淺談城南電站閘門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求

摘 要：目前，成熟的計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)已大面積的覆蓋整個(gè)水電行業(yè)，無(wú)論是已建或在建設(shè)的大中型水電站，還是一些偏遠(yuǎn)山區(qū)的中小型水電站，都將以計(jì)算機(jī)監(jiān)控整個(gè)水電站的各個(gè)領(lǐng)域以代替人工為設(shè)計(jì)前提，以實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班，少人職守”等先進(jìn)功能，大大的節(jié)約了運(yùn)行成本，提高了電站的運(yùn)行安全，水電行業(yè)的自動(dòng)控制不僅是目前設(shè)計(jì)要求，也是今后的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：閘門系統(tǒng)；控制方式；控制要求

1 概述

城南電站總裝機(jī)容量為2×8000kW，電站閘門控制系統(tǒng)的控制對(duì)象為主要有泄洪閘門、工作閘門、沖砂閘門?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)各閘門啟閉機(jī)的切換和啟?？刂埔约案麟姍C(jī)保護(hù)功能?？刂破羶?nèi)應(yīng)裝設(shè)滿足閘門控制設(shè)備系統(tǒng)控制所需要的所有控制設(shè)備和電機(jī)啟動(dòng)設(shè)備，主要包括自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)、交流接觸器、PLC模塊、繼電器、指示燈及顯示裝置、操作控制開(kāi)關(guān)等必要設(shè)備。電動(dòng)機(jī)應(yīng)設(shè)置過(guò)負(fù)荷、短路、斷相保護(hù)。各設(shè)備型號(hào)規(guī)格、數(shù)量和接線，應(yīng)滿足控制和監(jiān)視功能的要求。

2 技術(shù)參數(shù)

準(zhǔn)確的技術(shù)參數(shù)對(duì)閘門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，包括：閘門卷?yè)P(yáng)機(jī)的型式、吊點(diǎn)個(gè)數(shù)；啟閉機(jī)電機(jī)的功率、臺(tái)數(shù)、電機(jī)型式、供電電壓（AC 380V 50Hz 三相四線制）等數(shù)據(jù)；配備的自動(dòng)化原件（荷重傳感器、絕對(duì)型光電編碼器）的技術(shù)數(shù)據(jù)等

3 一般技術(shù)要求

（1）電動(dòng)機(jī)電源：AC 380V 50Hz 三相四線制；水電站提供的控制電源 AC380/220V。

（2）控制系統(tǒng)供電電源（工作電源、信號(hào)電源）采用AC220V/DC24V。

（3）各PLC控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制流程應(yīng)滿足分項(xiàng)技術(shù)條件的控制原則。

（4）鼠籠式電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)采用直接啟動(dòng)，并設(shè)置電動(dòng)機(jī)保護(hù)設(shè)備。繞線式電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)采用串聯(lián)電阻或者頻敏變阻器啟動(dòng)，并設(shè)置電動(dòng)機(jī)保護(hù)設(shè)備。

（5）各控制系統(tǒng)應(yīng)提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障等所有必要的信號(hào)，并以空接點(diǎn)型式引至端子排供用戶使用；每一個(gè)屏（箱）應(yīng)預(yù)留20%的備用端子。

（6）各PLC控制系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)與水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊的功能，同時(shí)還應(yīng)滿足水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提出的通信規(guī)約及要求，并實(shí)現(xiàn)與水電站監(jiān)控系統(tǒng)的通信，通信規(guī)約一般為Modbus，物理接口RS485。

（7）整個(gè)閘門系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)的自動(dòng)化元件的DC24V電源均由與之相關(guān)的控制屏提供。

（8）主要電器設(shè)備的選型：①屏（箱）內(nèi)的自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)、交流接觸器、熱繼電器、出口繼電器、控制按鈕、信號(hào)燈、開(kāi)關(guān)電源等應(yīng)選用進(jìn)口或合資企業(yè)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。②控制柜內(nèi)的PLC控制器作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心無(wú)件，在設(shè)計(jì)時(shí)必須采用高質(zhì)量的大廠品牌或國(guó)際知名品牌，PLC應(yīng)采用不低于16位CPU，其內(nèi)存不應(yīng)低于16K。所選用的PLC數(shù)據(jù)采集模塊應(yīng)能接收光電編碼器的高速開(kāi)關(guān)量信號(hào)。③交流電動(dòng)機(jī)保護(hù)器采用大廠品牌或國(guó)際知名品牌。④控制屏上的液晶觸摸顯示器選用知名品牌。⑤所有接線端子、控制的進(jìn)線回路所用的雷電保護(hù)器等均采用大廠品牌或國(guó)際知名品牌。⑥開(kāi)關(guān)電源模塊采用進(jìn)口產(chǎn)品，功率不低于120W。

（9）控制屏（柜）、控制箱結(jié)構(gòu)：①控制箱、柜內(nèi)每個(gè)元件均應(yīng)有合格證，箱、柜內(nèi)布線應(yīng)整齊美觀，便于檢修。箱、柜體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。②控制屏（柜）外型尺寸詳見(jiàn)分項(xiàng)技術(shù)要求，帶玻璃門，動(dòng)力電纜均采用上進(jìn)、下出方式，控制電纜采用下進(jìn)、下出方式，落地安裝。為防止冷凝水順著電纜進(jìn)入控制箱，上進(jìn)線孔應(yīng)采用橡膠密封圈封閉。③控制箱、端子箱、配電箱的結(jié)構(gòu)尺寸由生產(chǎn)廠家自定并報(bào)設(shè)計(jì)單位批準(zhǔn)，墻掛式安裝，上、下均可進(jìn)出線。為防止冷凝水順著電纜進(jìn)入控制箱，上進(jìn)線孔應(yīng)采用橡膠密封圈封閉。④控制箱、柜的結(jié)構(gòu)為封閉式，前開(kāi)門形式，柜門應(yīng)設(shè)鉸鏈密封門，開(kāi)閉靈活，開(kāi)啟角不小于90，在關(guān)閉時(shí)應(yīng)能防止水和灰塵的進(jìn)入，門應(yīng)帶鎖。⑤控制屏內(nèi)應(yīng)設(shè)溫度濕度控制器及電加熱器。柜內(nèi)應(yīng)設(shè)置照明燈，并提供用戶使用的交流220V電源插孔。由于屏柜長(zhǎng)期在戶外運(yùn)行，應(yīng)考慮相應(yīng)的散熱措施。⑥電流互感器回路應(yīng)選用試驗(yàn)型端子。箱、柜內(nèi)應(yīng)預(yù)留20%的備用端子。箱、柜內(nèi)配線應(yīng)采用走線糟。箱、柜體活動(dòng)部分與固定部分的走線應(yīng)用軟金屬管加以保護(hù)。⑦箱、柜內(nèi)應(yīng)裝設(shè)一根截面積不小于50mm2的接地銅母線，箱、柜內(nèi)的所有金屬部件均應(yīng)連接到該母線上，銅母線應(yīng)可靠接地，母線應(yīng)裝有連接接地導(dǎo)體的端子，并應(yīng)采用良好的防銹措施。⑧防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：所有屏柜防護(hù)等級(jí)不低于 IP42。

4 控制方式

（1）將控制方式選擇切換開(kāi)關(guān)置于“遠(yuǎn)方”控制方式時(shí)，控制系統(tǒng)將接收閘門LCU的控制命令，實(shí)現(xiàn)閘門的提升/下降/停止控制。（2）當(dāng)切換開(kāi)關(guān)設(shè)置于“切除”位置時(shí)，閘門控制系統(tǒng)退出運(yùn)行。（3）將切換開(kāi)關(guān)置于“現(xiàn)地”運(yùn)行時(shí)，在現(xiàn)地控制屏上操作控制按鈕可手動(dòng)提升/下降/停止閘門，并閉鎖遠(yuǎn)方控制命令。

5 控制要求

（1）電氣設(shè)計(jì)應(yīng)符合DL/T5167第10條的有關(guān)規(guī)定。

（2）電動(dòng)機(jī)的交流輸入回路應(yīng)裝有自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)、防雷過(guò)電壓保護(hù)裝置。

（3）電動(dòng)機(jī)主回路應(yīng)按規(guī)程規(guī)定裝設(shè)交流電流和電壓測(cè)量?jī)x表，電流和電壓測(cè)量表應(yīng)采用數(shù)字式儀表。

（4）啟閉機(jī)的控制應(yīng)設(shè)有啟/閉/?？刂瓢粹o或控制開(kāi)關(guān)，對(duì)于有遠(yuǎn)方控制要求的閘門和啟閉機(jī)應(yīng)設(shè)有現(xiàn)地和遠(yuǎn)方切換開(kāi)關(guān)，當(dāng)切換開(kāi)關(guān)切到遠(yuǎn)方位置時(shí)，應(yīng)能接收計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)閘門現(xiàn)地控制單元發(fā)出的遠(yuǎn)方啟/閉/?？刂泼睢?/p>

（5）電氣控制柜應(yīng)設(shè)有指示燈，包括全開(kāi)、全關(guān)位置信號(hào)、電動(dòng)機(jī)故障信號(hào)、電源故障信號(hào)等。

（6）對(duì)于有遠(yuǎn)方控制要求的啟閉機(jī)電氣控制柜應(yīng)設(shè)有硬接線開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)，包括切換開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)方位置信號(hào)、閘門全開(kāi)和全關(guān)位置信號(hào)、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)、電機(jī)故障信號(hào)、電源故障信號(hào)以及PLC故障信號(hào)等。

（7）電氣控制柜上應(yīng)設(shè)有閘門開(kāi)度和荷載顯示裝置。對(duì)于有遠(yuǎn)方控制要求的啟閉機(jī)電氣控制柜應(yīng)輸出閘門開(kāi)度和荷載4～20mA模擬信號(hào)到電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)閘門現(xiàn)地控制單元。

（8）電氣控制柜的控制電源采用雙交流220V，50Hz電源，取自電動(dòng)機(jī)輸入回路，并設(shè)有雙電源自動(dòng)切換裝置，PLC和傳感器所需要的DC24V電源由開(kāi)關(guān)電源（雙電源模塊）提供，交流220V電源和DC24V電源均應(yīng)設(shè)有空開(kāi)保護(hù)和電源監(jiān)視回路。

（9）電氣控制柜應(yīng)采用PLC控制，控制流程應(yīng)滿足啟閉機(jī)的各種控制工況要求。對(duì)于有遠(yuǎn)方控制要求的啟閉機(jī)其PLC的CPU內(nèi)存不小于64kB。

（10）PLC控制柜應(yīng)留有RS232接口，以便接入調(diào)試編程用的筆記本電腦。

（11）對(duì)于有遠(yuǎn)方控制要求的啟閉機(jī)，其PLC控制柜應(yīng)留有RS485接口，以便與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)閘門現(xiàn)地控制單元進(jìn)行通信，通信規(guī)約采用MODBUS，通過(guò)該通信接口上送所有狀態(tài)位置信號(hào)和故障報(bào)警信號(hào)，包括閘門全開(kāi)、全關(guān)位置信號(hào)、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)、電機(jī)故障信號(hào)、電源故障信號(hào)、閘門荷載信號(hào)、閘門開(kāi)度信號(hào)、閘門開(kāi)關(guān)次數(shù)信號(hào)等。

（12）固定卷?yè)P(yáng)式電氣控制柜外型尺寸為2260（高）×800（寬）×600（深）mm，采用全封閉的靜電噴塑或烤漆金屬外殼，并應(yīng)裝有安全鎖。前面為轉(zhuǎn)頁(yè)式大玻璃門，可透過(guò)玻璃觀看裝置的運(yùn)行情況；后為雙開(kāi)式轉(zhuǎn)頁(yè)門，可減少開(kāi)門所需的空間；柜的門應(yīng)開(kāi)閉靈活，開(kāi)啟角不小于90。

（13）電氣控制柜保護(hù)等級(jí)不低于IEC標(biāo)準(zhǔn)IP43。柜體顏色要求等。

（14）電氣控制柜內(nèi)電氣接線應(yīng)整齊、美觀、正確固定和連接。端子和端子連接器應(yīng)適當(dāng)布置有利于電纜進(jìn)屏以便整齊而有次序地連接電纜。端子用數(shù)字順序標(biāo)出序號(hào)，依次從上到下或從左到右，數(shù)字編號(hào)和標(biāo)識(shí)應(yīng)清晰牢固。應(yīng)提供白色或其他淡色的標(biāo)志帶，其上用不褪色的標(biāo)志液標(biāo)明端子序號(hào)。為了排列和固定從底部進(jìn)入點(diǎn)到終端或端子板的進(jìn)入電纜，應(yīng)提供適當(dāng)?shù)脑O(shè)施。線槽應(yīng)該預(yù)留足夠的空間，并且線槽的布置應(yīng)該方便配線且美觀，柜體活動(dòng)部分與固定部分的走線應(yīng)用軟金屬管加以保護(hù)。

（15）模擬量、控制、指示和電源回路應(yīng)用獨(dú)立的接線端子排，每一個(gè)獨(dú)立端子排單獨(dú)命名。屏內(nèi)應(yīng)予留20%的各種備用端子，開(kāi)關(guān)量輸出端子均采用可拆卸型端子，控制回路端子可壓接導(dǎo)線截面為0.5～6mm2。模擬量輸入回路應(yīng)采用防雷隔離輸入端子。

（16）柜內(nèi)應(yīng)裝設(shè)一根截面積不小于50mm2的接地銅母線，銅母線應(yīng)可靠接地，母線應(yīng)裝有連接接地導(dǎo)體的端子，并應(yīng)采用良好的防銹措施。

（17）電氣控制柜內(nèi)部應(yīng)裝有智能溫濕度控制器，能根據(jù)設(shè)定的溫度和濕度自動(dòng)啟動(dòng)電加熱器和風(fēng)扇，該加熱器和風(fēng)扇應(yīng)設(shè)計(jì)成單相交流220V。

（18）電氣控制柜內(nèi)應(yīng)配置多聯(lián)電源插座和照明燈。

6 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階斷水電站電氣自動(dòng)化技術(shù)還有很大的提升空間，相信隨著自動(dòng)控制、通信及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，今后把遙控遙測(cè)、通信及計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于閘門控制系統(tǒng)參量的自動(dòng)測(cè)量、計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)，來(lái)實(shí)現(xiàn)水資源的合理利用和分配就是水電站閘門監(jiān)控系統(tǒng)的主要內(nèi)容和目標(biāo)

參考文獻(xiàn)

[1]徐鵬.電氣自動(dòng)化控制方式的研究[J].科技廣場(chǎng)，2009，（7）：241-242.

[2]崔明.變電站與水電站綜合自動(dòng)化[M].中國(guó)水利水電出版社，2005.

（作者單位：攀枝花市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）