楊建國(guó)，劉　璐

（山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000）

泰山抽水蓄能電站下水庫(kù)閘門電氣控制系統(tǒng)改造

楊建國(guó)，劉璐

（山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000）

摘要：介紹泰山抽水蓄能電站下庫(kù)閘門電氣控制系統(tǒng)改造前存在的問(wèn)題以及改造的細(xì)節(jié)，并就其功能進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能；閘門；變頻器；編碼器

1　電站基本概況

泰安抽水蓄能電站位于山東省泰安市西郊的泰山西南麓，距泰安市5 km，距濟(jì)南市約70 km，靠近山東省用電負(fù)荷中心，地理位置優(yōu)越，地形、地質(zhì)條件良好，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越。電站在山東電網(wǎng)中主要擔(dān)負(fù)調(diào)峰、填谷作用，并兼有調(diào)頻調(diào)相和緊急事故備用等功能，電站以二回220 kV出線接入山東省電網(wǎng)，電氣距離約為40 km。

泰安抽水蓄能電站為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，工程規(guī)模為一等大（Ⅰ）型工程，由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房、下水庫(kù)、地面開(kāi)關(guān)站等建筑物組成，電站裝有4臺(tái)單機(jī)容量250MW的單級(jí)立軸混流可逆式水泵水輪機(jī)組和發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，總裝機(jī)容量為1 000MW，發(fā)電額定水頭為225m。

2　改造背景

電站每2臺(tái)機(jī)組共用1條尾水隧道，共計(jì)2條。為檢修尾水隧道，每條尾水隧道在下水庫(kù)進(jìn)水口裝設(shè)有1臺(tái)閘門及其電氣控制系統(tǒng)。由于設(shè)計(jì)、施工以及元器件可靠性等各方面的因素，閘門電氣控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和可控性較差，每年的閘門活動(dòng)試驗(yàn)均不能順利完成，活動(dòng)試驗(yàn)時(shí)間至少需1 d時(shí)間。暴露出的各類問(wèn)題都嚴(yán)重影響4臺(tái)機(jī)組可靠備用和地下廠房的安全。為此，電站對(duì)下水庫(kù)2套閘門電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3　改造前設(shè)備狀況

（1）動(dòng)力回路中起吊機(jī)構(gòu)采用兩臺(tái)YZR三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行中電氣傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)CJ20系列接觸器切換轉(zhuǎn)子串電阻的方法啟動(dòng)和調(diào)速。電氣保護(hù)回路和電氣控制回路完全由按鈕、繼電器進(jìn)行邏輯聯(lián)鎖和時(shí)間繼電器進(jìn)行延時(shí)控制，并通過(guò)接觸器動(dòng)作驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。啟閉機(jī)使用的是轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、調(diào)速方式依賴轉(zhuǎn)子部分串不同阻值的金屬電阻來(lái)消耗部分能量以達(dá)到調(diào)速效果，在低速區(qū)具有穩(wěn)定性差、出力不足的缺點(diǎn)，在高速重載下降時(shí)要有第三方制動(dòng)及拖拽才能保證閘門不下滑，這種制動(dòng)方式要消耗大量能源做制動(dòng)，只有少部分是用來(lái)提升重物。在電機(jī)保護(hù)方面由于采用了第三方的拖拽對(duì)電機(jī)的沖擊較大，在頻繁使用過(guò)程中會(huì)使電機(jī)的溫度過(guò)高，影響電機(jī)的絕緣，加速了電機(jī)的老化過(guò)程。在機(jī)械平衡方面由于制動(dòng)的沖擊力使振動(dòng)加劇，加速了機(jī)械疲勞過(guò)程。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于能耗型轉(zhuǎn)差調(diào)速，能耗大，機(jī)械特性軟，調(diào)速范圍小，平滑性差。低速時(shí)機(jī)械特性軟，造成停止位置不準(zhǔn)，易造成安全事故。

（2）高度和重量控制采用的是高度起重量綜合顯示儀檢測(cè)控制方式，高度起重量綜合顯示儀是常州常新電子衡器廠80、90年代設(shè)計(jì)制造的，功能和可操作性已跟不上現(xiàn)代設(shè)備的操作及功能要求，造成在進(jìn)行閘門啟閉運(yùn)行試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)操作困難，故障率高，設(shè)備調(diào)試復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)顯示及設(shè)置不直觀，工作不穩(wěn)定，已不符合電站安全運(yùn)行系統(tǒng)的技術(shù)要求。

4　改造主要內(nèi)容

（1）將原下庫(kù)閘門電氣控制系統(tǒng)內(nèi)數(shù)量及體積較大的接觸器以及轉(zhuǎn)子串電阻，更換為西門子MM440系列45 kW變頻器1臺(tái)和10 kW、13.6Ω制動(dòng)電阻1臺(tái)，動(dòng)力和控制部分完全分開(kāi)放置，不僅解決信號(hào)干擾問(wèn)題，還改善了空間狹小、設(shè)備布局擁擠等問(wèn)題。

（2）增加西門子TP177B型顯示屏做為人機(jī)界面，代替原有的高度重量綜合顯示儀和指示燈，使得盤柜面板更為簡(jiǎn)練，面板上的元器件數(shù)量大大減少。在功能上原閘門開(kāi)度、荷重均由可靠性較差的高度重量綜合顯示儀計(jì)算，且開(kāi)度和重量的標(biāo)定過(guò)程復(fù)雜?，F(xiàn)使用操作屏代替高度重量綜合顯示儀，大大簡(jiǎn)化零點(diǎn)和滿量程的標(biāo)定過(guò)程。另外，在操作屏上增加了閘門提升、下落過(guò)程中的運(yùn)行在線狀態(tài)顯示以及報(bào)警事件記錄，不僅保留原有的閘門開(kāi)度、荷重、輸入電流顯示，還增加了閘門速度、前后差壓、變頻器頻率以及各過(guò)程運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備報(bào)警監(jiān)視，閘門各狀態(tài)一目了然。

（3）原繼電器、端子、接觸器等元器件可靠性差，配線零亂，標(biāo)識(shí)不完整或不正確；圖紙與現(xiàn)場(chǎng)存在較大差距，為消缺維護(hù)帶來(lái)了較大困難?，F(xiàn)更換可靠性較高的鳳凰回拉式端子、繼電器和施耐德接觸器，高標(biāo)準(zhǔn)重新布局、接線、標(biāo)識(shí)，重新繪制詳細(xì)圖紙。另外將下庫(kù)閘門電氣控制系統(tǒng)的2面普通盤柜更改為2 面800×600×2200威圖標(biāo)準(zhǔn)盤柜，提供具有較好的防潮、防塵性能的工作環(huán)境。

（4）增加機(jī)械鎖錠投、退功能。在原閘門電氣控制系統(tǒng)自動(dòng)方式下閘門在提至全開(kāi)位置時(shí)自動(dòng)停止，但由于機(jī)械鎖錠投、退均需要在閘門全開(kāi)基礎(chǔ)上再提升約20 cm，使得每次均需通過(guò)短接回路的方式來(lái)操作鎖錠的投、退，非常不方便、不安全。改造后增加鎖錠投、退操作旋鈕，大大優(yōu)化了操作流程。

（5）增加閘門開(kāi)啟操作超時(shí)判斷、關(guān)閉操作超時(shí)判斷、高速下落超時(shí)判斷、事故落門快速階段超時(shí)判斷和過(guò)速判斷保護(hù)功能，確保閘門本體安全。

（6）重新編寫PLC程序，荷載和高度信號(hào)的采集、運(yùn)算由PLC代替原來(lái)的荷載儀；對(duì)程序進(jìn)行了優(yōu)化，更加適合工作人員閱讀習(xí)慣；每一條指令均有明細(xì)的注釋，大大縮短閱讀者的學(xué)習(xí)時(shí)間和加深閱讀者的理解深度。在顯示屏上增加了閘門的詳細(xì)操作說(shuō)明及各功能注釋，即使是學(xué)員或沒(méi)有圖紙的工作人員亦能現(xiàn)場(chǎng)掌握基本功能和正確完成各種基本操作。

5　功能介紹

5.1手動(dòng)開(kāi)門操作

將【手動(dòng)、自動(dòng)】選擇開(kāi)關(guān)SA1置于手動(dòng)位置，【解/投鎖常規(guī)充水】選擇開(kāi)關(guān)SA4置于常規(guī)位置，此時(shí)如將手動(dòng)模式【啟門、閉門】選擇開(kāi)關(guān)SA2置于啟門位置，如果已經(jīng)平壓，工作制動(dòng)器松閘啟閉機(jī)啟動(dòng)，閘門開(kāi)始上升，如將【啟門、閉門】選擇開(kāi)關(guān)SA2置于中間0位置，啟閉機(jī)停止，閘門停止上升，現(xiàn)地手動(dòng)操作完畢后將選擇開(kāi)關(guān)SA1置于0位置。

5.2手動(dòng)關(guān)門操作

將【手動(dòng)、自動(dòng)】選擇開(kāi)關(guān)SA1置于手動(dòng)位置，【解/投鎖常規(guī)充水】選擇開(kāi)關(guān)SA4置于常規(guī)位置，此時(shí)如將【啟門、閉門】選擇開(kāi)關(guān)SA2置于閉門位置，工作制動(dòng)器松閘啟閉機(jī)啟動(dòng)，閘門開(kāi)始下降，如將【啟門、閉門】選擇開(kāi)關(guān)SA2置于中間0位置，啟閉機(jī)停止，閘門停止下降，手動(dòng)操作完畢后將選擇開(kāi)關(guān)SA2置于0位置。

5.3自動(dòng)開(kāi)門操作

將【手動(dòng)、自動(dòng)】選擇開(kāi)關(guān)SA1置于自動(dòng)位置，【解/投鎖常規(guī)充水】選擇開(kāi)關(guān)SA4置于常規(guī)位置，此時(shí)如將自動(dòng)模式【啟門、閉門】選擇開(kāi)關(guān)SA3置于啟門位置，由PLC自動(dòng)判斷平壓信號(hào)是否平壓，如果平壓，則啟動(dòng)變頻器，工作制動(dòng)器松閘，啟閉機(jī)啟動(dòng)，閘門開(kāi)始上升，待閘門到達(dá)設(shè)定位置之后，限位開(kāi)關(guān)及旋轉(zhuǎn)編碼器輸出雙重保護(hù)停止信號(hào)，啟閉機(jī)停止，閘門停止上升，制動(dòng)器復(fù)位。

5.4自動(dòng)關(guān)門操作

將【手動(dòng)、自動(dòng)】選擇開(kāi)關(guān)SA1置于自動(dòng)位置，【解/投鎖常規(guī)充水】選擇開(kāi)關(guān)SA4置于常規(guī)位置，此時(shí)如將自動(dòng)模式【啟門、閉門】選擇開(kāi)關(guān)SA3置于關(guān)門位置，則啟動(dòng)變頻器，工作制動(dòng)器松閘，啟閉機(jī)啟動(dòng)，閘門開(kāi)始下降，待閘門到達(dá)設(shè)定位置之后，限位開(kāi)關(guān)及旋轉(zhuǎn)編碼器輸出雙重保護(hù)停止信號(hào)，啟閉機(jī)停止，閘門停止下降，制動(dòng)器復(fù)位。

5.5平壓控制操作

在非自動(dòng)的情況下，當(dāng)要開(kāi)啟閘門時(shí)，如果壓差不在允許的范圍之內(nèi)，顯示屏面板上沒(méi)有平壓信號(hào)則必須進(jìn)行充水平壓操作，應(yīng)把【解/投鎖常規(guī)充水】選擇開(kāi)關(guān)SA4置于充水位置，啟閉機(jī)啟動(dòng)，閘門開(kāi)始上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)充水設(shè)定20 cm位置時(shí)，停止開(kāi)門輸出，啟閉機(jī)停止，等待充水閥充水。在自動(dòng)的情況下，當(dāng)要開(kāi)啟閘門時(shí)，如果壓差不在允許的范圍之內(nèi)，則啟閉機(jī)在啟動(dòng)后將閘門提升至20 cm（可以設(shè)定）或到達(dá)主令充水位置后，自動(dòng)停止，等待充水閥充水，待充水完成閘門前后平壓后，傳感器將平壓信號(hào)送至控制柜PLC，PLC在得到平壓信號(hào)后自動(dòng)啟動(dòng)啟閉機(jī)，繼續(xù)提升閘門。

5.6解、投鎖操作

5.6.1解鎖錠

當(dāng)閘門處在鎖定位置33m時(shí)，將【解/投鎖常規(guī)充水】轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于解/投鎖位，【自動(dòng)手動(dòng)】轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)位置。操作自動(dòng)模式啟門開(kāi)關(guān)，此時(shí)閘門啟動(dòng)上升至33.2m停止，鎖定由于自重退出。5.6.2投入鎖錠

將【解/投鎖常規(guī)充水】轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于解/投鎖位，【自動(dòng)手動(dòng)】轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)位置，操作自動(dòng)模式啟門開(kāi)關(guān)，閘門起升至33.2m自動(dòng)停止，此時(shí)將機(jī)械鎖定人工提起至投入位置，操作自動(dòng)模式閉門開(kāi)關(guān)，閘門下落，鎖定投入。如閘門由于慣性下落位置低于33m全開(kāi)信號(hào)消失，將【解/投鎖常規(guī)充水】轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于常規(guī)位置，操作自動(dòng)模式啟門開(kāi)關(guān)，閘門自動(dòng)提升至33m全開(kāi)位置后停止，全開(kāi)信號(hào)正常。

5.7工作制動(dòng)器控制

當(dāng)變頻器收到啟動(dòng)命令后啟動(dòng)，工作制動(dòng)器吸合還是斷開(kāi)靠變頻器的BPQ-2輸出點(diǎn)控制，根據(jù)閘門的實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)定為變頻器頻率升至5Hz時(shí)工作制動(dòng)器松閘，以免閘門在制動(dòng)器松開(kāi)瞬間由于自重下滑。當(dāng)出現(xiàn)閘門墜落等故障時(shí)，PLC吸合工作制動(dòng)器制動(dòng)，繼電器K10強(qiáng)行斷開(kāi)制動(dòng)器回路電源，制動(dòng)器抱閘。

5.8報(bào)警功能

當(dāng)荷重超過(guò)設(shè)定的重量的110%（操作屏設(shè)定）延時(shí)10 s，給出過(guò)載報(bào)警，閘門停止。

變頻器故障時(shí)，給出變頻器故障信號(hào)，閘門停止，觸摸屏顯示故障信息。

當(dāng)發(fā)生墜落時(shí)，給出墜落報(bào)警信號(hào)。墜落判斷方法：當(dāng)模擬速度超過(guò)設(shè)定的速度保護(hù)值3m/min（操作屏設(shè)定），發(fā)出墜落報(bào)警停止閘門運(yùn)行。

當(dāng)發(fā)生以上任何一種故障時(shí)，變頻器將不能啟動(dòng)，只有故障排除之后，給出復(fù)位信號(hào)后，才能啟動(dòng)。

當(dāng)開(kāi)門超過(guò)規(guī)定的時(shí)間（1 660 s），則給出了開(kāi)門超時(shí)報(bào)警，自動(dòng)停機(jī)。

當(dāng)關(guān)門超過(guò)規(guī)定的時(shí)間（1 660 s），則給出了關(guān)門超時(shí)報(bào)警，自動(dòng)停機(jī)。

當(dāng)平壓充水時(shí)，超過(guò)規(guī)定的時(shí)間（10 s）沒(méi)有收到充水位置主令開(kāi)關(guān)的信號(hào)，則給出充水位超時(shí)報(bào)警，自動(dòng)停機(jī)。

5.9閘門高度、荷重的標(biāo)定

當(dāng)閘門全關(guān)時(shí)，取得一次編碼器的數(shù)值Min，當(dāng)閘門全開(kāi)時(shí)，取得一次編碼器的數(shù)據(jù)值Max，閘門高度設(shè)定為h，編碼器的實(shí)時(shí)數(shù)值N，則閘門實(shí)際高度H=（N-Min）×h/(Max-Min)。

開(kāi)度標(biāo)定時(shí)，先在觸摸屏的【參數(shù)設(shè)定畫(huà)面】的【開(kāi)度設(shè)定】輸入開(kāi)度的設(shè)定值，當(dāng)閘門全關(guān)時(shí)，在觸摸屏的【參數(shù)設(shè)定畫(huà)面】按一下【開(kāi)度下限】，當(dāng)閘門全開(kāi)時(shí)，再按一下【開(kāi)度上限】，即可完成標(biāo)定。在未完成開(kāi)度標(biāo)定前，設(shè)定速度保護(hù)值稍大一些，防止超速保護(hù)。

荷重標(biāo)定時(shí)，當(dāng)閘門關(guān)到位時(shí)，在觸摸屏的【參數(shù)設(shè)定畫(huà)面】按一下【荷重下限】按鈕，當(dāng)閘門全開(kāi)到位時(shí)，按一下【荷重上限】按定荷重的上限數(shù)值，標(biāo)定一次荷重值即可。未完成荷重標(biāo)定前，先將荷重保護(hù)系數(shù)設(shè)定的稍大。

6　結(jié)語(yǔ)

下水庫(kù)2套閘門電氣控制系統(tǒng)改造后，4年內(nèi)設(shè)備零缺陷運(yùn)行情況表明：此次改造的前期設(shè)計(jì)、設(shè)備選型較為合理，施工以及調(diào)試過(guò)程全面正確，加上新增加的多套閘門保護(hù)功能等一系列措施，大大的提高了設(shè)備穩(wěn)定性和安全性。

中圖分類號(hào)：TV734

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）07-0046-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.013

收稿日期：2015-04-30

作者簡(jiǎn)介：楊建國(guó)（1959-），男，工程師，從事水電廠檢修維護(hù)管理工作。