李安勇

(重慶龍珠電力股份有限公司，重慶銅梁 402560)

1 概述

安居水電廠攔河大壩共設(shè)計有四孔沖沙閘門和十二孔泄洪閘門，它們擔(dān)負(fù)著水電廠庫區(qū)水位的調(diào)節(jié)和洪水期間泄洪的重要作用。每孔閘門配備一臺QPQ2×63 t卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。該閘門控制系統(tǒng)原設(shè)計為:在現(xiàn)地控制和遠(yuǎn)方集中控制兩種方式?，F(xiàn)地控制箱和遠(yuǎn)方集中控制臺上均設(shè)計有閘門開度測量儀。鑒于當(dāng)時的技術(shù)設(shè)備條件，閘門開度測量和遠(yuǎn)方集中控制兩項功能一直未能正常投入使用。電廠于1995年拆除了閘門開度測量儀和遠(yuǎn)方集中控制臺，只保留了現(xiàn)地手動操作方式，操作人員勞動強(qiáng)度大，事故、故障發(fā)生頻繁。隨著新技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是閘門高度測量及計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速進(jìn)步，安居水電廠和四川新瑞發(fā)展科技有限公司一起對電廠閘門開度的測量及操作控制系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造。通過幾年時間的運(yùn)行證明，閘門開度測量及控制系統(tǒng)的安全性、可靠性比以前得到了很大程度的提高。

2 安居水電廠攔河大壩閘門開度測量及控制系統(tǒng)存在的問題

安居水電廠攔河大壩原閘門開度測量及控制系統(tǒng)由閘門生產(chǎn)廠家配套生產(chǎn)。自1992年該閘門測控系統(tǒng)安裝完成并經(jīng)隨后幾年的運(yùn)行，曾多次釀成鋼絲繩反絞和閘門吊頭損壞的嚴(yán)重事故，給電廠帶來了較大的經(jīng)濟(jì)損失，并逐漸暴露出以下缺陷:

(1)閘門開度測量不準(zhǔn)確，誤差大;

(2)閘門不能實現(xiàn)遠(yuǎn)方控制操作;

(3)雖然設(shè)計有閘門上、下限位裝置，但從未安裝而使閘門失去應(yīng)有的保護(hù)功能，影響其安全性;

(4)雨天和夜間對閘門的操作非常困難，存在極大的操作事故隱患和人身安全危險。

3 閘門開度測量及控制系統(tǒng)改造的目標(biāo)

針對以上幾個方面的嚴(yán)重缺陷，安居水電廠和四川新瑞發(fā)展科技有限公司一起，經(jīng)過認(rèn)真分析、討論并進(jìn)行可行性論證后，決定對其進(jìn)行技術(shù)改造，以提高閘門開度測量的準(zhǔn)確性，同時也解決閘門遠(yuǎn)方控制及保護(hù)等問題。

(1)實現(xiàn)對閘門開度的準(zhǔn)確測量;

(2)增加遠(yuǎn)方計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng);

(3)提高前端測量元件的自動化水平;

(4)解決閘門上、下限位裝置的技術(shù)問題;

(5)解決庫區(qū)水位、攔污柵前水位、1～2#機(jī)攔污柵后水位、尾水水位的測量問題;

(6)采取符合實際的、有效的防雷措施來保護(hù)閘門開度測控儀和計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等。

4 閘門開度測量及控制系統(tǒng)的改造方案和主要技術(shù)措施

本次改造對于原現(xiàn)地控制箱內(nèi)的常規(guī)控制元件:操作按鈕、空氣斷路器、交流接觸器、熱繼電器以及監(jiān)視電機(jī)電壓、電流的表計等設(shè)備予以保留。對于閘門開度則采用全新的、具有獨(dú)創(chuàng)性的測量模式，即通過一只傳感器檢測閘門啟閉機(jī)齒輪齒數(shù)，每轉(zhuǎn)過一齒，傳感器發(fā)出一個脈沖并將其傳至閘門開度測控儀，經(jīng)閘門開度測控儀進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得閘門開度值。該測量方式比傳統(tǒng)的測量方式更準(zhǔn)確可靠，比采用旋轉(zhuǎn)編碼器測量簡單、經(jīng)濟(jì)。正是基于這一全新的閘門開度測量模式，為遠(yuǎn)方計算機(jī)集中控制提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(1)保留閘門現(xiàn)地控制箱原有的手動操作控制方式;

(2)在每孔閘門的現(xiàn)地控制箱內(nèi)增加一個閘門開度測控儀、一塊電源擴(kuò)展板，通過與現(xiàn)地檢測啟閉機(jī)齒輪齒數(shù)的傳感器一起組成現(xiàn)地閘門開度測控的智能單元(圖1);

圖1 閘門開度智能測量單元示意圖

(3)增加閘門遠(yuǎn)方計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng);

(4)對計算機(jī)上操作閘門的升、降與現(xiàn)地操作閘門的升、降能相互閉鎖，防止誤操作發(fā)生;

(5)由于閘門現(xiàn)地控制箱為露天安裝，而閘門開度測控儀裝于其中且處于電廠的最高位置，同時，為了保護(hù)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，必須采取防雷措施:①在十六孔閘門的總動力電源各相增加一只避雷器;②將十六孔閘門開度測控儀的控制電源分為兩段，通過隔離變壓器后接入現(xiàn)地控制箱內(nèi)的電源擴(kuò)展板，再向閘門開度測控儀供電;③在每塊電源擴(kuò)展板上安裝一個獨(dú)立的避雷器;④在每個閘門開度測控儀通訊接口前端安裝一只專用避雷器;⑤在計算機(jī)集中控制箱內(nèi)的MOXA多串口卡前端安裝一只專用避雷器;⑥重新制作安裝獨(dú)立防雷接地體并完善大壩閘門的防雷接地網(wǎng);

(6)原設(shè)計中，將十六孔閘門的動力電源分為四組，故改造時在每組動力電源的前端增加一個高性能、帶分閘線圈的空氣斷路器，一個電流變送器;

(7)采用麥克傳感器有限公司生產(chǎn)的MPM426W壓阻式液位變送器測量水位。

5 閘門開度測控儀和計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造后的主要技術(shù)指標(biāo)和性能

5.1 閘門開度測控儀的性能保證

(1)能準(zhǔn)確測量并實時顯示每孔閘門的開度值;

(2)閘門開度測控儀回復(fù)性能極好，幾乎未出現(xiàn)累積誤差;

(3)能設(shè)置閘門的上、下限定值，且自動作用于閘門的升降過程，并能有效的防止鋼絲繩反絞;

(4)能設(shè)置負(fù)值，如－0.01 m，確保在閘門全關(guān)后仍可下降一定的松弛度，避免鋼絲繩長期受力;

(5)能現(xiàn)場修改閘門的轉(zhuǎn)換系數(shù)、最大開度值、最小開度值、通訊波特率、通訊機(jī)號等參數(shù);

(6)采用RS422通訊方式，與遠(yuǎn)方計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)閘門開度數(shù)據(jù)、閘門運(yùn)行工況的上傳并接受監(jiān)控系統(tǒng)下達(dá)的操作控制命令并執(zhí)行;

(7)面板具有較好的信號指示功能。

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造后，其上位機(jī)硬件主要由IPC工控機(jī)、顯示器、MOXA多串口卡C32010T+C32030T+C32065T×3、ADAM4017模塊、研華8通道電壓輸入模塊等組成(圖2)。其監(jiān)控應(yīng)用軟件模塊有:閘門顯示模塊、閘門操作控制模塊、閘門電機(jī)保護(hù)模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、報警及報表模塊、趨勢分析模塊。

圖2 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)框圖

5.2 遠(yuǎn)方計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的性能保證

(1)具有在水調(diào)值班室實施計算機(jī)控制和現(xiàn)地手動控制兩種方式，并在電源擴(kuò)展板上設(shè)有計算機(jī)操作和手動操作相互閉鎖的切換聯(lián)片，以防誤操作;

(2)在計算機(jī)上操作時，操作人員只需預(yù)置閘門開啟或關(guān)閉的開度數(shù)據(jù)并經(jīng)確認(rèn)后，閘門即自動升降運(yùn)行。當(dāng)閘門開度達(dá)到預(yù)置數(shù)據(jù)時自動停止;當(dāng)出現(xiàn)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)故障、閘門開度測控儀故障等異常情況時，可采用現(xiàn)地手動操作閘門升、降、停;

(3)上位計算機(jī)采用圖形窗口界面，能動態(tài)實時監(jiān)視閘門的升降過程、開度值、電機(jī)電流;控制動作通過點擊圖形按鈕即可，界面簡單直觀，操作容易;

(4)具有防誤預(yù)置功能，最小可預(yù)置值為－0.05 m，最大可預(yù)置值為15 m。當(dāng)超出該預(yù)置范圍時，所設(shè)預(yù)置值即無效。該項功能能有效的防止操作人員的人為誤預(yù)置而引發(fā)的操作事故;

(5)對閘門的操作和維護(hù)實行權(quán)限管理和身份驗證制。只有當(dāng)其權(quán)限和身份被計算機(jī)確認(rèn)通過后方可執(zhí)行相應(yīng)的操作，否則被禁止進(jìn)入操作或維護(hù)界面;

(6)對閘門操作過程和測量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動定時存儲，方便故障、事故分析和查詢歷史資料;

(7)通過軟件設(shè)置電機(jī)過流和輕載保護(hù)，并作用于強(qiáng)跳閘門動力電源的空氣斷路器;根據(jù)需要，也可在計算機(jī)上人為操作分?jǐn)嚅l門動力電源的空氣斷路器;

(8)當(dāng)閘門在開啟或關(guān)閉過程中出現(xiàn)通訊中斷，將自動強(qiáng)跳閘門的動力電源空氣斷路器，同時清除閘門開度測控儀內(nèi)的開啟或關(guān)閉預(yù)置值，以防通訊恢復(fù)時閘門自動運(yùn)行;

(9)能實時監(jiān)測庫區(qū)水位、攔污柵前水位、1～2#機(jī)攔污柵后水位及尾水水位。

6 結(jié)語

此次改造由于采用了全新的閘門開度測量原理，使閘門開度測量的準(zhǔn)確性得到了很大提高。由于采用了計算機(jī)控制，使操作人員在雨天和夜間操作變得方便簡單，同時還消除了無上、下限位裝置而潛在的事故隱患，維護(hù)費(fèi)用也大為降低，使安居水電廠攔河大壩閘門的安全性、可靠性、可用率、經(jīng)濟(jì)性都得到不同程度的改善和提高。該測控系統(tǒng)經(jīng)改造后，安居水電廠攔河大壩閘門的運(yùn)行更加趨于合理、操作控制更加靈活、適應(yīng)性增強(qiáng)，給電廠庫區(qū)蓄水的科學(xué)調(diào)節(jié)提供了有力保障。從2001年改造至今，安居水電廠攔河大壩閘門監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷高溫、雷雨等惡劣天氣的考驗，運(yùn)行正常。