锦屏一级水电站进水口闸门控制系统优化探讨

李 士 哲

(雅砻江流域水电开发有限公司锦屏水力发电厂，四川 西昌 615000)

1 概 述

锦屏一级水电站位于四川省凉山州盐源县和木里县境内，距西昌市约187 km，是雅砻江干流(卡拉至江口河段)五个梯级开发中的龙头电站，水库正常蓄水位高程1 880 m，相应库容77.6亿m3，调节库容49.1亿m3，为年调节水库，其下游梯级为锦屏二级、官地、二滩和桐子林水电站。

锦屏一级水电站枢纽主要建筑物由混凝土双曲拱坝、泄洪消能建筑物和引水发电建筑物组成。混凝土双曲拱坝高305 m，泄洪建筑物布置有坝身4个表孔和5个深孔及右岸1条泄洪洞。地下主、副厂房布置在右岸，主厂房中安装6台、单机容量为600 MW的混流式水轮发电机组，总装机容量3 600 MW，年平均发电量为166.2亿kW·h。

锦屏一级水电站汛期6～9月按调度要求蓄水和发电，一般承担系统基、腰荷。平水期当入库流量大于电站引用流量时担负基荷；入库流量小于电站引用流量时承担腰荷。枯水期电站进行日调节，承担系统腰、峰荷。

2 系统组成

锦屏一级水电站大坝进水口快速门4 500/11 000 kN液压启闭机油缸安装在大坝右岸，引水发电系统的地下厂房布置在右岸，地下厂房安装有6台、单机功率为600 MW的混流式水轮发电机组。快速门油缸装设于进水口快速门顶部1 883 m 高程机架上，泵站布置在位于进水塔中部的泵房内，本机在水轮发电机组或引水道发生事故时可现场和远方控制关闭进水口快速闸门，切断水流，防止事故扩大 。

进水口共布置有六台液压启闭机，设有两套油泵站，每套泵站控制三台液压启闭机。每个油泵站的油泵电机为两组，互相备用。正常工作时，两组油泵电机组同时投入工作，启闭速度为正常值；一套油泵电机组出现故障时，另一套仍可投入工作，但启闭速度为正常值的一半。每个油泵站的阀组除油源控制阀组可共用外，为维护检修方便，其余控制阀组为单独设置。

HPCG闸门液压启闭机控制装置的测控核心为PLC，其负责所有信息的处理。将所有检测开关量送入PLC开关量模块，传感器测得的系统油压、油箱油位和油缸位移信号送入PLC专用的模拟量模块进行数据处理。预制程序根据采集到的状态和处理后的数据完成闸门系统的自动测量控制，实现闸门的开启关闭。PLC还将数据上送至触摸屏，显示系统压力、油箱油位、油缸位移和闸门开度以及各种运行状态信号等，并采用通讯量和开关量上送至LCU。

3 问题分析与处理

(1)补油阀阀芯动作不到位问题的分析与处理。

在进行进水口#2闸门起落门试验过程中, 在#2闸门高位补油箱进行补油时发现补油阀阀芯动作不到位，导致补油效率低，补油时间远超正常补油时间。补油时，液压泵站的系统压力由11.5 MPa变为13.2 MPa。

对补油阀电源回路做进一步检查时发现：#2闸门补油阀动作时，盘柜侧测得补油阀线圈电压为DC17 V，补油电磁阀最小动作电压为DC19 V,判断补油阀动作不到位是由于补油阀线圈电压过低所致。

进水口液压启闭机1号控制柜DC24 V电源系统由S1+、S2+、S3+、PS2+四部分构成，S1+为PLC DC24 V电源，S3+为屏外元件DC24 V电源，S2+为屏内元件DC24 V电源，PS2+为S2+电源的一部分，S2+电源经过紧急停机按钮后变为PS2+,为#1、#2泵控制电源、#1、#2、#3为进水口闸门控制阀组的控制电源，其中补油阀电源由PS2+提供。

对盘柜DC24 V电源模块和继电器接点的DC24 V电源S2+进行检查时发现，S2+电源对0 V电压按照一定规律依次降低，且闸门动作时比闸门无动作时电压有所降低。

根据上述检查，对补油箱电磁阀电源回路进行了优化(图1、2为电源回路优化前后对比)，重新引一路电源至补油箱电磁阀，以避免并联较多回路后出现压降导致电磁阀阀芯动作不到位的现象。

(2)全开信号消失问题的分析与处理。

进行进水口#1闸门停门操作时，CCS报“坝区1-3#进水口主油箱油温异常报警、坝区1-3#进水口综合故障报警、坝区3#进水口闸门全开退出、三号机组进水口快速闸门全开退出”，现地检查三号机进水口快速闸门开度为10 239 mm，全开指示灯熄灭。复归报警信号后，三号机进水口快速闸门全开指示灯仍熄灭。操作进水口#1闸门落门至全关位置时CCS报“坝区进水口#2闸门全开退出”，检查闸门开度为10 259 mm，未达到闸门全开退出定值10 095 mm。手动提门至10 300 mm后全开信号到达。

图2 电源回路优化后线路图

进水口#1～#3闸门控制盘柜存在盘柜DC24 V电源回路压降较大的情况，特别是在闸门启闭动作期间，负荷侧DC24V电压下降明显，SSI模块的工作电压在20 V左右(SSI的工作电压为24 V)，电压的变化可能造成SSI模块或闸门开度编码器的数据短时异常，以致#2、#3闸门的全开信号消失，而复位后闸门开度未达到大于10 300 mm的置位条件，因而全开信号消失。

为了避免电压压降对SSI模块的影响，对SSI模块电源回路进行了改造，重新取DC24 V电源；为了更好地了解并掌握闸门全开信号消失的原因，在程序中增加了开度跳变监视程序段，并增加了闸门全开复归信号滤波功能。

(3)完善快速闭门功能。

进行快速闭门时，PLC 程序没有相应的快速闭门输入信号，程序将判断为闸门下滑，并将进行自动下滑提升功能，进而将影响到闸门的快速闭门功能。

处理措施：增加程序段，用于判断快速落门。程序段主要逻辑为：若闸门下滑大于200 mm 时开始计时，在6 s之内若出现闸门下滑大于300 mm 时，说明为快速落门，应闭锁下滑提升控制回路；若6 s之后出现闸门下滑大于300 mm，不做任何控制。

(4)完善下滑启门程序。

在#2 进水口闸门自动下滑启门模拟试验中发现#2 闸门无法进行下滑启门。经检查程序发现，自动方式下，当闸门开启到达全开位置时，该程序只进行一次自动下滑提升功能使能；当闸门控制方式切为手动方式后，程序将失去自动下滑提升功能；当闸门控制方式再次切至自动方式时，由于自动下滑提升功能无法再次使能，将永久失去自动下滑提升功能。

处理措施：将闸门全开信号(模拟量判断为全开、模拟量判断为上限或开关量上限到达)串联闸门自动或远方信号用于自动下滑提升功能使能。每次当闸门控制把手切至自动或远方位置、同时闸门处于全开状态下，将进行自动下滑提升功能使能，使程序具有下滑提升功能。

4 结 语

经过上述优化和改造，满足了闸门运行要求，同时对闸门控制系统中存在的不能自动回升和在改变闸门控制模式的状况下不能投入的情况进行了程序上的完善，亦对编码器电源回路进行了优化和程序内部完善数据监视告警功能，确保了闸门可靠稳定运行。笔者对以上改造情况进行了介绍，希望对新建电站或相关设备改造、完善提供参考与借鉴。