水电站弧形闸门远程控制全关位研究与应用.pdf

智能控制技术今 日 自 动 化2 0 2 3.5 今日自动化 17Intelligent control technologyAutomation Today2 0 2 3 年第5 期2023 No.51 项目概况某水电站位于桃江县境内资水干流的下游，是资水干流倒数第二级，电站为河床式厂房，安装5台13 MW 灯泡贯流式水轮机组。水电站共设有12个液压泵站，控制24孔弧形闸门，水电站自投运至今已将近10 a，随着弧形闸门开度仪等设备的老化，FXS-B 型数字闸门开度测控仪左右开度数据有偏差，出现弧形闸门左右偏差大、弧形闸门全关后不停泵、弧形闸门未全关油泵却停泵等现象。由于弧门没有全关到位，弧形闸门在远程控制全关位时出现故障，造成水资源的浪费，直接影响经济效益，且油泵长时间运行造成设备损坏，造成安全隐患。现地操作工作量繁重，雷雨天气影响操作人员人身安全，所以必须对弧形闸门全关不到位进行改造。针对弧形闸门全关不到位存在的问题，采取将开度测控仪全关限位开关输出线接至 PLC（可编程逻辑控制器）开关量输入模块、修改 PLC 闭门程序并引入全关开关量、修改纠偏设定值一系列措施，对 PLC程序进行了改造。此次弧形闸门全关不到位改造成功为公司积累了技术经验，也为同类型水电厂的技术供水系统选型提供了实质性可参考的依据。2 研究目标通过研究并解决弧形闸门全关信号和修改程序等提高弧形闸门的远程控制全关到位准确性，根据弧形闸门控制的设计要求，弧形闸门可靠全关的同时，油泵能可靠的停止运行。应用于采用远程控制弧形闸门开关的水电站。3 总体设计3.1 方案选择为对弧形闸门全关不到位改造，对其他同类型电厂进行考察，有的更换全新开度仪、更换新的程序，但费用较高。还有的是重新改造 FXS-B 型数字闸门测控仪内部接线和修改 PLC 闭门程序这种方案，价格相关较低，并且也能够满足实际使用需要。所以，选择改造 FXS-B 型数字闸门测控仪内部接线和修改 PLC 闭门程序的方案。3.2 项目方案细节及功能3.2.1 技术方案经过对 FXS-B 型数字闸门测控仪原理的认真分析、对弧门 PLC 程序的详细掌握，以及弧门纠偏存在的问题研究和讨论，可制订如下方案，实现弧形闸门全关到位，并能够使弧形闸门全关后油泵能自动停泵。（1）FXS-B 型数字闸门测控仪老化。将开度测控仪全关限位开关输出线接至 PLC 开关量输入模块，开度测控仪上的全关信号能够及时准确地输入到 PLC 开关量输入模块。有两种处理方法都能有实现目标，方案一是更换全新开度仪，开度仪价格摘 要水电站弧形闸门全关不到位，会影响机组经济运行，且具有重大安全隐患。文章针对水电站弧形闸门远程全关不到位问题，通过对 FXS-B 型数字闸门测控仪进行改造，对 PLC 程序进行修改及开度测控仪修改纠偏设定值等一系列措施后，实现了弧形闸门全关的同时，油泵能可靠地停止运行，为电厂弧门设备改造提供了宝贵的经验，为进一步做好水电站运营管理提供了强大的动力支持。关键词水电站；弧形闸门；远程控制中图分类号TM76 文献标志码A 文章编号20956487（2023）05001703Research and Application Analysis on Remote Control of Full Close Position of Radial Gate in Hydropower StationXU QiAbstractThe incomplete closing of the radial gate in a hydropower station affects the economic operation of the unit and poses significant safety hazards.In response to the problem of remote incomplete closing of the radial gate in the hydropower station,I have taken a series of measures such as modifying the FXS-IIB digital gate measurement and control instrument,modifying the PLC program,and modifying the deviation correction setting value of the opening measurement and control instrument.While the radial gate is reliably fully closed,the oil pump can reliably stop running.This provides valuable experience for the transformation of power plant radial gate equipment and strong power support for further improving the operation and management of hydropower stations.Keywordshydropower station;radial gate;remote control水电站弧形闸门远程控制全关位研究与应用徐齐（广东水电二局股份有限公司，广东广州510000）智能控制技术今 日 自 动 化18 2 0 2 3.5 今日自动化Intelligent control technologyAutomation Today2 0 2 3 年第5 期2023 No.54 500元 24孔108 000元；方案二是沿用旧的开度仪，增加开关量控制信号电线6 m 孔 24孔 2.8 元/m=144 m2.8元/m 403.2元。两种方案均可达到预期效果，并且方案二中增加了开关量控制点增强了控制系数，所以，选择方案二。（2）闭门程序上存在漏洞，修改 PLC 闭门程序并引入全关开关量。（3）弧形闸门开度测控仪纠偏设定过大，修改纠偏设定值，解决因纠偏设定不合理导致的故障。3.2.2 方案具体实施（1）将开度仪全关控制信号输入 PLC 开关量输入模块。实施过程：在 PLC 到开度测控仪上找出备用电线（无备用电线增加3 m2根）；再用万用表查出确实完好的两条电线，并套好号码管；靠PLC 头的两端分别接上+DC 24 V 电源和 i1.3；电线的另一端分别接开度仪的“km1”的两端，并设定“km1”为全关转出接点。（2）修改 PLC 闭门程序并引入全关开关量。实施方法：用施耐德专业 TSXPC1031-C 数据线将PLC 控制器与 PC 机相连；将 PLC 内部程序下载至 PC（个人计算机）机；找出弧形闸门闭门程序中的漏洞，发现420 mA 为全关闭门中止信号；添加闭门全关硬反馈程序；在模拟量%mw61停泵前添加5 s 延时；将修改后的程序下载至 PLC，并试验合格。图1、图2分别为修改前、修改后程序。图1 修改前的程序（3）修改弧形闸门开度仪左右纠偏设定值。实施方法：在闸门开度测控仪上按下“设置”键约5 s，直至左数显位显示“1”；松开后再按3下“设置”键，显示闪烁“4”时；按一下“确认”键，进入左当前设置菜单；将其设定为5即可。同理设置右当前为5即可。即左右纠偏值为5 mm。4 项目应用效果对改造后的611号弧形闸门进行跟踪检查，分别对弧形闸门 PLC 程序、弧形闸门全开全关、弧形闸门纠偏情况作了多次观察与分析。4.1 弧形闸门闭门次数抽查改造后，弧形闸门关闭不严的次数明显减少，没有出现过早停泵情况。通过运行维护人员的观察，弧形闸门关闭不严油泵过早停泵现象改造前611号弧形闸门都存在，改造后611号弧形闸门关闭不严现象消除，效果很好，且未见有明显漏水现象，如图3所示。图3 6号弧形闸门实施后未见有明显漏水现象4.2 弧形闸门泵站PLC程序检查经过弧形闸门泵站 PLC 程序（如图4所示）检查可知，通过此次改造弧形闸门状况明显改善，说明改造是成功的。图4 弧形闸门泵站PLC程序4.3 弧形闸门纠偏情况抽查（下转第36页）图2 修改后的程序今 日 自 动 化Automation Today智能制造与设计Intelligent manufacturing and Design36 2 0 2 3.5 今日自动化2 0 2 3 年第5 期2023 No.5像数据，并将数据传递至 SqueezeNet 内，SqueezeNet得到数据后进行分析，若判定地面存在积水，则程序内部设置的变量自增1。SqueezeNet识别速度为0.89 s，软件实时调取摄像头数据，并每隔2 s 向软件推送一次数据，若软件内变量数据增加至5及以上，则判定10 s 内画面持续出现积水；若有一次报警，而下一次显示为无水状态，则变量置0，这样可保证即便SqueezeNet 出现误判，也不妨碍软件正常运行，大幅提升软件整体识别率。若判定发生积水，则进行报警并记录发生积水的地点，报警画面如图7所示。判定存在积水后，软件将当前积水位置、发生积水时间及此刻积水图片，均记录于当日之内，方便日后调用查看。若判定无水，则软件继续监测实时画面。3 结束语该软件通过 SqueezeNet 进行识别，使用 Matlab进行程序编写，功能已完全实现，且识别速度和识别精度均已达到要求，未来可将其大范围应用于热力站、管廊内等涉及有限空间作业的单位，可节省大量人力、物力及财力。参考文献1 潘卫东.基于神经网络的光电器件非线性均衡与性能研究D.合肥：中国科学技术大学，2021.图7 报警画面（上接第18页）改造后通过对弧形闸门 FXS-11B 型数字闸门开度仪左右开度接硬接点，控制较好，未存在左右纠偏值，证明弧形闸门液压缸未出现不同步现象；检测结果合格，满足运行要求，保证了弧形闸门全开全关的安全运行，如图5所示。图5 数字闸门开度仪5 效果分析通过对弧形闸门远程控制全关位研究与应用，实现了弧形闸门远程全关到位的准确性，解决了在设备老化的状态下弧形闸门不能全关到位的状况，从而防止了弧形闸门因全关不到位而产生的漏水现象。因弧形闸门全关不到位，估算共造成20 m3/s 的漏水，丰水期弧门操作频繁，经统计往年弧门漏水时间共约有3 d，则一年漏水量203243 600=5 184 000 m3，按平均耗水率60 m3/kWh 算，则可增加发电量8.64万 kWh，增加发电收入3.28万元。在没有更换设备的前提下，使问题得到了解决。在沿用旧的开度仪，除去相关材料费，仅此一项就节省资金约10.7万元。通过对弧形闸门远程全关的准确控制，极大减少了船闸人员的工作量，精简了船闸值班人员的数量，按减少一人算，可节约工资支出5万元。6 结束语通过技术方案增加开关量全关控制信号，有效弥补因测控仪模拟量输出有偏移造成弧形闸门全关出现故障，保证弧形闸门正常启闭。实现了弧形闸门远程全关位的控制，防止了弧门因全关不到位出现的漏水现象，提高了发电效益，同时节省了大量的人力、物力，降低了人工成本。有利于公司积累在弧门操作方面的经验，提高集团公司在水电站运营上的管理水平，顺利解决弧形闸门远程全关不到位的问题，为公司创造了较大的经济效益，同时也带动了广大员工的创新，对实现公司打造强有力的运维团队具有积极作用。参考文献1 杨朋林，赵成萍，施一潭.基于 PLC 的闸门自动控制系统的设计与实现 J.中国测试技术，2006，32（5）：107-109.2 杨丽娜，高杰.石佛寺水库防洪检修闸门调度运行方案可行性分析 J.水利规划与设计，2016（2）：80-82，85.3 吴芳.水闸辅助设计系统开发与多方案模拟选优 J.水利规划与设计，2017（10）：132-134.