泄洪闸应急控制系统在深溪沟电站的应用

赵小明，刘 鹤，杨 东

( 国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源625304)

深溪沟水电站位于四川省大渡河中游汉源县和甘洛县接壤部，为大渡河干流规划的第十八级电站，其上一梯级为瀑布沟电站，电站枢纽由河床式厂房、窑洞式安装间、泄洪闸、冲沙闸、挡水坝等水工建筑物组成，坝顶高程662.50 m，水库正常蓄水位660.00 m，正常库容3 227 万m3，调节库容787 万m3，具有日调节性能。电站接瀑布沟水电站尾水，装设4 台轴流转桨式水轮发电机组，总装机容量660 MW，多年平均发电量32.35 亿kW·h，发电装机年利用4 900 h。电站按无人值班( 少人值守) 原则设计，采用计算机监控系统控制，由流域梯级调度中心统一调度运行。基于“无人值班、少人值守”的要求，对电站安全稳定运行和自动化控制系统的要求很高。

1 应急系统项目背景

深溪沟电站作为瀑布沟水库的反调节电站，有着库容小、送出线路单一、厂用电可靠性低等一些不利因素，如果厂用电消失后不能快速恢复将导致泄洪闸、泄洪洞工作门启闭机电源消失，无法提门泄水，由于深溪沟水库较小的可调节库容，存在着水没大坝的风险，向下游企业的供水也可能中断;同时渗漏泵、坝基泵电源消失，存在着水淹厂房风险，直接威胁到大坝的安全运行。因此实现对柴油发电机的自动启动控制，以在最短时间内恢复厂用电，是事故恢复及将事故危害降到最低的重要保证，而作为厂用电后备电源的柴油发电机的启动则是恢复厂用电的可靠措施。目前，在多数水电厂柴油发电机的启动是靠人工手动启动，这样使厂用电恢复时间较长，同时造成事故处理时人员不足，影响事故后恢复。因而在最短时间内启动柴油发电机，恢复厂用电，实现对柴油发电机的自动快速启动控制是非常必要的。经多方调研和讨论，决定对深溪沟泄洪闸增加应急控制系统，以实现深溪沟水电站泄洪闸在紧急条件下自动控制，防止水库水位超过警戒线甚至漫坝，同时防止在全厂停电的情况下可能造成下游供水中断等事故发生。

2 应急系统的结构

深溪沟泄洪闸应急控制系统包括应急系统控制屏、UPS电源屏、蓄电池屏、水库水位采集装置及相应通讯装置等设备构成。其系统图如图1:

图1 应急系统图

3 应急系统的功能

泄洪闸自动控制系统具备柴油发电机自动投入功能和泄洪闸自动控制功能。

3.1 切模开关

应急控制系统控制屏面板有“汛期”和“非汛期”的切换开关，此切换开关的操作由集控中心下令现场运行人员根据集控命令进行操作，严禁随意操作。当切换开关置于“切除”位时，应急系统的应急功能退出，不启动应急流程，但不影响与监控和集控的通讯，监控和集控仍可远方操作泄洪闸。

3.2 控制模式

应急控制系统控制权设置有“集控”、“厂控”和“应急”3种控制模式，在上位机或集控均可自动进行“厂控”和“集控”模式的切换。正常条件下，控制权在“集控”或“厂控”模式，实现3 孔泄洪闸的远方控制。当“线路跳闸”或“水位越限”应急启动条件满足时，应急系统将控制权自动切换到“应急”模式。在通信正常情况下，不论应急控制流程是否启动，运行人员都可发令将控制权切回到“集控”或“厂控”模式。在应急启动过程中，如果运行人员发令将控制权切换到“集控”或“厂控”模式，控制权将不会自动切换到“应急”模式，除非下一次应急条件满足时应急系统将再次将控制权切换到“应急”模式。

3.3 柴油发电机自动投入功能

在全厂失电的情况下，控制系统检测到坝顶400 V 系统Ⅰ、Ⅱ段母线均失电后，跳开坝顶400 V 系统Ⅰ段进线开关DB11 和母联开关DB13，经延时自动启动柴油发电机同时闭锁坝顶400 V BZT，当柴油发电机启动正常后，自动合上柴油发电机出口开关DB10－1 和坝顶400 V 系统Ⅰ段柴油发电机进线开关DB10，向坝顶400 V Ⅰ段母线供电，以保证3 孔泄洪闸的电源供给。此流程动作后不会自动复归，需人为到现场恢复大坝400 V 电源，400 V 电源恢复应在闸门动作结束后进行。

3.4 泄洪闸自动控制功能

应急系统实时监测水库水位，并采集当前全厂总有功和各泄洪闸门的开度。当水库水位达到警戒水位时发出告警信号，达到动作水位时，根据目前机组的运行状况，自动提升3孔泄洪闸门至相应开度进行泄洪。为保证水位监测的准确性，本系统采取3 选2 方式(1 套投入式液位传感器、1 套浮子开关组、1 套超声波传感器) 进行水位测量。具体动作结果见表1:

为了减小水工建筑物冲刷和闸门调节频率，泄洪闸调节顺序为2 号泄洪闸、1 号泄洪闸、3 号泄洪闸，且每孔闸门的动作开度不超过12m，若在操作过程中闸门出现故障，应急系统自动将未动作完的闸门开度按顺序赋给下孔闸门继续操作，直至闸门开度满足要求。

表1 泄洪闸自动控制动作结果

3.5 信息交换与命令传输

泄洪闸应急控制系统通过双网双冗余以太网与电站7LCU 进行通讯，实现应急系统与电站监控系统的信息交换，并通过监控系统接受集控中心及电站运行值班人员的操作命令，进行相应的操作。泄洪闸应急控制系统通过MB+网与3孔泄洪闸门控制系统进行通讯，以采集3 孔闸门的信息，同时通过MB+网络进行闸门预制开度的传输，闸门操作命令采用硬接线的方式下达。监控系统和集控中心对3 孔泄洪闸门的操作命令均通过应急系统将命令传输至各孔门的现地控制系统。

4 应急系统控制流程

4.1 应急电源自动投入流程

1) 判断到厂用电源消失，大坝400V 配电室失压的情况下调用应急电源自动投入程序;

2) 跳开断路器DB11、DB12、DB13;

3) 判断以上断路器位置开关在跳开位置，判断所有母线失压;

4) 给大坝的柴油发电机发出启动命令，判断柴油发电机是否正常启动，达到正常发电运行工况;

5) 柴油发电机正常后合上DB10、合上断路器DB11;

6) 判断大坝400 VI 段电压正常，恢复大坝400V I 段电源。

具体流程见图2:

4.2 泄洪闸应急流程

泄洪闸应急流程的启动有以下几种形式:

1) 监测到开关站断路器跳闸信号，水库水位达到动作水位，控制系统启动应急控制流程;

2) 监测到水库水位达到紧急正常动作水位，控制系统启动应急控制流程;

3) 汛期时水库水位达到警戒水位以上的动作水位，控制系统启动应急控制流程;

4) 枯水期时保证下泄327 m3/s 流量，保障下游企业的供水，当下泄流量＜327 m3/s 时，控制系统启动应急控制流程;

本控制系统的所有信息通过通讯提供给监控系统，以保证远方监控系统随时监测本控制系统的所有信息。具体流程见图3。

图2 应急电源自动投入流程

5 UPS 系统

本系统需要绝对稳定可靠的电源，考虑到在全厂失电的情况下厂用电不能提供电源，本系统增加一套UPS 冗余电源，UPS 冗余电源可维持至少60 min，单独装设在一面盘柜里。PLC 控制系统工作电源采用一路直流电源+1 套UPS 自备应急电源。UPS 系统的容量为10kVA，采用双机并机工作方式，由2 台UPS 装置和1 台并机输出配电单元( POD) 组成。正常情况下，UPS 工作在交流逆变供电模式。当交流掉电时，UPS 自动转为电池供电模式;当负载过载时，UPS 自动转为旁路供电模式;当逆变器发生故障、机内温度过高等时，UPS 自动转为故障状态下工作。当UPS 负载超过额定值时，UPS 将从交流逆变输出模式转为旁路供电，UPS 将发出间隔0.5 s 的报警音，此时UPS 输出即为交流输入电压，需要将多余负载卸除，直至UPS 不再过载告警，等候5 min，输出将自动转回交流逆变模式。为保护负载及UPS，1 h 内过载转旁路次数不能超出3 次，如超过则输出将停留在旁路状态，需要等候1 h才能转回逆变。UPS 系统共有2 组蓄电池组，每组由16 块电池串联，单节电池电压12V，容量200Ah。UPS 系统原理图如图4。

图3 应急控制流程图

图4 UPS 系统原理图

6 结束语

该应急控制系统实现了深溪沟泄洪闸监控系统和集控中心远方提落门的控制要求，同时该控制系统自动监测水库水位，当水库水位达到警戒水位时向监控系统报警，达到动作水位自动提升泄洪闸门进行放水，以保证在紧急条件下实现水库水位的应急控制，防止水库水位超过警戒线甚至漫坝，同时防止了全厂唯一一条送出线路跳闸后可能造成下游供水中断等情况。在全厂失电的情况下，该控制系统能控制柴油发电机自动启动并自动倒厂用电，向大坝400 V 系统供电，以保障泄洪闸系统的电源供给，为深溪沟电站的安全稳定运行提供了保障，也为深溪沟电站“无人值班，少人值守”的实现奠定了基础。