丹江口水電站快速閘門的設(shè)計(jì)原則及硬件配置,水利水電論文

丹江口水電站快速閘門的設(shè)計(jì)原則及硬件配置,水利水電論文丹江口水電站裝設(shè)有6臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組,每臺(tái)機(jī)組對(duì)應(yīng)1臺(tái)快速閘門.原快速閘門控制系統(tǒng)裝置由中控室閘門控制盤和壩頂閘門控制盤組成,通過光纖通訊實(shí)現(xiàn)中控室和壩頂信息的交換,6臺(tái)快速閘門共用2臺(tái)油泵,一臺(tái)為主用泵,當(dāng)閘門下滑250MM時(shí)啟動(dòng)打油提門,一臺(tái)為備用泵,當(dāng)閘門下滑300MM時(shí)啟動(dòng)提門.油泵的啟停由溝通電機(jī)固態(tài)控制器(SGK)來實(shí)現(xiàn).當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速逸速至150%Ne時(shí),系統(tǒng)將緊急落閘門;當(dāng)機(jī)組進(jìn)行檢修時(shí),將進(jìn)水口閘門關(guān)至全關(guān),給檢修增加一道安全屏障.因而,進(jìn)水口閘門控制系統(tǒng)性能的優(yōu)良以及設(shè)備的健康水平,將直接影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行.1原快速閘門控制系統(tǒng)存在的一些主要問題1.1原快速閘門控制系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行十多年,元器件出現(xiàn)不同程度老化,工業(yè)控制計(jì)算機(jī)不定時(shí)出現(xiàn)死機(jī)或自動(dòng)重啟現(xiàn)象,無法進(jìn)行遠(yuǎn)方自動(dòng)監(jiān)控等操作.1.2六臺(tái)機(jī)組閘門控制回路共用一套系統(tǒng),無法對(duì)系統(tǒng)元件進(jìn)行校驗(yàn)、檢修,而且一個(gè)局部故障會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響.1.3事故落門回路僅由一個(gè)電磁閥控制,一旦電磁閥發(fā)卡或者銹蝕,不能正常動(dòng)作,將會(huì)造成嚴(yán)重后果,單一的電磁閥控制回路可靠性較低.1.4單逐一路光纖通訊形式,無冗余機(jī)制,穩(wěn)定性差綜上所述,無論是在性能構(gòu)造、配置、控制方式上,還是可靠性方面,該控制系統(tǒng)都已不能知足安全生產(chǎn)需求,必須進(jìn)行全面改造.2快速閘門的設(shè)計(jì)原則鑒于原快速閘門控制系統(tǒng)存在的問題,改造后的快速閘門主要設(shè)計(jì)原則是每臺(tái)機(jī)組進(jìn)水口快速閘門控制回路獨(dú)立,可隨機(jī)組大修進(jìn)行檢修和維護(hù),沿用PLC控制方式,利用當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建遠(yuǎn)程集中控制和現(xiàn)地控制相結(jié)合的構(gòu)造形式.經(jīng)太多層面研究討論最后確定每臺(tái)機(jī)組配置1套進(jìn)水口快速閘門,共6套.每2套快速閘門由1套液壓泵站驅(qū)動(dòng),共3套液壓泵站.每套液壓泵站設(shè)置1套現(xiàn)地控制站,在中控室設(shè)置1套閘門集控站,與三套現(xiàn)地控制站組成一個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)對(duì)6臺(tái)閘門的遠(yuǎn)方控制與監(jiān)視.2.1系統(tǒng)方案丹江口水電站6套進(jìn)水口快速閘門設(shè)置一套閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),其監(jiān)視與控制對(duì)象為6套進(jìn)水口閘門液壓啟閉機(jī)現(xiàn)場機(jī)電設(shè)備.新閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用集中控制與分散操作相結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)方案.系統(tǒng)由閘門集控站、通訊網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)地控制站三大部分組成.閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)集控站和現(xiàn)地控制站采用西門子S7-300系列PLC作為控制核心,工業(yè)級(jí)以太環(huán)網(wǎng)組網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)通訊模塊采用西門子S7-300系列以太網(wǎng)通信模塊,網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用臺(tái)灣摩莎MOXA工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)EDS-405系列產(chǎn)品,集控站的彩色圖形操作面板通過以太網(wǎng)絡(luò)與集控PLC相連,實(shí)現(xiàn)集控站人機(jī)接口功能.2.2系統(tǒng)功能2.2.1控制功能新閘門控制系統(tǒng)能夠選擇三種方式控制閘門的操作,分別是手動(dòng)、程控、集控控制方式.(1)快速事故閉門:當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生飛逸事故或引水管破裂事故時(shí),閘門需要迅速關(guān)閉.在集控站通過觸摸屏操作,發(fā)出快速閉門命令,由現(xiàn)地控制站執(zhí)行快速閉門命令,閘門靠自重迅速關(guān)閉.(2)停機(jī):集控站通過觸摸屏操作,發(fā)出停機(jī)命令,由現(xiàn)地控制站執(zhí)行停機(jī)命令.需要十分指出停機(jī)是指停油泵電機(jī)而不是停水輪機(jī)組.(3)慢速閉門:正常檢修時(shí),集控站通過觸摸屏操作,發(fā)出慢速閉門命令,由現(xiàn)地控制站執(zhí)行慢速閉門命令,將閘門下腔壓力油引入啟閉機(jī)上腔,采用差壓慢閉的方式緩慢關(guān)閉,油泵不啟動(dòng).(4)平壓啟門(平壓前)/啟門(平壓后):當(dāng)未平壓時(shí),集控站通過觸摸屏操作,發(fā)出平壓啟門命令,通過網(wǎng)絡(luò)將命令發(fā)給進(jìn)水口閘門現(xiàn)地控制站,此時(shí)1號(hào)油泵立即啟動(dòng),5秒后2號(hào)油泵啟動(dòng),雙泵空載10秒后開場提充水閥,提升閘門到充水位置240毫米后停泵,壓力鋼管開場充水.平壓后,集控站通過觸摸屏操作,發(fā)出啟門命令,通過網(wǎng)絡(luò)將命令發(fā)給進(jìn)水口閘門現(xiàn)地控制站,油泵啟動(dòng)提升閘門至全開位置11.75米時(shí)停泵.2.2.2監(jiān)視功能集控站和現(xiàn)地控制站設(shè)置閘門位置、設(shè)備故障、電源指示等指示燈方便運(yùn)行人員監(jiān)視閘門狀態(tài).集控柜配置1臺(tái)12英寸的觸摸式彩色圖形操作面板,用于集控及現(xiàn)地設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)顯示、故障記錄顯示,以及在線幫助顯示.2.2.3閉鎖功能當(dāng)現(xiàn)地機(jī)電設(shè)備發(fā)生液壓故障或電氣故障時(shí),對(duì)事故閉門以外的其他動(dòng)作進(jìn)行閉鎖;當(dāng)存在事故閉門時(shí),對(duì)提門動(dòng)作進(jìn)行閉鎖.3主要硬件配置3.1供電電源電源的穩(wěn)定性、可靠性對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用,所以電源回路要遵循設(shè)計(jì)合理、智能監(jiān)控的思路.閘門控制系統(tǒng)供電采用交直流雙重供電加UPS形式.3.1.1UPS電源閘門現(xiàn)地控制盤和閘門集控站的220VAC控制電源系統(tǒng)選用山特1KVA/h在線式不間斷電源供電,UPS斷電工作時(shí)間不小于0.5小時(shí).3.1.2直流24V供電電源模塊系統(tǒng)采用2套直流穩(wěn)壓電源互為備用的工作方式,由兩個(gè)供電系統(tǒng)分別供電,1套輸入電源取自UPS;另外1套輸入電源取自直流220V控制電源,大大提高了控制系統(tǒng)工作電源的可靠性.3.2S7-300可編程序控制器PLC因其抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、構(gòu)成靈敏、易擴(kuò)展等諸多優(yōu)點(diǎn)已成為當(dāng)代工業(yè)控制領(lǐng)域的主流,我廠從選型統(tǒng)一,便于維護(hù)作為出發(fā)點(diǎn),選用西門子S7-300型PLC作為整個(gè)閘門控制系統(tǒng)的核心部件.3.3網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)閘門現(xiàn)地控制盤和閘門集控站網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)選用臺(tái)灣摩莎MOXA工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)EDS-405系列產(chǎn)品,遵循TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約.該交換機(jī)具備冗余電源機(jī)制,提供了2路電源輸入接口,當(dāng)一路輸入電源出現(xiàn)故障時(shí),另一路自動(dòng)為交換機(jī)提供工作電源,同時(shí)相應(yīng)繼電器動(dòng)作,輸出報(bào)警信息.4在實(shí)際應(yīng)用中需改良的方面4.1新快速閘門控制系統(tǒng)電源部分設(shè)計(jì)冗余性較好,但是2臺(tái)機(jī)組共用1套泵站的工作方式,使得兩臺(tái)機(jī)組的工作電源是共用的.假如需要對(duì)華而不實(shí)1臺(tái)機(jī)組某個(gè)元件進(jìn)行停電檢查或者更換,就會(huì)影響到在運(yùn)行機(jī)組的正常工作.建議用空氣開關(guān)作為斷點(diǎn),將2臺(tái)機(jī)組的工作電源進(jìn)行分離,便于正常檢修和日常維護(hù).4.2閘門關(guān)終位和上極限位檢測選用的是接近開關(guān),接近開關(guān)采用無接點(diǎn)輸出方式,壽命長,但是受相鄰傳感器的干擾,輸出不穩(wěn)定,另外其對(duì)檢測距離的精準(zhǔn)性要求較高,一旦出現(xiàn)故障需要更換,對(duì)檢測距離的調(diào)整比擬困難,需要反復(fù)提門和落門,直到找到最適宜的檢測距離.建議將接近開關(guān)更換為限位開關(guān),限位開關(guān)是接觸式開關(guān),只要操作的接觸力到達(dá)一定值,就會(huì)觸發(fā)開關(guān),輸出穩(wěn)定,也便于更換.5結(jié)束語丹江口水電站閘門控制系統(tǒng)更換安裝從2018年5月開場