龍頭石水電站泄洪閘門控制系統(tǒng)可靠性改進措施

王遠均

摘? ?要：泄洪閘門是水電站防洪、泄洪的重要水工機械設備，其可靠性直接關系著大壩、廠房以及下游人民生命財產的安危，歷來受到各級部門的高度重視。特別是樞紐電站的泄洪閘門更是如此。文章針對龍頭石水電站發(fā)生的一起未經操作而泄洪閘門自動提升的事件，提出了一種電氣閉鎖方案，從根本上解決了閘門誤動的問題，提高了泄洪閘門控制系統(tǒng)的可靠性，對兄弟單位具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：水電站;泄洪閘門;控制系統(tǒng);誤動;可靠性;電氣閉鎖;技改

泄洪閘門是大型水利樞紐的重要組成部分，是水庫有效庫容的擋水設備，也是水庫汛期泄洪的主要安全通道，它對調控水庫水位、確保均勻發(fā)電以及大壩安全運行等起著重要作用，其可靠性直接關系到水工建筑甚至流域人民的生命財產安全，具有重大的社會影響，歷來受到各級部門的高度重視。

1? ? 工程概況

龍頭石水電站位于大渡河中游石棉縣境內，壩址位于安順場上游約10 km處，上距瀘定縣城距離約93 km，下距石棉縣城距離約23 km，為大渡河水電基地干流規(guī)劃3庫22級開發(fā)的第15級電站，是一座以發(fā)電為主，兼顧防洪并具有日調節(jié)能力的大（2）型水力發(fā)電工程。電站裝機容量720 MW，年設計發(fā)電量31.18億kW·h，設計洪水位時最大下泄流量8 120 m3/s，校核洪水位時最大下泄流量9 600 m3/s。

龍頭石水電站泄洪系統(tǒng)由布置在左岸的3扇泄洪閘門和3臺閘門卷揚式啟閉機組成。其中，泄洪閘門擋水機構采用弧形工作門，泄洪方式為閘門提升泄洪，每扇閘門由1臺雙缸液壓啟閉機驅動，每孔設置1個液壓泵站和相應的現(xiàn)地控制單元（動力柜+控制柜）。主回路采用兩臺ATS48C型施耐德軟啟動器，用于液壓啟閉機油泵的軟啟動、軟停車。

龍頭石水電站泄洪閘門控制方式分為自動控制和手動控制。自動控制是泄洪閘門的常規(guī)操作方式，操作時將閘門控制方式切換開關切至“現(xiàn)地”/“遠方”方式，油泵控制方式切換開關切到“自動”位置，在控制柜/中控室上位機上設置好閘門開度后，選擇“開門”或者“關門”，在泄洪閘門到達設置的指定開度后，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）程序自動停止油泵，實現(xiàn)泄洪閘門的自動啟?？刂?。在自動控制方式失效的情況下，可采用手動控制方式操作閘門，將閘門控制方式和油泵控制方式均切到“手動”位置，可在控制柜上手動開啟或手動停止油泵，實現(xiàn)緊急情況下的閘門操作控制。

2? ? 事件經過

2019年3月24日凌晨2：14：18，在無任何操作的情況下，中控室上位機語音報警“1、3號泄洪洞1號油泵運行動作”;12 s后，“1、3號泄洪門全關復歸”。2：15，當值值長在上位機相繼下達“遠方停止1、3號泄洪洞弧形門”指令、“遠方關閉1、3號泄洪洞弧形門”指令。2：16“1、3號泄洪洞弧形門全關動作”，閘門遠方全關正常，事件記錄如表1所示。為避免晚間再次出現(xiàn)此故障，結合當晚上游來水量和上游水位，將1、2、3號泄洪洞弧形門控制方式切至“現(xiàn)地”，油泵控制方式切至“切除”位置。因發(fā)現(xiàn)、處置及時，事件未造成任何損失。

3? ? 原因分析與處理

正常情況下，泄洪洞弧形門的默認控制方式為遠方。泄洪洞弧形門遠方操作（開啟、關閉及停止）在廠房中控室操作員站完成，相關命令由二次室公用現(xiàn)地控制單元（Local Control Unit，LCU）通過通信下發(fā)至壩區(qū)閘首LCU A1柜，再經A2柜同一開出模塊、不同開出繼電器送至泄洪洞液壓啟閉機控制屏，最終由PLC開出模塊、開出繼電器驅動對應電磁閥，實現(xiàn)閘門的啟閉操作。

事發(fā)時1、2、3號泄洪洞弧形門控制方式、油泵控制方式分別置于“遠方”“自動”位置;故障發(fā)生后，現(xiàn)場查看1、2、3號泄洪洞控制屏，未見異常。

閘首現(xiàn)地控制單元LCU A2屏內CPU B掉電停止運行，柜內“R1 B機架電源開關2Q06S”狀態(tài)為“分”（歷史缺陷）;CPU A運行正常，通信模塊、開入模塊、開出模塊、模擬量模塊等運行正常。

通過核實，事發(fā)前，監(jiān)控事件一覽表中并無任何閘門操作指令記錄，排除人為誤操作原因。結合1、3號泄洪洞弧形門油泵運行、啟門時間基本一致，初步排除1、3號泄洪洞弧形門液壓啟閉機控制柜內部故障可能。排查重點放在泄洪閘門遠方操作公共回路上。查閱圖紙，發(fā)現(xiàn)“1、2、3號泄洪洞工作閘門遠方開啟/停止/關閉”命令均由閘首LCU同一開出模塊經不同繼電器開出，因而故障范圍縮小到閘首LCU及上級設備。查閱二次安防日志，未發(fā)現(xiàn)遭到攻擊記錄。閘首LCU程序及開出模塊檢查無異常。閘首LCU至1、3號泄洪洞電纜絕緣良好，至此，基本確定該事件由閘首LCU泄洪洞遠方開啟指令所在開出模塊瞬時故障引起（見圖1—4）。出于安全考慮，仍然決定對該開出模塊進行更換。處理后，泄洪系統(tǒng)運行正常。

4? ? 改進措施

4.1? 存在問題

此次1、3號泄洪洞工作閘門未經操作而自動提升事件，充分暴露了閘門遠方控制方式存在電氣閉鎖不完善的問題，在以下幾種情況（運行人員在上位機誤操作工作門、上位機H9000軟件出錯誤開出命令、閘首LCU柜PLC故障誤開出命令、泄洪洞工作門PLC故障誤開出命令）發(fā)生時，泄洪洞工作門存在誤動可能。為避免后期特別是在汛期，發(fā)生因閘門失控、危及水工建筑以及流域人民的生命財產安全的情況，決定對泄洪洞工作門操作回路進行優(yōu)化—繞開H9000軟件和所有PLC對工作閘門實行可靠閉鎖，同時在閘門開啟、關閉回路加入接通后延時斷開時間繼電器，防止PLC死機時，開啟/關閉命令一直存在，導致閘門過度開啟/關閉、損壞的情況發(fā)生。

4.2? 電氣閉鎖方案

4.2.1? 材料清單

材料清單如表2所示。

4.2.2? 回路異動

（1）為方便操作，在中控室新增1個“泄洪閘門允許操作控制箱”，安裝3個二位自保持切換開關SA1、SA2、SA3，分別用于1、2、3號泄洪洞遠方“允許”或“禁止”操作（見圖5）。

（2）新增中控允許遠方自動操作回路（見圖6—8）。當中控允許切換開關SA置于“允許”時，中間繼電器KA20線圈勵磁，其3對分別串入1號油泵、2號油泵自動控制回路及PLC控制回路的常開輔助接點閉合，允許1號油泵KA1、2號油泵KA2、閘門開啟KA3/關閉KA4、閘門左KA5/右糾偏KA6的所有自動操作。反之，當中控允許切換開關SA置于“禁止”時，則禁止上述操作。

（3）新增“PLC控制”擴展繼電器KC77（見圖6—8），3對輔助常開接點分別用于：閘門閉鎖反饋信號上送監(jiān)控;與閘門開啟繼電器KA3/關閉繼電器KA4輔助接點和新增的時間繼電器KT1/KT2一起，完成對閘門開啟/關閉電磁閥的延時斷開控制，起到防止 PLC“閘門開啟/關閉”開出接點“粘連”的作用。

（4）監(jiān)控上位機增加“1—3號閘門允許自動操作”語音報警。中控允許切換開關SA置于“允許”時，“1—3號閘門允許自動操作”動作;反之則復歸。

（5）泄洪洞工作門現(xiàn)地手動控制回路維持不變。

4.2.3? 自動運行方式

（1）正常運行時將中控室“泄洪閘門允許操作控制箱”相應控制開關切“禁止”位置;此功能有禁止相應閘門誤啟動作用;可禁止相應閘門遠方“自動”現(xiàn)地“自動”操作，現(xiàn)地“手動”操作則不受影響。

（2）每次自動操作前，將相應控制開關切至“允許”位置再操作，操作完畢，待閘門達到目標開度自動“停止”后，將相應控制開關切至“禁止”位置，防止閘門誤動。

（3）操作時將“泄洪閘門允許操作控制箱”控制開關切“允許”，下達閘門開度目標值，在流程結束前，將控制開關切至“禁止”位置，閘門將“立即停止”，若此時將控制開關再次切回“允許”位置，閘門將繼續(xù)動作，直至達到目標值，方才停止。

（4）當泄洪閘門開度達到目標開度仍沒自動停止時，可立即點上位機“閘門系統(tǒng)設備控制”畫面“停止操作”按鈕或將中控室“泄洪閘門允許操作控制箱”對應泄洪閘門控制開關切至“禁止”，均可實現(xiàn)停門操作。

（5）單次操作滿10 min（根據(jù)閘門動作速度設定）后，閘門控制回路（新裝）時間繼電器線圈失磁，切斷回路，閘門立即停止;此時必須在上位機上點擊“相應閘門操作停止按鈕”方可復位，執(zhí)行下次操作。

4.3? 應用效果

經過調試和實際運行，技改后效果顯著，操作簡單;閘門運行穩(wěn)定、可靠。

5? ? 結語

此方案具有操作簡單、可靠性高、改造投入低、實施難度小、維護費用少的特點。在充分利用既有資源（電纜備用芯、庫存繼電器等硬件和站內技術力量）的同時，僅通過在閘門自動控制回路末端加入硬件閉鎖的方式，即從根本上解決了閘門誤動的問題。閘門開啟/關閉防粘連功能的引入更是有效地消除了閘門過度操作所帶來的潛在風險。本次技改顯著地提升了龍頭石水電站泄洪閘門液壓啟閉機控制系統(tǒng)的可靠性，對兄弟單位具有一定的借鑒意義。