趙小明，劉 鶴，楊 東

( 國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源625304)

深溪溝水電站位于四川省大渡河中游漢源縣和甘洛縣接壤部，為大渡河干流規(guī)劃的第十八級(jí)電站，其上一梯級(jí)為瀑布溝電站，電站樞紐由河床式廠房、窯洞式安裝間、泄洪閘、沖沙閘、擋水壩等水工建筑物組成，壩頂高程662.50 m，水庫(kù)正常蓄水位660.00 m，正常庫(kù)容3 227 萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容787 萬(wàn)m3，具有日調(diào)節(jié)性能。電站接瀑布溝水電站尾水，裝設(shè)4 臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量660 MW，多年平均發(fā)電量32.35 億kW·h，發(fā)電裝機(jī)年利用4 900 h。電站按無(wú)人值班( 少人值守) 原則設(shè)計(jì)，采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制，由流域梯級(jí)調(diào)度中心統(tǒng)一調(diào)度運(yùn)行?；凇盁o(wú)人值班、少人值守”的要求，對(duì)電站安全穩(wěn)定運(yùn)行和自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求很高。

1 應(yīng)急系統(tǒng)項(xiàng)目背景

深溪溝電站作為瀑布溝水庫(kù)的反調(diào)節(jié)電站，有著庫(kù)容小、送出線路單一、廠用電可靠性低等一些不利因素，如果廠用電消失后不能快速恢復(fù)將導(dǎo)致泄洪閘、泄洪洞工作門(mén)啟閉機(jī)電源消失，無(wú)法提門(mén)泄水，由于深溪溝水庫(kù)較小的可調(diào)節(jié)庫(kù)容，存在著水沒(méi)大壩的風(fēng)險(xiǎn)，向下游企業(yè)的供水也可能中斷;同時(shí)滲漏泵、壩基泵電源消失，存在著水淹廠房風(fēng)險(xiǎn)，直接威脅到大壩的安全運(yùn)行。因此實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)控制，以在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)廠用電，是事故恢復(fù)及將事故危害降到最低的重要保證，而作為廠用電后備電源的柴油發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)則是恢復(fù)廠用電的可靠措施。目前，在多數(shù)水電廠柴油發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)是靠人工手動(dòng)啟動(dòng)，這樣使廠用電恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)造成事故處理時(shí)人員不足，影響事故后恢復(fù)。因而在最短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，恢復(fù)廠用電，實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的自動(dòng)快速啟動(dòng)控制是非常必要的。經(jīng)多方調(diào)研和討論，決定對(duì)深溪溝泄洪閘增加應(yīng)急控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)深溪溝水電站泄洪閘在緊急條件下自動(dòng)控制，防止水庫(kù)水位超過(guò)警戒線甚至漫壩，同時(shí)防止在全廠停電的情況下可能造成下游供水中斷等事故發(fā)生。

2 應(yīng)急系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

深溪溝泄洪閘應(yīng)急控制系統(tǒng)包括應(yīng)急系統(tǒng)控制屏、UPS電源屏、蓄電池屏、水庫(kù)水位采集裝置及相應(yīng)通訊裝置等設(shè)備構(gòu)成。其系統(tǒng)圖如圖1:

圖1 應(yīng)急系統(tǒng)圖

3 應(yīng)急系統(tǒng)的功能

泄洪閘自動(dòng)控制系統(tǒng)具備柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)投入功能和泄洪閘自動(dòng)控制功能。

3.1 切模開(kāi)關(guān)

應(yīng)急控制系統(tǒng)控制屏面板有“汛期”和“非汛期”的切換開(kāi)關(guān)，此切換開(kāi)關(guān)的操作由集控中心下令現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員根據(jù)集控命令進(jìn)行操作，嚴(yán)禁隨意操作。當(dāng)切換開(kāi)關(guān)置于“切除”位時(shí)，應(yīng)急系統(tǒng)的應(yīng)急功能退出，不啟動(dòng)應(yīng)急流程，但不影響與監(jiān)控和集控的通訊，監(jiān)控和集控仍可遠(yuǎn)方操作泄洪閘。

3.2 控制模式

應(yīng)急控制系統(tǒng)控制權(quán)設(shè)置有“集控”、“廠控”和“應(yīng)急”3種控制模式，在上位機(jī)或集控均可自動(dòng)進(jìn)行“廠控”和“集控”模式的切換。正常條件下，控制權(quán)在“集控”或“廠控”模式，實(shí)現(xiàn)3 孔泄洪閘的遠(yuǎn)方控制。當(dāng)“線路跳閘”或“水位越限”應(yīng)急啟動(dòng)條件滿足時(shí)，應(yīng)急系統(tǒng)將控制權(quán)自動(dòng)切換到“應(yīng)急”模式。在通信正常情況下，不論應(yīng)急控制流程是否啟動(dòng)，運(yùn)行人員都可發(fā)令將控制權(quán)切回到“集控”或“廠控”模式。在應(yīng)急啟動(dòng)過(guò)程中，如果運(yùn)行人員發(fā)令將控制權(quán)切換到“集控”或“廠控”模式，控制權(quán)將不會(huì)自動(dòng)切換到“應(yīng)急”模式，除非下一次應(yīng)急條件滿足時(shí)應(yīng)急系統(tǒng)將再次將控制權(quán)切換到“應(yīng)急”模式。

3.3 柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)投入功能

在全廠失電的情況下，控制系統(tǒng)檢測(cè)到壩頂400 V 系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ段母線均失電后，跳開(kāi)壩頂400 V 系統(tǒng)Ⅰ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)DB11 和母聯(lián)開(kāi)關(guān)DB13，經(jīng)延時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)同時(shí)閉鎖壩頂400 V BZT，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)正常后，自動(dòng)合上柴油發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)DB10－1 和壩頂400 V 系統(tǒng)Ⅰ段柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線開(kāi)關(guān)DB10，向壩頂400 V Ⅰ段母線供電，以保證3 孔泄洪閘的電源供給。此流程動(dòng)作后不會(huì)自動(dòng)復(fù)歸，需人為到現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)大壩400 V 電源，400 V 電源恢復(fù)應(yīng)在閘門(mén)動(dòng)作結(jié)束后進(jìn)行。

3.4 泄洪閘自動(dòng)控制功能

應(yīng)急系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水庫(kù)水位，并采集當(dāng)前全廠總有功和各泄洪閘門(mén)的開(kāi)度。當(dāng)水庫(kù)水位達(dá)到警戒水位時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，達(dá)到動(dòng)作水位時(shí)，根據(jù)目前機(jī)組的運(yùn)行狀況，自動(dòng)提升3孔泄洪閘門(mén)至相應(yīng)開(kāi)度進(jìn)行泄洪。為保證水位監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)采取3 選2 方式(1 套投入式液位傳感器、1 套浮子開(kāi)關(guān)組、1 套超聲波傳感器) 進(jìn)行水位測(cè)量。具體動(dòng)作結(jié)果見(jiàn)表1:

為了減小水工建筑物沖刷和閘門(mén)調(diào)節(jié)頻率，泄洪閘調(diào)節(jié)順序?yàn)? 號(hào)泄洪閘、1 號(hào)泄洪閘、3 號(hào)泄洪閘，且每孔閘門(mén)的動(dòng)作開(kāi)度不超過(guò)12m，若在操作過(guò)程中閘門(mén)出現(xiàn)故障，應(yīng)急系統(tǒng)自動(dòng)將未動(dòng)作完的閘門(mén)開(kāi)度按順序賦給下孔閘門(mén)繼續(xù)操作，直至閘門(mén)開(kāi)度滿足要求。

表1 泄洪閘自動(dòng)控制動(dòng)作結(jié)果

3.5 信息交換與命令傳輸

泄洪閘應(yīng)急控制系統(tǒng)通過(guò)雙網(wǎng)雙冗余以太網(wǎng)與電站7LCU 進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急系統(tǒng)與電站監(jiān)控系統(tǒng)的信息交換，并通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)接受集控中心及電站運(yùn)行值班人員的操作命令，進(jìn)行相應(yīng)的操作。泄洪閘應(yīng)急控制系統(tǒng)通過(guò)MB+網(wǎng)與3孔泄洪閘門(mén)控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，以采集3 孔閘門(mén)的信息，同時(shí)通過(guò)MB+網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行閘門(mén)預(yù)制開(kāi)度的傳輸，閘門(mén)操作命令采用硬接線的方式下達(dá)。監(jiān)控系統(tǒng)和集控中心對(duì)3 孔泄洪閘門(mén)的操作命令均通過(guò)應(yīng)急系統(tǒng)將命令傳輸至各孔門(mén)的現(xiàn)地控制系統(tǒng)。

4 應(yīng)急系統(tǒng)控制流程

4.1 應(yīng)急電源自動(dòng)投入流程

1) 判斷到廠用電源消失，大壩400V 配電室失壓的情況下調(diào)用應(yīng)急電源自動(dòng)投入程序;

2) 跳開(kāi)斷路器DB11、DB12、DB13;

3) 判斷以上斷路器位置開(kāi)關(guān)在跳開(kāi)位置，判斷所有母線失壓;

4) 給大壩的柴油發(fā)電機(jī)發(fā)出啟動(dòng)命令，判斷柴油發(fā)電機(jī)是否正常啟動(dòng)，達(dá)到正常發(fā)電運(yùn)行工況;

5) 柴油發(fā)電機(jī)正常后合上DB10、合上斷路器DB11;

6) 判斷大壩400 VI 段電壓正常，恢復(fù)大壩400V I 段電源。

具體流程見(jiàn)圖2:

4.2 泄洪閘應(yīng)急流程

泄洪閘應(yīng)急流程的啟動(dòng)有以下幾種形式:

1) 監(jiān)測(cè)到開(kāi)關(guān)站斷路器跳閘信號(hào)，水庫(kù)水位達(dá)到動(dòng)作水位，控制系統(tǒng)啟動(dòng)應(yīng)急控制流程;

2) 監(jiān)測(cè)到水庫(kù)水位達(dá)到緊急正常動(dòng)作水位，控制系統(tǒng)啟動(dòng)應(yīng)急控制流程;

3) 汛期時(shí)水庫(kù)水位達(dá)到警戒水位以上的動(dòng)作水位，控制系統(tǒng)啟動(dòng)應(yīng)急控制流程;

4) 枯水期時(shí)保證下泄327 m3/s 流量，保障下游企業(yè)的供水，當(dāng)下泄流量＜327 m3/s 時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)應(yīng)急控制流程;

本控制系統(tǒng)的所有信息通過(guò)通訊提供給監(jiān)控系統(tǒng)，以保證遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)本控制系統(tǒng)的所有信息。具體流程見(jiàn)圖3。

圖2 應(yīng)急電源自動(dòng)投入流程

5 UPS 系統(tǒng)

本系統(tǒng)需要絕對(duì)穩(wěn)定可靠的電源，考慮到在全廠失電的情況下廠用電不能提供電源，本系統(tǒng)增加一套UPS 冗余電源，UPS 冗余電源可維持至少60 min，單獨(dú)裝設(shè)在一面盤(pán)柜里。PLC 控制系統(tǒng)工作電源采用一路直流電源+1 套UPS 自備應(yīng)急電源。UPS 系統(tǒng)的容量為10kVA，采用雙機(jī)并機(jī)工作方式，由2 臺(tái)UPS 裝置和1 臺(tái)并機(jī)輸出配電單元( POD) 組成。正常情況下，UPS 工作在交流逆變供電模式。當(dāng)交流掉電時(shí)，UPS 自動(dòng)轉(zhuǎn)為電池供電模式;當(dāng)負(fù)載過(guò)載時(shí)，UPS 自動(dòng)轉(zhuǎn)為旁路供電模式;當(dāng)逆變器發(fā)生故障、機(jī)內(nèi)溫度過(guò)高等時(shí)，UPS 自動(dòng)轉(zhuǎn)為故障狀態(tài)下工作。當(dāng)UPS 負(fù)載超過(guò)額定值時(shí)，UPS 將從交流逆變輸出模式轉(zhuǎn)為旁路供電，UPS 將發(fā)出間隔0.5 s 的報(bào)警音，此時(shí)UPS 輸出即為交流輸入電壓，需要將多余負(fù)載卸除，直至UPS 不再過(guò)載告警，等候5 min，輸出將自動(dòng)轉(zhuǎn)回交流逆變模式。為保護(hù)負(fù)載及UPS，1 h 內(nèi)過(guò)載轉(zhuǎn)旁路次數(shù)不能超出3 次，如超過(guò)則輸出將停留在旁路狀態(tài)，需要等候1 h才能轉(zhuǎn)回逆變。UPS 系統(tǒng)共有2 組蓄電池組，每組由16 塊電池串聯(lián)，單節(jié)電池電壓12V，容量200Ah。UPS 系統(tǒng)原理圖如圖4。

圖3 應(yīng)急控制流程圖

圖4 UPS 系統(tǒng)原理圖

6 結(jié)束語(yǔ)

該應(yīng)急控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了深溪溝泄洪閘監(jiān)控系統(tǒng)和集控中心遠(yuǎn)方提落門(mén)的控制要求，同時(shí)該控制系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)水庫(kù)水位，當(dāng)水庫(kù)水位達(dá)到警戒水位時(shí)向監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警，達(dá)到動(dòng)作水位自動(dòng)提升泄洪閘門(mén)進(jìn)行放水，以保證在緊急條件下實(shí)現(xiàn)水庫(kù)水位的應(yīng)急控制，防止水庫(kù)水位超過(guò)警戒線甚至漫壩，同時(shí)防止了全廠唯一一條送出線路跳閘后可能造成下游供水中斷等情況。在全廠失電的情況下，該控制系統(tǒng)能控制柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)并自動(dòng)倒廠用電，向大壩400 V 系統(tǒng)供電，以保障泄洪閘系統(tǒng)的電源供給，為深溪溝電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障，也為深溪溝電站“無(wú)人值班，少人值守”的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。