碗米坡水电厂FDK-IV型闸门开度仪的应用

碗米坡水电厂FDK-IV型闸门开度仪的应用

杨伟龙李闯郭磊

（五凌电力有限公司湖南长沙410004）

摘要：本文对碗米坡水电厂FDK-IV型闸门开度仪产品原理及特点进行简要概述，对使用过程中存在的问题进行浅析。同时结合电厂实际情况，在电厂弧门监控系统改造中，对相邻弧门互为备用程序逻辑优化完善，简化相邻弧门间开度值读取方式，缩短相邻弧门互为备用切换时间，提升响应效率。

关键词：闸门开度仪；原理；问题；互为备用；程序优化

一、概述

碗米坡水电厂位于湖南沅水支流酉水的中游，湘西土家族苗族自治州保靖县境内，电站安装3台80MW机组，总装机容量240MW，1＃～3＃机组分别于2004年2月、5月和8月投产，设计年利用小时数3300h，多年设计平均发电量7.92亿kW•h，是湖南省湘西地区最大水力发电站，在系统中承担腰荷、调峰、调频和事故备用的任务。电厂三台机组进水口闸门及五孔弧门开度仪均使用武汉华之洋光电系统有限责任公司FDK-IV型拉绳式产品，日常使用较为稳定，部分产品使用十年以上未出现故障情况。

二、FDK-IV型闸门开度仪应用

1、闸门开度仪产品特点

1）采用高精度储线式测量轮，彻底杜绝过轮式测量方式带来的打滑现象，使测量更加精确；

2）运用精密丝杆装置，可配装4只无级调节的行程开关，调节方便快捷，且开关重复精度高；

3）独有的断绳保护机构，可在发生异常的断绳事故时对设备进行自动保护；

4）独有的单向止动装置使安装、检修更加方便；

5）新颖的密封接线盒和水密电缆接头令接线更加方便，密封更加可靠。

2、闸门开度仪工作原理

1）闸门开度仪的检测原理是将较大量程的线位移转化为角位移进行测量，它由自动排绳装置、恒张力测量装置、光电编码器、精密齿轮丝杆传动机构、行程开关、单向止动装置、断绳保护装置及行程解算控制电路等几部分组成。

2）闸门运动时，测量轮在恒张力盘簧和钢丝绳的带动下转动，将油缸活塞杆或闸门开度的线位移转换成测量卷筒的角位移，光电编码器将卷筒的角位移量转换成对应的数字（脉冲）量，送开度显示仪（或PLC系统的SSI输入模块）进行处理，得出闸门移动的位移量即闸门当前所处的位置值，送显示器显示的同时通过输出接口将闸门（或油缸）行程送给PLC系统。

3、电厂闸门开度仪使用情况

1）电厂闸门开度仪故障后更换不方便。若使用过程中开度仪故障，整体更换需人员下至弧门或者进水口闸门液压杆底部，如机组开机或弧门泄洪期间故障，则人员无法进行相关更换工作，必须将设备转至检修状态才能更换。电厂在实际使用过程中曾出现过设备老化，抗干扰性能降低，导致闸门开度值跳变的故障情况。在不具备整体更换的条件下，考虑一般情况机械部件可正常使用，专业人员仅会对开度仪编码器进行更换，以减小作业难度，保证设备正常运行。

2）电厂闸门开度仪原配置有配套开度数显仪表，在开度仪进行更换后，可通过开度数显仪表修改开度值至实际对应开度值。但电厂弧门监控系统改造后，取消了开度数显仪表，开度仪开度信号直接进入控制柜PLC系统的SSI模块（开度采集模块）。闸门全关的情况下，开度仪更换后可通过现地触摸屏上的清零控制选项进行清零。但在汛期闸门非全关开度仪故障的情况下，开度仪更换后仅可通过电脑连接PLC程序，修改程序内开度仪底码值，使闸门开度值与实际开度值相匹配，操作较为不便，且频繁改动容易发生误操作，如底码修改错误导致开度计算方向变反向等风险。

三、相邻弧门互为备用逻辑优化

1、相邻弧门互为备用原理

碗米坡水电厂有泄洪表孔弧门5孔，每孔弧门由液压启闭机、工作门、检修闸门、油缸、电气控制系统、管道、埋件、行程开度装置及液压辅助件等组成。检修门共有六节，其中一节放置于坝顶左侧的检修门库内，其余五节吊放在弧门检修槽孔上。弧门控制系统采用南京南瑞公司的设备，液压系统采用陕西榆次油研的设备，金结系统采用的是株洲利德的设备。碗米坡电厂弧门液压启闭机总成包括：液压启闭机、液压缸、支铰座、闸门开度仪及行程控制装置、液压管道及附件等组成。每孔液压启闭机设有2套液压缸，液压泵站共有5套，该系统工作时液压泵一用一备，并能自动切换。

电厂仅有五孔泄洪弧门，泄洪孔口较少，故障下协调运行的泄洪孔不多。当一孔弧门出现故障，在对称开启原则下，将造成至少两孔弧门不能正常启闭。如强行不对称开启弧门，则会对消力池底板产生较大破坏。当遇较大或特大洪水，但因控制系统故障造成弧门不能正常启闭时，将有可能会出现洪水漫坝、垮坝的重大事故，严重危及电厂安全度汛和上下游两岸人民生命财产安全。

基于上述考虑，电厂机械专业人员提出：当汛期某孔弧门操作系统出现重大故障，短时无法修复时，相邻弧门需能实现互为备用功能。基于此想法，2009年电厂开展了弧门相邻两孔液压系统互为备用改造，在弧门现地控制室内油泵房油箱原有管道上加装备用控制油管路接头和阀门，设备正常运行时备用管路阀门关闭，当本孔弧门因控制系统故障无法正常启闭时，关闭主供油管道阀门，开启备用管道阀门，用高压软管进行连接相邻孔弧门的液压系统。

弧门机械管路切换实现较为简单，但对应闸门电气开度切换就显得较为复杂了。先前闸门开度切换操作为将故障弧门开度仪信号通过硬接线接入相邻弧门PLC内，再通过修改开度仪底码值显示相邻弧门实际开度，然后现地手动操作弧门。但若相邻两孔弧门均需频繁操作的情况下，切换过程就显得较为复杂，且存在码值修改错误的风险。

2、相邻弧门互为备用程序优化

考虑泄洪弧门不能正常动作故障的原因，一般出现在开度仪故障、纠偏电磁阀或开/关门电磁阀以及弧门电机故障上，弧门控制柜内PLC模块等元器件故障的机率极小，且故障后处理过程相对来说较为简单快速。可利用五孔弧门PLC相互联网的情况，将相邻弧门开度数据通讯互传（即不用现地敷设临时线缆进行接线），以加快、方便事故处理速度。为避免误操作，顺控功能不在上位机画面内进行相关配置，相临弧门顺控功能仅能在现地进行操作，现地触摸屏及现地手动均能正常操作。

电厂在2016年弧门监控系统改造中对相邻弧门互为备用程序进行优化，在每孔弧门现地控制柜触摸屏和PLC程序内增加相邻弧门开度切换及读取功能，现地启动相邻弧门顺控功能后，闭锁启动此功能的两弧门的上位机闭锁操作功能（即上传闭锁信号给上位机，上位机接此信号后闭锁此两孔弧门的任何操作，但仍能接收其所有信号），但上位机能显示闭锁警示，以便值班人员查看。

若需相邻弧门互为备用，在将机械管路敷设切换后，仅需将当前主控弧门切至相邻弧门即可。例如：2号弧门油泵故障，不能正常操作弧门，我们可选用相邻的1号或者3号弧门操作2号弧门，在此我们暂选用3号弧门，在敷设高压软管将2号和3号弧门液压系统连接，并将油路进行切换后，仅需在3号弧门现地控制柜触摸屏上将当前主控弧门切换至2号弧门，3号弧门PLC内读取开度值将变为2号弧门开度值，即可现地手动操作2号弧门。操作完毕，若需操作3号弧门，将机械油管切换回3号弧门后，在3号弧门现地控制柜触摸屏上将当前主控弧门切换回3号弧门，即可正常操作3号弧门。

四、结语

碗米坡水电厂FDK-IV型闸门开度仪总体使用情况较好，产品性能优良，可以满足电厂日常生产需求。但在开度仪故障情况下，仅更换开度仪编码器的方法虽可行，却并非长久之计，需考虑设备使用寿命，做好开度仪整体更换的规划。电厂相邻弧门互为备用相关控制逻辑优化的实现，取消了先前敷设开度信号电缆的繁琐工作，避免修改程序开度底码值出错的情况，进一步提升了电厂相邻弧门互为备用切换的响应速率，为电厂的安全稳定运行提供保障。

参考文献

[1]陈建明.电气控制与PLC应用练习与实践.电子工业出版社.2008

[2]施耐德UnityProXLV10.0编程软件使用书.施耐德电气有限公司.