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        喀麥隆曼維萊水電站主溢洪道弧門電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

        2020-10-31 06:43:50李文祥郭天龍
        水利水電工程設(shè)計 2020年1期

        李文祥 鄭 雄 郭天龍

        喀麥隆曼維萊水電站項目工程位于喀麥隆共和國南部大區(qū)馬鞍境內(nèi)的恩特母河上,裝機容量211 MW(4×52.75 MW),為喀麥隆在建的最大水力發(fā)電站。曼維萊水電站泄洪系統(tǒng)主要由泄洪沖沙閘1 孔和泄洪閘5 孔組成,均為開敞式布置。其中沖沙閘和泄洪閘共用1 套(8 片)疊梁檢修閘門。每個泄洪閘和沖沙閘都有弧形工作門1扇。每一泄洪閘弧形工作門采用2×1 600 kN 雙點液壓啟閉機啟閉,沖沙閘弧形工作門采用2×2 000 kN 雙點液壓啟閉機啟閉。每臺液壓啟閉機設(shè)置1 套液壓油泵站,每臺液壓油泵站的油泵電機組為2 組,互為備用?;⌒喂ぷ鏖l門具有全開、全關(guān)和設(shè)置開度3 種工作方式。

        每套弧門都有1 套電氣控制系統(tǒng),實現(xiàn)弧形工作閘門的啟閉全過程控制、油泵組的自動啟??刂?、工作泵與備用泵的切換控制、各種工況參數(shù)的自動采集與監(jiān)視以及故障報警等。該控制系統(tǒng)以可編程邏輯控制器PLC 為核心,通過FXS-IIB 數(shù)字閘門開度測控儀中行程檢測裝置(絕對型軸角編碼器測量元件),其輸入接口為SSI 串接口,通過開度儀將測量數(shù)碼量轉(zhuǎn)換為4~20 mA 的模擬量傳送至現(xiàn)地電氣控制柜的施耐德PLC 的CPU 上,用于閘門左右杠開度顯示及顯示門實際開度值,從而最終通過程序?qū)崿F(xiàn)閘門的控制。

        1 系統(tǒng)配置

        每套泄洪閘弧門電氣控制系統(tǒng)分為操作控制柜、電控柜及外部傳感器元件三部分組成。操作控制柜主要為其控制回路,柜內(nèi)設(shè)有PLC、高度變送器、比例放大板、繼電器、信號燈、按鈕、觸摸屏及轉(zhuǎn)換開關(guān)等設(shè)備,PLC 負責完成信號的采集、處理、顯示。電控柜的2 路三相四線制電源由主溢洪道400 V 低壓柜一次電源分盤引入,柜內(nèi)還設(shè)有斷路器及相序保護裝置等設(shè)備,給整個控制系統(tǒng)提供電源使油泵電機正常啟動控制。外部元件包括液壓泵系統(tǒng)壓力變送器、溫度控制器、液位傳感器、左右缸壓力傳感器、回油箱壓力傳感器、弧門開度編碼器及比例電磁閥等。

        2 系統(tǒng)功能

        2.1 主溢洪道弧門的啟閉控制

        2.1.1 操作方式

        液壓啟閉機電氣控制系統(tǒng)通過手動、自動和遠方3種操作方式對主溢洪道弧門進行閘門啟閉控制。這3 種操作方式都是通過控制柜操作面板上的“工作方式選擇旋鈕”進行切換。

        閘門控制選擇手動方式時,手動選擇需要啟動的油泵電機,待油泵啟動延時10 s 后,手動實現(xiàn)閘門的啟閉。當閘門處于手動狀態(tài)下,PLC 只能監(jiān)視閘門雙缸開度,不能進行自動糾偏調(diào)節(jié),但是可以通過FXS-IIB 數(shù)字閘門開度測控儀表觀察左右缸的偏差,觀察觸摸屏上顯示的閘門兩側(cè)開度數(shù)字,同時操作比例調(diào)節(jié)旋鈕手動給定比例閥的大小進行手動糾偏。由于閘門上升和下降時的人工糾偏剛好相反,很容易出錯,故設(shè)備正常情況下不建議采用手動操作方式。

        閘門控制選擇自動方式時,首先把2臺電機和控制柜操作面板全部切換到自動方式,通過人機界面登入控制系統(tǒng),在人機界面出現(xiàn)全啟、全閉、停止和設(shè)置開度。當通過智能人機界面設(shè)定閘門所需開度,然后在屏幕上點擊“確認”接著彈出一個“是否執(zhí)行”的對話框,點擊“是”,PLC將自動按程序?qū)崿F(xiàn)閘門的啟閉。同樣的當在屏幕點擊全啟全閉或停止時,屏幕會彈出一個“是否執(zhí)行”的對話框,點擊“是”,PLC將自動按程序?qū)崿F(xiàn)閘門的啟閉和停止。

        閘門控制處于遠方操作方式時,有兩種操作:(1)在壩區(qū)控制室LCU 柜上可控制閘門的啟閉。(2)廠房中控室上位機發(fā)出“遠控開度設(shè)值”、“遠方開度設(shè)值確認”、“遠控啟閉命令”等指令,也可實現(xiàn)主溢洪道弧門的遠方啟閉,并將閘門運行及報警的相關(guān)信息送至中控室。在選擇對應(yīng)的遠方操作方式,需要將柜子上的“遠方”“現(xiàn)地”轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到對應(yīng)位置。

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        2.1.2 緊急停機

        無論閘門在任何控制方式下運行,都可以通過“緊急停機”硬按鈕或人機界面上的“Emergency Stop”實現(xiàn)緊急停止。

        2.1.3 主溢洪道弧門下滑回升功能

        閘門控制處于自動方式或遠方方式時,閘門下滑100 mm,自動啟泵提門,到原設(shè)定位自動停機;如果閘門下滑超過200 mm,自動啟泵提門并報警,啟門到原設(shè)定位停止下滑保護。當閘門下滑時也可以將運行方式切換至手動方式,手動啟門到原設(shè)定位置時,消除下滑報警。

        2.2 電機的啟??刂啤⒈O(jiān)測和保護

        (1)工作電機與備用電機的選擇:2 臺電機互為備用,啟動一次后下次啟動轉(zhuǎn)換工作與備用的關(guān)系。

        (2)工作電機與備用電機的故障切換:當工作電機故障時啟動備用電機,備用電機也出現(xiàn)故障則禁止操作閘門。

        2.3 液壓站的控制、監(jiān)測、保護

        (1)液壓泵站的控制系統(tǒng)失壓、超壓保護:當系統(tǒng)壓力低于3 MPa 時,延時10 s,報警,停機;當系統(tǒng)壓力高于15 MPa 時,報警,停機。

        (2) 液壓泵站油箱油位過高、過低保護:“液位繼電器向PLC 發(fā)送兩路開關(guān)量信號,供PLC 檢測油箱液位變化,并在高液位(油箱液位大于1 100 mm)報警,低液位(油箱小于300 mm)報警、停機。

        (4)油缸有桿腔失壓:當左缸或者右缸有桿腔壓力低于3 MPa 時,延時10 s,報警、停機。

        (5) 回油壓力過高保護:當系統(tǒng)回油壓力超過5 MPa 時,報警。

        (6)回油過濾器、高壓過濾器堵塞報警功能:報警。

        2.4 液壓啟閉機雙缸油缸的同步控制功能

        2.4.1 油缸行程采樣

        左右缸油缸的行程信號通過左右缸的編碼器將其SSI 絕對型編碼器信號送入數(shù)字閘門開度測試儀中處理轉(zhuǎn)換輸出兩組4~20 mA 的模擬電流量進入PLC 進行采樣處理,最終將換算左右缸的行程顯示在觸摸屏上,再通過廠家提供的閘門開度與左右缸行程的公式在PLC 中計算,在觸摸屏上顯示閘門的實際開度。左右油缸的行程信號最終的行程輸出精度小于±1 mm。

        2.4.2 弧門同步控制

        在弧門啟閉過程中,泄洪閘弧形工作閘門液壓啟閉機液壓控制系統(tǒng)為雙點控制系統(tǒng),為保證兩支油缸的同步運行,需設(shè)置同步糾偏回路,使閘門運行更加通暢,在液壓控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置閉環(huán)調(diào)節(jié)比例閥同步糾偏回路,設(shè)計中采用由一個調(diào)速閥和一個比例閥構(gòu)成的雙缸控制回路,通過檢測的兩缸位置信號,反饋給PLC,PLC 通過兩缸的位置偏差值處理信號后,來控制PLC 比例放大板輸出電壓大小,調(diào)節(jié)比例調(diào)速閥的流量,以減小兩缸的行程偏差,盡量使其開度保持在10 mm 以下,實現(xiàn)兩缸的同步運行,確保弧門能夠平穩(wěn)啟閉。當兩只液壓缸的行程偏差值不小于25 mm 時,液壓系統(tǒng)將自動停機并發(fā)出報警信號,確?;¢T啟閉安全。同步控制原理如圖1所示。

        圖1 弧門同步控制原理圖

        2.5 觸摸屏界面

        觸摸屏界面分為監(jiān)控和操作運行2 個界面,監(jiān)控界面主要包括“主畫面”、“開入量”、“開出量”、“定值設(shè)定”、“報警”這幾畫面,能夠顯示電機,液壓泵、啟閉機、弧門運行速度;閘門左右杠開度,提供報警指示,并可通過報警界面查看歷史報警記錄。

        操作界面通過密碼登錄,將“自動”、“遠方”、“現(xiàn)地”把手置現(xiàn)地位置,輸入對應(yīng)的指令來實現(xiàn)閘門的開啟、關(guān)閉、停止和開度設(shè)置。

        3 系統(tǒng)特點

        曼維萊水電站主溢洪道弧門控制系統(tǒng)在調(diào)試和運行過程中表現(xiàn)了良好性能,閘門運行平穩(wěn)、雙缸同步誤差小、數(shù)據(jù)采集精度高、糾偏性能良好??v觀弧門控制系統(tǒng)的配置和功能,該系統(tǒng)具有以下特點:

        (1) FXS-IIB 數(shù)字閘門開度儀將左右缸行程控制在±1 mm 以內(nèi),行程測量精度遠遠高于傳統(tǒng)的鋼絲繩測量方式,這就為弧門的平穩(wěn)運行打下良好基礎(chǔ)。

        (2)采用PID 調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、功率放大器,糾偏速度快,調(diào)節(jié)曲線平滑,無超調(diào)和躍變,保證閘門的平穩(wěn)運行。

        (3)采用觸摸屏,操作觀察直觀簡便。當有故障發(fā)生時,能夠查看報警畫面并能查看歷史報警記錄。

        (4)在廠房中控室能夠觀察提取閘門的狀態(tài)量、報警信息、歷史開度進行數(shù)據(jù)分析,可實現(xiàn)弧門的遠方控制。

        4 結(jié) 語

        主溢洪道弧門采用雙缸液壓露頂式弧形閘門在國內(nèi)外現(xiàn)已廣泛使用,相關(guān)技術(shù)已經(jīng)相對成熟,但是做到真正無人值班全自動化的遠方啟閉門泄洪,不僅需要優(yōu)良的制造安裝工藝,還需監(jiān)查控制系統(tǒng)的高度配合及安全、可靠的自動化測量元件。曼維萊水電站主溢洪道弧門啟閉機電氣控制柜配置了TK6100Ⅳ5 人機觸摸屏,可通過簡單的操作向PLC 發(fā)出控制命令最終實現(xiàn)現(xiàn)地或遠方對閘門的控制,并且能報文查看其精確查找故障點,減短了故障排查的時間,提高了維護人員的工作效率。

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