浅谈纳金电站集控改造中前池闸门控制系统设计
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摘 要：纳金电站是老电站，装机容量小，自动化程度低，前池快速闸门控制系统为常规手动控制，故障率高，文章主要介绍了系统改造过程中的施工经验、新系统与流域集控中心连接方式和控制策略，该方案经济合理，系统运行以来，运行可靠性高，维护量少，满足了电厂安全生产要求。
1 项目背景及目的
纳金电站为国网直孔公司下属电站，距拉萨市18公里，电站为顺拉萨河建设的土石混合堤坝引水式电站，岸边式厂房，电站于1965年建成投运，电站装机7800千瓦（6×13000千瓦）。2015年直孔公司计划将纳金电站接入拉萨集控中心，实现远方集中控制，但是由于纳金站机组工作闸门控制方式是纯手动控制方式（由开关按钮、继电器和接触器等简易元件组成），没有远方控制及监视功能，此系统还经常出现回路及元器件故障，给安全生产带来很大的安全隐患，已经不能满足生产要求，需要进行改造。
2 具体的问题及分析
纳金电站机组前池闸门控制设备从2007年投运以来，至今已运行8年之久，故障率高，自动化程度低，维护工作量大且相关备件难采购，不能满足现在的安全生产要求和远方集控的技术要求，存在的安全隐患分析汇总如下：
（1）启闭控制系统为传统的常规手动控制方式，且元器件严重老化，全是硬接点信号上送。原闸门现地控制系统虽然留有远方接口，但未接线，闸门开度和限位开关动作的不可靠，闸门启闭仍由运行人员现场操作，而机组开机需要的信号也需要在控制柜内短接送出，运行人员无法全面系统掌控启闭机的实时工作状态，使全站设备监控功能存在“死角”，不满足水电站“少人值班、无人值守”集控要求。
（2）动力电源系统没有零线接入，零线直接采用接地代替，导致电压降极度不稳定，有时达到280VAV，严重影响设备安全。
（3）由于启闭机投入年限长，且为老式启闭机，未考虑荷重的检测功能，没有过载保护功能，本次改造中需要增加此功能，利用检测电机电流方式间接测量启闭机荷重。
（4）原系统中上升下降等位置信号均由开度率定值控制，主令开关不但做冗余位置保护同时也是启闭机极限保护的最后一道关口，作用十分重要，原主令开关为通过传动系统采用碰撞行程开关方式工作，经勘测行程开关受气候温差大的影响损坏严重、触点老化，机械机构动作不灵敏，存在安全隐患。
（5）原开度检测仪是采集增量式编码器信号经行处理后以硬布线形式直接上送闸门LCU的方式，由于增量式编码器本身存在的“无记忆”缺陷，使得装置掉电后，无法准确反映开度，使得闸门存在极大的安全隐患。
3 闸门控制系统改造方案
3.1 闸门控制系统组成及远方控制策略
闸门控制系统由控制箱、控制模块、编码器、主令控制器及通讯电缆组成，控制箱为壁挂式控制箱，内部装设满足采集、现地控制、远方集控、通讯等功能，箱体面板设大尺寸、真彩人机交互设备。
新设计方案下，闸门控制系统与机组LCU通讯，参与到整个电站监控系统中，在通过站控层通信网关与拉萨集控中心实现连接。系统投入运行后，闸门控制系统及时将各类故障信息、遥测遥信量上送机组PLC，远方正常开机令下达后，通过监控网络，最终由现地机组LCU执行开机指令，先自检前池闸门的工作状态，若前池闸门为“全关”状态，机组LCU会下达提闸门的指令，闸门“全开”后，会自动进入下面的开机流程，若出现提闸门不成功等各类故障，机组LCU会将故障信息上送到远方集控中心，集控中心运行人员会通知现场维护人员进行检查，及时消除缺陷。在机组过速事故情况下，机组机械保护动作，会自动下达落闸指令，切断水流，确保机组安全。如图1所示。
3.2 主要设备选型
根据高海拔气候特点及电站多年运维经验，主要电气设备的选型需要满足该控制系统的技术性能及参数指标的要求，还须高海拔可靠性的要求，主设备及系统内中所安装的中间继电器、开关、按钮、指示灯等选用进口或合资产品。
新方案采用的PLC为AB Micro850控制器，该控制器具有嵌入式输入和输出的经济型集成式控制器。根据控制器类型，它可以容纳2到5个功能性插件模块。Micro850控制器具有可扩展特性，能额外支持四个扩展I/O模块，支持嵌入式以太网。
开度编码器采用绝对值多圈编码器EAMS58系列，编码唯一不重复，无需记忆。测量范围大，安装时不必要费劲找零点，简化安装调试难度。
原装置主令开关采用的DXZ型主令开关，该型号主令开关采用塑料凸轮，在地区温差变化极大的情况下极容易暴裂损坏。现采用QGX-A-40丝杆主令控制器，能与绝对值光电编码器组装成套。这种丝杆式主令控制器，安装方便，从测量工作原理上克服了传统凸轮式主令开关的缺点，调整方便，重复精度误差小，在技术指标上全面超越原凸轮式主令控制器。
3.3 安装注意事项
由于编码器和主令开关的更换，原控制柜已不适用，须进行更换。更换后的控制柜仍采用常规控制方式，开度仪表采用SSI开度仪对编码器信号进行处理，荷重信号也采用电流间接方式反映，全开、全关信号为硬接点方式，而闸门开度、荷重则采用通讯上送，充分利用LCU现有资源。
硬接点上送电缆已布置，但远方控制电缆和通讯电缆需要重新布置，布置起止位置为闸门现地控制柜至相应机组LCU屏，现机组LCU通讯预留接口有4个，而模拟量接口已用完，因而采用通讯上送。纳金站本次拟改造的机组设备较多，拟将进水口闸门、调速器油压、顶盖排水装置采用一根RS485总线方式上送至机组LCU、通讯协议采用MODBUS RTU。
4 结束语
纳金电站闸门控制系统改造安装调试完成后，实现了现场执行单位、机组控制单元、电厂站控层、集控中心四个层级的设备组成整体的控制网络，提高了电站管理水平和自动化水平，目前系统运行良好，此方案具有技术合理、经济性好的优点，通过本次改造，不仅解决了闸门控制系统存在的安全隐患，而且提供了电站接入集控中心的技术可能性。