快速闸门自动化控制

快速闸门自动化控制

南水北调东线刘山站快速闸门控制系统安全性探讨及应对措施

点击：79 日期：2011-12-1 10:56:42

刘遵启

（徐州市水利局, 江苏徐州221018）

摘要：液压快速闸门断流的方式在南水北调工程中得到普遍应用，其控制系统都使用PLC可变程序控制器，为控制的可靠性奠定了基础。但由于快速门断流方式的特殊性，对它的控制系统提出更高的要求，不但要考虑正常情况，也要考虑到非正常情况出现的可能性，要有应急措施。为此笔者从实际出发认为快速门应增加辅助继电器控制系统，以提高整个控制系统的可靠性。此方案不但能解决在现场PLC故障情况下主机和快速门的联动，而且可以在控制室应急处理快速门不能及时下落的问题。

1引言

刘山站是南水北调东线工程的第七级翻水站，位于京杭运河徐州市境内的不老河段，是国家南水北调东线工程的重要枢纽。主机选用2900ZLQ32-6立式轴流泵5台，叶轮直径2.9米，单机流量31.5 m3/s，配套TL2800-40/3250

型同步电机5台套。刘山站主机组采取快速闸门断流的方式，每台机组设工作门和事故门各一扇，均采用QPKY-2×160KN液压式启闭机，实现机组出水流道的快速开启和关闭。因此出水流道能否可靠开启与关闭对机组的安全运行至关重要，否则会给机组的运行带来危害。

2、问题的提出

该站在机房的出水侧专门为快速闸门配套的液压站将压力油泵产生的系

统压力通过输、回油管路、单向阀、插装式控制阀组、单向节流阀、启闭机油缸等阀件构成油系统。在电磁换向阀、电磁球阀的控制下实现闸门的开起或关闭，闸门的开启速度通过调节单向节流阀实现。电磁换向阀、电磁球阀的控制指令来自液压站控制柜的现场PLC，而PLC程序的启动是通过主机开关的辅助触点来传递信号，使现场PLC能根据主机开关辅助触点的状态、快速门的开度情况执行已设定好的程序，进而完成快速闸门的自动开启与关闭。液压站及快速门的工作状态和运行参数通过光缆将数据打包后传送给上位机。也就是说快

速闸门控制系统的现场PLC与上位机之间只有一根光缆和每台机传递主机开关状态、事故门全开的信号线。现场PLC相对独立，在正常情况下根据主机开关状态信号自动完成快速闸门的开启和关闭没有问题，可以满足使用要求。但是现场情况是复杂的，情况是多变的，当出现下列异常情况时会给机组的正常运行带来严重的后果和不便。

⑴当现场PLC发生故障或通信光缆阻断时所有机组无法开机，导致上级开机调度命令不能及时执行。

⑵在关机时如因跳闸、停机信号不能正确传递，现场PLC输出部分故障，二次回路故障等都会使快速闸门不能随主机的停机及时关闭，需要运行人员从控制室跑到现场做紧急处理(估计150秒的时间处理完毕)。这种故障无论发生在正常人为停机还是保护停机都会给机组的运行安全带来严重的威胁，造成设备的损毁;特别是发生在保护停机时会因现场处理的滞后性导致更严重的后果。

以上两点是刘山站控制系统存在的美中不足。虽然控制系统的设备都选用了比较先进的国外知名产品，性能比较稳定可靠，但当产品组成系统后会因使用环境、使用条件及个别产品质量的偶然性使整个控制系统出现故障的可能性增大，导致系统的不可靠、不稳定。此类问题已在系统调试阶段出现PLC主机损坏的现象；在工程管理期间也出现过程序丢失、通讯光缆阻断、控制系统不稳定的情况。

依据《小型水力发电站自动化设计规定》（SL229-2000）：“水电站的快速闸门应在中控室或主机室设置紧急关闭闸门的控制按钮”，因此无论从设计规范规定还是现场情况分析，刘山站快速门的断流控制存在安全隐患，应对其进行改造，使快速闸门的控制系统更加完善可靠。

3解决的方法

快速闸门的控制是基于PLC可靠的前提下设定的控制方案，勿庸置疑在正常情况下完全能满足泵站的运行。问题在于当控制系统的某个环节出现故障，而在短时间内又无法修复时会使快速闸门与控制系统的联系中断，导致快速门不能正常的开启与关闭，直接影响控制系统的安全与可靠，甚至使所有机组无法运行。我们认为快速门的PLC控制系统仍作为主要的控制方式，在此系统的

基础上增加简单的继电器逻辑控制备用系统，使得在PLC控制系统万一故障的情况下利用继电器逻辑控制系统就能满足机组的开停机操作，提高控制系统的可靠性，确保机组的安全运行。

继电器逻辑控制系统的设立原则：一是不破坏原有PLC控制系统的完整性；二是两个控制系统的转换简单，相互间不产生影响。经现场调研增加的继电器逻辑控制系统如图所示，说明如下：

⑴控制回路采取24V直流供电，电源取自液压站控制柜；

⑵控制系统只需在液压站控制柜上增加15只小型继电器和部分二次线即可；快速门紧急关闭按钮和控制开关K安装在控制室LCU控制柜适当位置，方便在紧急情况下不出控制室就可解决快速门的关闭。

⑶在PLC控制系统正常的情况下将断开开关K，继电器逻辑控制系统对PLC 控制系统没有任何影响，可以正常工作。

⑷当PLC控制系统不能投入工作时切除PLC控制系统，合上控制开关K，投入继电器逻辑控制系统就可以进行机组的开机和停机操作。

A、例如1号机开机操作：开启液压泵，手动将事故门升至全开位置；主机开关、励磁柜开关“现地”位；主机开关手车“工作位”。合主机开关，1QF 闭合，1XK限位开关闭合态，继电器1KM得电，并接在原有1KA4上的1KM常开接点闭合，电磁换向阀YV13线圈得电，同时1KM的常开触点接通电磁换向阀YV0建压线圈，工作门开始升起；当工作门开启到位时1XK断开,继电器1KM

失电，进而电磁换向阀YV13、YV0线圈失电，工作门停止上升，开机过程完成。

B、1号机停机操作：当机组需人为停机或保护自动停机时，主机开关跳闸，1QF常闭触点接通，继电器1GM得电，并接在原有1KA5常开触点上的1GM常开触点闭合，电磁球阀YV14线圈得电，工作门自动下落。检查工作门关闭后将手车拉至试验位置电磁球阀YV14线圈失电，停机结束。

⑸在停机或故障跳闸时无论在PLC控制状态，还是在继电器逻辑控制状态，当值班人员发现快速门因故不能关闭时可在控制室的LCU站合上控制开关K，按下相应机组的紧急关门按钮即可让工作门、事故门同时下落，不需要值班人