錦屏一級(jí)水電站進(jìn)水口閘門控制系統(tǒng)優(yōu)化探討

李 士 哲

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司錦屏水力發(fā)電廠，四川 西昌 615000)

1 概 述

錦屏一級(jí)水電站位于四川省涼山州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，距西昌市約187 km，是雅礱江干流(卡拉至江口河段)五個(gè)梯級(jí)開發(fā)中的龍頭電站，水庫(kù)正常蓄水位高程1 880 m，相應(yīng)庫(kù)容77.6億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容49.1億m3，為年調(diào)節(jié)水庫(kù)，其下游梯級(jí)為錦屏二級(jí)、官地、二灘和桐子林水電站。

錦屏一級(jí)水電站樞紐主要建筑物由混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物和引水發(fā)電建筑物組成?；炷岭p曲拱壩高305 m，泄洪建筑物布置有壩身4個(gè)表孔和5個(gè)深孔及右岸1條泄洪洞。地下主、副廠房布置在右岸，主廠房中安裝6臺(tái)、單機(jī)容量為600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量3 600 MW，年平均發(fā)電量為166.2億kW·h。

錦屏一級(jí)水電站汛期6～9月按調(diào)度要求蓄水和發(fā)電，一般承擔(dān)系統(tǒng)基、腰荷。平水期當(dāng)入庫(kù)流量大于電站引用流量時(shí)擔(dān)負(fù)基荷；入庫(kù)流量小于電站引用流量時(shí)承擔(dān)腰荷。枯水期電站進(jìn)行日調(diào)節(jié)，承擔(dān)系統(tǒng)腰、峰荷。

2 系統(tǒng)組成

錦屏一級(jí)水電站大壩進(jìn)水口快速門4 500/11 000 kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)油缸安裝在大壩右岸，引水發(fā)電系統(tǒng)的地下廠房布置在右岸，地下廠房安裝有6臺(tái)、單機(jī)功率為600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。快速門油缸裝設(shè)于進(jìn)水口快速門頂部1 883 m 高程機(jī)架上，泵站布置在位于進(jìn)水塔中部的泵房?jī)?nèi)，本機(jī)在水輪發(fā)電機(jī)組或引水道發(fā)生事故時(shí)可現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)方控制關(guān)閉進(jìn)水口快速閘門，切斷水流，防止事故擴(kuò)大 。

進(jìn)水口共布置有六臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，設(shè)有兩套油泵站，每套泵站控制三臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。每個(gè)油泵站的油泵電機(jī)為兩組，互相備用。正常工作時(shí)，兩組油泵電機(jī)組同時(shí)投入工作，啟閉速度為正常值；一套油泵電機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，另一套仍可投入工作，但啟閉速度為正常值的一半。每個(gè)油泵站的閥組除油源控制閥組可共用外，為維護(hù)檢修方便，其余控制閥組為單獨(dú)設(shè)置。

HPCG閘門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)控制裝置的測(cè)控核心為PLC，其負(fù)責(zé)所有信息的處理。將所有檢測(cè)開關(guān)量送入PLC開關(guān)量模塊，傳感器測(cè)得的系統(tǒng)油壓、油箱油位和油缸位移信號(hào)送入PLC專用的模擬量模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。預(yù)制程序根據(jù)采集到的狀態(tài)和處理后的數(shù)據(jù)完成閘門系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)量控制，實(shí)現(xiàn)閘門的開啟關(guān)閉。PLC還將數(shù)據(jù)上送至觸摸屏，顯示系統(tǒng)壓力、油箱油位、油缸位移和閘門開度以及各種運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)等，并采用通訊量和開關(guān)量上送至LCU。

3 問題分析與處理

(1)補(bǔ)油閥閥芯動(dòng)作不到位問題的分析與處理。

在進(jìn)行進(jìn)水口#2閘門起落門試驗(yàn)過程中, 在#2閘門高位補(bǔ)油箱進(jìn)行補(bǔ)油時(shí)發(fā)現(xiàn)補(bǔ)油閥閥芯動(dòng)作不到位，導(dǎo)致補(bǔ)油效率低，補(bǔ)油時(shí)間遠(yuǎn)超正常補(bǔ)油時(shí)間。補(bǔ)油時(shí)，液壓泵站的系統(tǒng)壓力由11.5 MPa變?yōu)?3.2 MPa。

對(duì)補(bǔ)油閥電源回路做進(jìn)一步檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)：#2閘門補(bǔ)油閥動(dòng)作時(shí)，盤柜側(cè)測(cè)得補(bǔ)油閥線圈電壓為DC17 V，補(bǔ)油電磁閥最小動(dòng)作電壓為DC19 V,判斷補(bǔ)油閥動(dòng)作不到位是由于補(bǔ)油閥線圈電壓過低所致。

進(jìn)水口液壓?jiǎn)㈤]機(jī)1號(hào)控制柜DC24 V電源系統(tǒng)由S1+、S2+、S3+、PS2+四部分構(gòu)成，S1+為PLC DC24 V電源，S3+為屏外元件DC24 V電源，S2+為屏內(nèi)元件DC24 V電源，PS2+為S2+電源的一部分，S2+電源經(jīng)過緊急停機(jī)按鈕后變?yōu)镻S2+,為#1、#2泵控制電源、#1、#2、#3為進(jìn)水口閘門控制閥組的控制電源，其中補(bǔ)油閥電源由PS2+提供。

對(duì)盤柜DC24 V電源模塊和繼電器接點(diǎn)的DC24 V電源S2+進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，S2+電源對(duì)0 V電壓按照一定規(guī)律依次降低，且閘門動(dòng)作時(shí)比閘門無(wú)動(dòng)作時(shí)電壓有所降低。

根據(jù)上述檢查，對(duì)補(bǔ)油箱電磁閥電源回路進(jìn)行了優(yōu)化(圖1、2為電源回路優(yōu)化前后對(duì)比)，重新引一路電源至補(bǔ)油箱電磁閥，以避免并聯(lián)較多回路后出現(xiàn)壓降導(dǎo)致電磁閥閥芯動(dòng)作不到位的現(xiàn)象。

(2)全開信號(hào)消失問題的分析與處理。

進(jìn)行進(jìn)水口#1閘門停門操作時(shí)，CCS報(bào)“壩區(qū)1-3#進(jìn)水口主油箱油溫異常報(bào)警、壩區(qū)1-3#進(jìn)水口綜合故障報(bào)警、壩區(qū)3#進(jìn)水口閘門全開退出、三號(hào)機(jī)組進(jìn)水口快速閘門全開退出”，現(xiàn)地檢查三號(hào)機(jī)進(jìn)水口快速閘門開度為10 239 mm，全開指示燈熄滅。復(fù)歸報(bào)警信號(hào)后，三號(hào)機(jī)進(jìn)水口快速閘門全開指示燈仍熄滅。操作進(jìn)水口#1閘門落門至全關(guān)位置時(shí)CCS報(bào)“壩區(qū)進(jìn)水口#2閘門全開退出”，檢查閘門開度為10 259 mm，未達(dá)到閘門全開退出定值10 095 mm。手動(dòng)提門至10 300 mm后全開信號(hào)到達(dá)。

圖2 電源回路優(yōu)化后線路圖

進(jìn)水口#1～#3閘門控制盤柜存在盤柜DC24 V電源回路壓降較大的情況，特別是在閘門啟閉動(dòng)作期間，負(fù)荷側(cè)DC24V電壓下降明顯，SSI模塊的工作電壓在20 V左右(SSI的工作電壓為24 V)，電壓的變化可能造成SSI模塊或閘門開度編碼器的數(shù)據(jù)短時(shí)異常，以致#2、#3閘門的全開信號(hào)消失，而復(fù)位后閘門開度未達(dá)到大于10 300 mm的置位條件，因而全開信號(hào)消失。

為了避免電壓壓降對(duì)SSI模塊的影響，對(duì)SSI模塊電源回路進(jìn)行了改造，重新取DC24 V電源；為了更好地了解并掌握閘門全開信號(hào)消失的原因，在程序中增加了開度跳變監(jiān)視程序段，并增加了閘門全開復(fù)歸信號(hào)濾波功能。

(3)完善快速閉門功能。

進(jìn)行快速閉門時(shí)，PLC 程序沒有相應(yīng)的快速閉門輸入信號(hào)，程序?qū)⑴袛酁殚l門下滑，并將進(jìn)行自動(dòng)下滑提升功能，進(jìn)而將影響到閘門的快速閉門功能。

處理措施：增加程序段，用于判斷快速落門。程序段主要邏輯為：若閘門下滑大于200 mm 時(shí)開始計(jì)時(shí)，在6 s之內(nèi)若出現(xiàn)閘門下滑大于300 mm 時(shí)，說明為快速落門，應(yīng)閉鎖下滑提升控制回路；若6 s之后出現(xiàn)閘門下滑大于300 mm，不做任何控制。

(4)完善下滑啟門程序。

在#2 進(jìn)水口閘門自動(dòng)下滑啟門模擬試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)#2 閘門無(wú)法進(jìn)行下滑啟門。經(jīng)檢查程序發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)方式下，當(dāng)閘門開啟到達(dá)全開位置時(shí)，該程序只進(jìn)行一次自動(dòng)下滑提升功能使能；當(dāng)閘門控制方式切為手動(dòng)方式后，程序?qū)⑹プ詣?dòng)下滑提升功能；當(dāng)閘門控制方式再次切至自動(dòng)方式時(shí)，由于自動(dòng)下滑提升功能無(wú)法再次使能，將永久失去自動(dòng)下滑提升功能。

處理措施：將閘門全開信號(hào)(模擬量判斷為全開、模擬量判斷為上限或開關(guān)量上限到達(dá))串聯(lián)閘門自動(dòng)或遠(yuǎn)方信號(hào)用于自動(dòng)下滑提升功能使能。每次當(dāng)閘門控制把手切至自動(dòng)或遠(yuǎn)方位置、同時(shí)閘門處于全開狀態(tài)下，將進(jìn)行自動(dòng)下滑提升功能使能，使程序具有下滑提升功能。

4 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過上述優(yōu)化和改造，滿足了閘門運(yùn)行要求，同時(shí)對(duì)閘門控制系統(tǒng)中存在的不能自動(dòng)回升和在改變閘門控制模式的狀況下不能投入的情況進(jìn)行了程序上的完善，亦對(duì)編碼器電源回路進(jìn)行了優(yōu)化和程序內(nèi)部完善數(shù)據(jù)監(jiān)視告警功能，確保了閘門可靠穩(wěn)定運(yùn)行。筆者對(duì)以上改造情況進(jìn)行了介紹，希望對(duì)新建電站或相關(guān)設(shè)備改造、完善提供參考與借鑒。