昔陽松溪供水工程大壩啟閉機(jī)電氣設(shè)計

田 盈

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原 030024）

1 昔陽松溪供水工程大壩概述

昔陽縣松溪供水工程位于山西省晉中市昔陽縣。工程任務(wù)為以農(nóng)村人畜飲水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧工業(yè)和城鎮(zhèn)生活用水，供水范圍為昔陽縣城、界都鄉(xiāng)、趙壁鄉(xiāng)以及東冶頭鎮(zhèn)。松溪供水工程包括水源工程和輸水工程兩部分，水源工程口上水庫位于昔陽縣東冶頭鎮(zhèn)口上村附近松溪河下游河道上。輸水工程從口上水庫庫區(qū)取水，經(jīng)東冶頭、界都，至昔陽縣城，線路全長29.2km。

山西省昔陽縣松溪供水工程大壩啟閉機(jī)包括：泄洪排沙底孔的平板事故檢修閘門、弧形工作閘門及啟閉設(shè)備，溢流表孔的疊梁檢修閘門、弧形工作閘門及啟閉設(shè)備。溢流表孔的疊梁檢修閘門采用電動葫蘆起吊，本文不做敘述。具體布置見大壩啟閉機(jī)布置圖1。

2 卷揚(yáng)啟閉機(jī)電氣設(shè)計

本工程泄洪排沙底孔設(shè)兩孔，每孔設(shè)一扇平板事故檢修閘門，孔口尺寸為8.0 m×6.3m。設(shè)計水頭33.0 m。平板事故檢修閘門選用兩臺QPG-2×2000 kN高揚(yáng)程固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)起吊，啟閉機(jī)啟門容量4000 kN,啟閉機(jī)揚(yáng)程為41m。運行方式為動閉靜啟。事故檢修閘門是為了當(dāng)泄洪排沙底孔的工作門發(fā)生事故或者檢修時，能夠及時關(guān)閉。卷揚(yáng)啟閉機(jī)包括的主要電氣設(shè)備：繞線式電動機(jī)，容量為2×55kW，電氣控制裝置一套。

2.1 啟閉機(jī)電氣控制設(shè)備

卷揚(yáng)式啟閉機(jī)采用現(xiàn)地和遠(yuǎn)方相結(jié)合的控制方式。在啟閉機(jī)室設(shè)現(xiàn)地控制屏預(yù)留遠(yuǎn)方接口。兩套閘門設(shè)一套控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括PLC現(xiàn)地控制柜1套、起動電阻器1套?，F(xiàn)地控制屏內(nèi)布置：一套PLC和相應(yīng)的模塊、電氣保護(hù)裝置（短路保護(hù)、過流保護(hù)、失壓保護(hù)、缺相保護(hù)、限位保護(hù)、過載保護(hù)等）、測量裝置、閘門開度顯示儀和載荷顯示儀等、手動開、關(guān)、停門按鈕及指示、繼電器、接觸器、直流穩(wěn)壓電源等。 調(diào)試和運行初期，操作人員在閘門啟閉機(jī)室手動對啟閉機(jī)進(jìn)行控制；供水工程的全線自動化系統(tǒng)完成后將以遠(yuǎn)方控制為主，同時啟閉機(jī)運行參數(shù)和故障信號通過現(xiàn)場總線（工業(yè)以太網(wǎng)）送至調(diào)度中心。

1）控制方式

（1）交流電源、電動機(jī)的控制、保護(hù)、測量和經(jīng)PLC實現(xiàn)的啟閉機(jī)自動監(jiān)控等電氣設(shè)備皆集中布置于現(xiàn)地控制柜內(nèi)。

（2）交流電源設(shè)有“合閘”和“分閘”的手動按鈕。

（3）閘門開度指示和載荷顯示儀與PLC能通過通信接口或4～20 mA模擬量傳送數(shù)據(jù)。

（4）啟閉機(jī)的操作：其操作方式有三種，受制于控制權(quán)限選擇開關(guān)：

a、“手動”位置時，通過設(shè)于面板上的“啟門”、“閉門”和“停止”按鈕進(jìn)行操作，手動操作使閘門置于所需位置，操作過程不受PLC的控制。

b、“自動”位置時，啟閉機(jī)受PLC控制，由閘門開度指示儀設(shè)置的數(shù)碼鍵按入預(yù)置的“0%～100%”間的任一開度值，使LCD閃爍顯示，按“開啟”或“關(guān)閉”按鈕后，當(dāng)閘門的開度達(dá)到預(yù)置值時，啟閉機(jī)停止且LCD穩(wěn)定顯示。

c、“遠(yuǎn)方”位置時，啟閉機(jī)經(jīng)PLC可上傳上位機(jī)，通過樞紐綜合調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)控制閘門上升或下降。

2）操作截面

（1）電機(jī)主回路電壓、電流。

（2）交流電源開關(guān)的位置指示燈。

（3）PLC故障信號。

（4）閘門開度、荷載顯示。

（5）電機(jī)啟、停按鈕和緊停按鈕。

（6）上、下極限位置。

（7）電機(jī)故障信號。

3）PLC技術(shù)要求

智能化數(shù)據(jù)采集裝置PLC采用PREMIUM系列工業(yè)控制器，PLC控制裝置I/O配置見表1。

表1 卷揚(yáng)啟閉機(jī)PLC控制I/O配置

2.2 安全保護(hù)裝置

1）載荷顯示及超載保護(hù)裝置：該裝置應(yīng)具有載荷顯示、聲光報警、超載和欠載控制等功能。能提供4～20 mA荷載信號供啟閉機(jī)電氣控制設(shè)備使用。當(dāng)荷載達(dá)到額定值的90%，應(yīng)給出預(yù)警信號，并給出至少兩對獨立的電氣預(yù)報警接點，到達(dá)額定值110%時，應(yīng)具有紅燈顯示、蜂鳴音響及切斷電源的保護(hù)功能。

2）高度顯示及限位裝置:啟閉機(jī)設(shè)置有起升高度顯示及限位裝置，該裝置具有全揚(yáng)程顯示和預(yù)定位置限制等功能。

3）位置限制開關(guān):啟閉機(jī)設(shè)置上、下極限位置和中間位置限制開關(guān)。

3 液壓啟閉機(jī)電氣設(shè)計

本工程液壓啟閉機(jī)有7臺，分別布置于泄洪排沙底孔和溢流堰。泄洪洞排沙底孔設(shè)2孔弧形工作門，孔口尺寸8.0m×5.0 m（寬×高），選用QHSY-2×1250 kN液壓啟閉機(jī)，啟閉機(jī)啟門力2500 kN,閉門力250 kN,活塞桿最大工作行程5.0 m。啟閉機(jī)設(shè)置油泵電機(jī)組1套，容量為2×37kW。設(shè)一面控制屏。溢流堰設(shè)5孔，每孔設(shè)一扇弧形工作閘門?？卓趯?.0 m，選用QLHY-2×630 kN液壓啟閉機(jī)，運行方式為動水啟閉。啟閉機(jī)啟門力2×630 kN，活塞桿最大工作行程5.0 m。啟閉機(jī)設(shè)置油泵電機(jī)組2套，每套容量為2×15kW。設(shè)兩面控制屏。

3.1 啟閉機(jī)電氣控制設(shè)備

液壓啟閉機(jī)的控制屏全部設(shè)置在泄洪洞底孔檢修門啟閉機(jī)室?？刂破涟姎獗Ｗo(hù)裝置（短路保護(hù)、過流保護(hù)、失壓保護(hù)、缺相保護(hù)、限位保護(hù)、過載保護(hù)等），閘門開度顯示儀和載荷顯示儀等，觸摸屏及手動開、關(guān)、停門按鈕。調(diào)試和運行初期，操作人員在閘門啟閉機(jī)室手動對啟閉機(jī)進(jìn)行控制；供水工程的全線自動化系統(tǒng)完成后將以遠(yuǎn)方控制為主，同時啟閉機(jī)運行參數(shù)和故障信號通過現(xiàn)場總線（工業(yè)以太網(wǎng)）送至調(diào)度中心。

1）控制方式

（1）閘門控制可實現(xiàn)遠(yuǎn)方控制（接收遠(yuǎn)方指令并執(zhí)行）、現(xiàn)地控制、應(yīng)急檢修（現(xiàn)地檢修調(diào)試單步手動控制）的切換。三種操作控制方式相互聯(lián)鎖。

液壓啟閉機(jī)采用常規(guī)控制，油泵電動機(jī)采用降壓啟動。

（2）閘門開閉：可由控制柜中（遠(yuǎn)程PLC的I/O模塊）自動控制?？刂乒駜?nèi)的應(yīng)急操作控制回來實現(xiàn)手動按鈕控制。

（3）下滑回升：通過本控制柜中遠(yuǎn)程PLC的I/O模塊可實現(xiàn)閘門下滑回升自動控制。

當(dāng)液壓系統(tǒng)漏油，閘門下滑量達(dá)到200 mm時，油泵自動啟動，將閘門提升至預(yù)置位置，啟閉機(jī)停機(jī)。如果在啟泵后2min內(nèi)閘門未能及時復(fù)位，應(yīng)停泵、報警，并向調(diào)度中心發(fā)出提升失敗的報警信號。

如果閘門繼續(xù)下滑到230 mm時，發(fā)出音響報警和指示報警，同時也向遠(yuǎn)方閘站控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號。如果閘門繼續(xù)下滑，下滑到閘門事故位置時，立即發(fā)出事故緊急信號，并送至遠(yuǎn)方調(diào)度中心。

（4）門停功能：閘門在開啟或關(guān)閉過程中，如果發(fā)出停機(jī)命令，閘門能停在任何位置。

（5）保護(hù)：油系統(tǒng)設(shè)置油溫、油壓和油位高、低、濾油器堵塞、超壓、失壓等油系統(tǒng)保護(hù)信號。油泵電機(jī)供電主回路設(shè)置缺相、短路和過流保護(hù)，并設(shè)置電壓表和電流表。另外還設(shè)置動力電源和控制電源監(jiān)視信號。

2）操作界面

（1）主回路電壓、電流。

（2）交流電源開關(guān)的位置指示燈。

（3）PLC故障信號。

（4）閘門開度、載荷顯示。

（5）開、關(guān)門信號。

（6）上、下極限位置。

（7）控制回路電源監(jiān)視。

（8）液壓系統(tǒng)故障信號。

3）PLC技術(shù)要求

智能化數(shù)據(jù)采集裝置PLC采用PREMIUM系列工業(yè)控制器，PLC控制裝置I/O配置見表2。

表2 液壓啟閉機(jī)PLC控制I/O配置

3.2 安全保護(hù)裝置

1）載荷顯示及超載保護(hù)裝置：啟閉機(jī)設(shè)置有載荷顯示及超載保護(hù)裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊、受力明確、動作可靠。該裝置應(yīng)具有載荷顯示、聲光報警、超載和欠載控制等功能。

2）開度顯示及限位裝置：啟閉機(jī)設(shè)置有開度顯示及限位裝置，該裝置具有全揚(yáng)程顯示和預(yù)定位置限制等功能。

3）位置限制開關(guān)：啟閉機(jī)設(shè)置上、下極限位置和中間位置限制開關(guān)。

4）壓力傳感器和控制器。

5）液壓缸行程檢測傳感器。

4 結(jié)語

以上是昔陽松溪供水工程樞紐啟閉機(jī)的電氣設(shè)計方案，此工程基本已完成安裝調(diào)試，實踐證明此電氣控制系統(tǒng)滿足運行要求，能確保工程的安全運行。