǒng)優(yōu)化

通過(guò)改造完善，控制油泵電機(jī)的啟停、運(yùn)行控制由原接觸器+啟動(dòng)電阻的控制方式改造為采用PST250型重載型軟啟動(dòng)器+接觸器控制，使閘門(mén)的提落過(guò)程中更加可靠、安全。閘門(mén)動(dòng)作將通過(guò)電磁閥動(dòng)作切換油路進(jìn)行。

該控制系統(tǒng)由原來(lái)的繼電器控制改為繼電器控制和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)+PLC控制，可實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的遠(yuǎn)程、現(xiàn)地控制。用于油箱進(jìn)油控制的電動(dòng)回轉(zhuǎn)閥由獨(dú)立的PLC控制回路控制?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)地手動(dòng)、遠(yuǎn)程自動(dòng)開(kāi)啟關(guān)閉控制。

用于控制回路指示閘門(mén)全開(kāi)、全關(guān)等位置接點(diǎn)，由原主令控制器改造為主令控制器與閘控儀+光電編碼器雙重控制。主令控制器及閘控儀采用鋼絲繩+重錘的測(cè)量方式，可靠直觀。

2.2 控制電源完善

閘門(mén)控制系統(tǒng)采用交流220V電源供電，為了保證在閘門(mén)操作過(guò)程中能可靠動(dòng)作，在閘門(mén)控制柜內(nèi)安裝了UPS，并安裝了220V的蓄電池組對(duì)UPS進(jìn)行供電，保證了供電電源的可靠性。另在UPS交流電源輸入回路上加裝了浪涌保護(hù)裝置。

2.3 控制系統(tǒng)信號(hào)回路優(yōu)化

閘門(mén)上下限位置信號(hào)、電機(jī)故障、油箱油位高低限信號(hào)、軟啟動(dòng)器故障、手動(dòng)急停按鈕等閘門(mén)控制信號(hào)回路經(jīng)中間繼電器擴(kuò)展后，作為公用分別送入現(xiàn)地繼電器控制回路和PLC控制回路。PLC控制系統(tǒng)與現(xiàn)地手動(dòng)控制的狀態(tài)指示信號(hào)相互獨(dú)立，確保了信號(hào)指示的獨(dú)立性和完整性。

2.4 閘門(mén)遠(yuǎn)控系統(tǒng)完善

右泄工作閘門(mén)遠(yuǎn)控系統(tǒng)采用了工業(yè)計(jì)算機(jī)控制、PLC控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、光電編碼、測(cè)控軟件等多種現(xiàn)代技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集、顯示閘門(mén)開(kāi)啟高度并自動(dòng)處理，自動(dòng)調(diào)節(jié)閘門(mén)高度等功能，實(shí)現(xiàn)閘門(mén)動(dòng)作過(guò)程中的全面全程監(jiān)視，具有自動(dòng)化程度高、功能齊全、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

用現(xiàn)地手動(dòng)控制操作和遠(yuǎn)程自動(dòng)控制操作來(lái)實(shí)現(xiàn)油缸式泄水閘門(mén)的控制，其中現(xiàn)地操作采用儀表繼電器控制，遠(yuǎn)程控制為計(jì)算機(jī)監(jiān)控+PLC控制的方式，采用現(xiàn)地手動(dòng)控制作為遠(yuǎn)程自動(dòng)控制的備用的方式。實(shí)踐運(yùn)行說(shuō)明，其運(yùn)行可靠，可基本實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的遠(yuǎn)程操作。為電站實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守，少人值班”提供了保障，提高了水電廠大壩防洪度汛的能力。

［1］SDJ336—89，砼壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（試行）［S］.

［2］DL/T5065—1996，水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定［S］.

［3］DL/T5081—1997，水力發(fā)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］SL/T292—2204，水利系統(tǒng)通信業(yè)務(wù)導(dǎo)則［S］.

［5］GB/T5065—1996，計(jì)算機(jī)軟件可靠性和可維護(hù)性管理［S］.