探究水电厂单向门式启闭机电气改造

探究水电厂单向门式启闭机电气改造摘要：本文以某水电厂为例，分析了水电厂单向门式的启闭机电气系统运行中存在的主要问题，提出了相应的电气系统改造优化方案，并着重探讨了水电厂单向门式启闭机系统plc硬件优化、系统控制管理设施硬件优化、辅助控制硬件优化与软件改造措施，并对电气系统优化改造实践结果进行了探讨分析，以供参考借鉴。

关键词：水电厂单向门式启闭机电气改造
一、门机系统概况及改造方向
某水电厂日常运行采用灯泡贯流式水轮发电机组，机组总容量85mw，由3台20mw机组设备与1台25mw的扩容机组设备组建而成。

门机系统日常运行事故检修闸门控制工作由单向门式启闭机系统
负责，门机系统与水电厂实际管理规模及系统实际运行需求不太相符，且随运行时间的增加而出现严重的老化现象。

原门机系统总体存在安装连接工作复杂、功耗大、维护难度大、稳定性差、安全性不足等问题，严重影响水电厂整体运行控制质量。

通过深入分析水电厂现行系统控制状况，主要对门机系统plc
控制器、主控制设备、辅助控制硬件、程序软件进行全面改造优化，采用plc自动控制系统及手动继电器控制系统共同组建手动与自动相协调的控制系统，所有主控制设备均选用西门子s7—200系列，门机系统辅助控制硬件的优化以保护设备设施为主，着重对门机系统中的主控制程序、行走电机、主起升电机、夹轨器、电缆卷筒等控制程序进行简化、升级、整合。

二、单向门式启闭机系统改造措施
（一）硬件优化
1、plc自动控制系统硬件优化
经过对水电厂现行系统控制状况深入分析，拟定采用plc自动控制系统及手动继电器控制系统共同组建手动与自动相协调的控
制系统。

单向门机中的plc控制系统通过plc系统的使用实现操作平台传感器与开关实况的搜集与分析功能，进而宏观控制平台中电机设备的开启、运行控制及关闭操作。

经过对水电厂以往门机系统运行控制数据及特点的分析，计算得出plc控制平台建立输入控制点28个，输出控制点22个，安装1路模拟量输出。

改水电厂运行控制平台普遍采用西门子系列自动控制设备，因而选用与之相适应的西门子s7-200系列的plc设备负责启闭机组日常运行事故检修闸门核心控制设备。

根据水电厂启闭机组日常运行管理特点与运行规模，结合以往控制管理经验及其他水电厂日常运行管理中启闭机组成功管理案例，对系统中的plc 控制器进行模块化优化改造，采用s7—200系列cpu226基本单元，1块输人输出扩展单元（em223），1块模拟量输入输出扩展单元（em235）。

控制系统组建原理见图1.
图1.plc控制系统组建原理
2、系统主控制设施硬件优化改造
根据水电厂启闭机组日常运行事故检修闸门控制平台中的主控制设施设备老化、配置不合理的情况，着重对门机系统中的1台主
起升电机与3台行走电机设备进行优化改造，所有主控制设备均选用西门子s7—200系列，主控制电机均为绕线式异步电机。

在原先的设备的回路基础上串入电阻器，并随启动阶段逐级置换，直至原起动电阻切除完毕。

此种优化方式存在接线复杂、控制难度大等弱点，实际运行控制过程需要多台接触器辅助电阻切换工作，难以实现水电机组的高效、稳定运转。

因而，此处以频敏变阻器代替原先的起动电阻器，替换安装之后，水电机组仅需2～3个接触器辅助切换电阻，有效简化了机组运行与控制工作、降低了运行控制成本。

频敏变阻器在门机系统主控制设备硬件改造中起着重要作用，应严格根据变阻器实际规格与性质慎重选用，确保频敏变阻器等效电阻及相关等效电抗灵活随机组运行中转速的提升与转子内部电
流频率的减小而降低。

频敏变阻器引入门机系统主控制设施中之后，及时检查、记录并分析频敏变阻器与控制系统的融合性，及时对频敏变阻器进行调整改造，最终实现变阻器在系统运行控制中的无级启动与平稳切换。

另外，在门机系统中加设电气单相制动与机械刹车抱闸装置，辅助变阻器更加平稳、安全、高效运行。

3、系统辅助控制硬件优化
门机系统辅助控制硬件的优化以保护设备设施为主。

在门机设备主控制回路中加设零压零位联锁装置，并引入了限位保护回路与水电机组过流保护闭锁装置、门机机械过载、轻载保护等回路。

机组内部荷载升至额定荷载的120%时，系统内部提升装置及时断电，
以确保主控制设备安全运行。

内部荷载降至额定荷载的25%以下时，则系统下放出现障碍，下降回路及时断电，并发出紧急处理信息。

（二）软件改造
根据水电厂启闭机组日常运行事故检修闸门控制平台中控制软件系统老化、配置不合理的实际状况，对门机系统中的软件系统进行科学、全面的优化升级。

着重对门机系统中的主控制程序、行走电机、主起升电机、夹轨器、电缆卷筒等控制程序进行简化、升级、整合。

改造过程中重点考虑门机系统中常发生的故障及事件的处理方法，实现门机系统控制软件的全面升级。

水电厂改造后的软件控制系统如下图：
图2.门机系统主控软件程序
三、改造实践结果分析
通过对水电厂单向门式启闭机电气系统运行与控制中存在的主要问题深入分析，系统改造方案的提出、单向门式启闭机系统plc 自动控制硬件优化、继电器手动控制系统优化升级、系统控制管理设施硬件优化与软件改造的科学实施，并根据水电厂运行规模与管理特点，科学进行控制系统模块化改造之后，为系统预留了一定的拓展空间，最终顺利完成了水电厂单向门式启闭机电气系统改造工作。

经过系统全面优化改造及后期协调之后，水电厂单向门式启闭机系统电气屏柜元件得到了有效的简化，建立起科学、使用、符合水电厂实际运行特点与运行规模的控制系统，实现了门机系统运行过程的全面逻辑控制，全面降低门机系统运行成本、提升门机系
统运行效率及安全性、稳定性，推动水电厂稳定、高效运行。

参考文献
[1] 黄福进.水电厂单向门式启闭机电气改造[j].电工技术，2009，（10）：72-73.
[2] 李权才，李恒灿，武翠荣，等.启闭机金属结构有限元分析[j].华北水利水电学院学报，2010，31（3）：68-70.
[3] 刘勇，韩慧.东江水利枢纽单向门机安装方法[j].人民长江，2008，39（10）：39-41.。