昔阳松溪供水工程大坝启闭机电气设计

田 盈

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

1 昔阳松溪供水工程大坝概述

昔阳县松溪供水工程位于山西省晋中市昔阳县。工程任务为以农村人畜饮水、农业灌溉为主，兼顾工业和城镇生活用水，供水范围为昔阳县城、界都乡、赵壁乡以及东冶头镇。松溪供水工程包括水源工程和输水工程两部分，水源工程口上水库位于昔阳县东冶头镇口上村附近松溪河下游河道上。输水工程从口上水库库区取水，经东冶头、界都，至昔阳县城，线路全长29.2km。

山西省昔阳县松溪供水工程大坝启闭机包括：泄洪排沙底孔的平板事故检修闸门、弧形工作闸门及启闭设备，溢流表孔的叠梁检修闸门、弧形工作闸门及启闭设备。溢流表孔的叠梁检修闸门采用电动葫芦起吊，本文不做叙述。具体布置见大坝启闭机布置图1。

2 卷扬启闭机电气设计

本工程泄洪排沙底孔设两孔，每孔设一扇平板事故检修闸门，孔口尺寸为8.0 m×6.3m。设计水头33.0 m。平板事故检修闸门选用两台QPG-2×2000 kN高扬程固定卷扬式启闭机起吊，启闭机启门容量4000 kN,启闭机扬程为41m。运行方式为动闭静启。事故检修闸门是为了当泄洪排沙底孔的工作门发生事故或者检修时，能够及时关闭。卷扬启闭机包括的主要电气设备：绕线式电动机，容量为2×55kW，电气控制装置一套。

2.1 启闭机电气控制设备

卷扬式启闭机采用现地和远方相结合的控制方式。在启闭机室设现地控制屏预留远方接口。两套闸门设一套控制系统，该系统包括PLC现地控制柜1套、起动电阻器1套。现地控制屏内布置：一套PLC和相应的模块、电气保护装置（短路保护、过流保护、失压保护、缺相保护、限位保护、过载保护等）、测量装置、闸门开度显示仪和载荷显示仪等、手动开、关、停门按钮及指示、继电器、接触器、直流稳压电源等。 调试和运行初期，操作人员在闸门启闭机室手动对启闭机进行控制；供水工程的全线自动化系统完成后将以远方控制为主，同时启闭机运行参数和故障信号通过现场总线（工业以太网）送至调度中心。

1）控制方式

（1）交流电源、电动机的控制、保护、测量和经PLC实现的启闭机自动监控等电气设备皆集中布置于现地控制柜内。

（2）交流电源设有“合闸”和“分闸”的手动按钮。

（3）闸门开度指示和载荷显示仪与PLC能通过通信接口或4～20 mA模拟量传送数据。

（4）启闭机的操作：其操作方式有三种，受制于控制权限选择开关：

a、“手动”位置时，通过设于面板上的“启门”、“闭门”和“停止”按钮进行操作，手动操作使闸门置于所需位置，操作过程不受PLC的控制。

b、“自动”位置时，启闭机受PLC控制，由闸门开度指示仪设置的数码键按入预置的“0%～100%”间的任一开度值，使LCD闪烁显示，按“开启”或“关闭”按钮后，当闸门的开度达到预置值时，启闭机停止且LCD稳定显示。

c、“远方”位置时，启闭机经PLC可上传上位机，通过枢纽综合调度监控系统控制闸门上升或下降。

2）操作截面

（1）电机主回路电压、电流。

（2）交流电源开关的位置指示灯。

（3）PLC故障信号。

（4）闸门开度、荷载显示。

（5）电机启、停按钮和紧停按钮。

（6）上、下极限位置。

（7）电机故障信号。

3）PLC技术要求

智能化数据采集装置PLC采用PREMIUM系列工业控制器，PLC控制装置I/O配置见表1。

表1 卷扬启闭机PLC控制I/O配置

2.2 安全保护装置

1）载荷显示及超载保护装置：该装置应具有载荷显示、声光报警、超载和欠载控制等功能。能提供4～20 mA荷载信号供启闭机电气控制设备使用。当荷载达到额定值的90%，应给出预警信号，并给出至少两对独立的电气预报警接点，到达额定值110%时，应具有红灯显示、蜂鸣音响及切断电源的保护功能。

2）高度显示及限位装置:启闭机设置有起升高度显示及限位装置，该装置具有全扬程显示和预定位置限制等功能。

3）位置限制开关:启闭机设置上、下极限位置和中间位置限制开关。

3 液压启闭机电气设计

本工程液压启闭机有7台，分别布置于泄洪排沙底孔和溢流堰。泄洪洞排沙底孔设2孔弧形工作门，孔口尺寸8.0m×5.0 m（宽×高），选用QHSY-2×1250 kN液压启闭机，启闭机启门力2500 kN,闭门力250 kN,活塞杆最大工作行程5.0 m。启闭机设置油泵电机组1套，容量为2×37kW。设一面控制屏。溢流堰设5孔，每孔设一扇弧形工作闸门。孔口宽8.0 m，选用QLHY-2×630 kN液压启闭机，运行方式为动水启闭。启闭机启门力2×630 kN，活塞杆最大工作行程5.0 m。启闭机设置油泵电机组2套，每套容量为2×15kW。设两面控制屏。

3.1 启闭机电气控制设备

液压启闭机的控制屏全部设置在泄洪洞底孔检修门启闭机室。控制屏包括电气保护装置（短路保护、过流保护、失压保护、缺相保护、限位保护、过载保护等），闸门开度显示仪和载荷显示仪等，触摸屏及手动开、关、停门按钮。调试和运行初期，操作人员在闸门启闭机室手动对启闭机进行控制；供水工程的全线自动化系统完成后将以远方控制为主，同时启闭机运行参数和故障信号通过现场总线（工业以太网）送至调度中心。

1）控制方式

（1）闸门控制可实现远方控制（接收远方指令并执行）、现地控制、应急检修（现地检修调试单步手动控制）的切换。三种操作控制方式相互联锁。

液压启闭机采用常规控制，油泵电动机采用降压启动。

（2）闸门开闭：可由控制柜中（远程PLC的I/O模块）自动控制。控制柜内的应急操作控制回来实现手动按钮控制。

（3）下滑回升：通过本控制柜中远程PLC的I/O模块可实现闸门下滑回升自动控制。

当液压系统漏油，闸门下滑量达到200 mm时，油泵自动启动，将闸门提升至预置位置，启闭机停机。如果在启泵后2min内闸门未能及时复位，应停泵、报警，并向调度中心发出提升失败的报警信号。

如果闸门继续下滑到230 mm时，发出音响报警和指示报警，同时也向远方闸站控制系统发出报警信号。如果闸门继续下滑，下滑到闸门事故位置时，立即发出事故紧急信号，并送至远方调度中心。

（4）门停功能：闸门在开启或关闭过程中，如果发出停机命令，闸门能停在任何位置。

（5）保护：油系统设置油温、油压和油位高、低、滤油器堵塞、超压、失压等油系统保护信号。油泵电机供电主回路设置缺相、短路和过流保护，并设置电压表和电流表。另外还设置动力电源和控制电源监视信号。

2）操作界面

（1）主回路电压、电流。

（2）交流电源开关的位置指示灯。

（3）PLC故障信号。

（4）闸门开度、载荷显示。

（5）开、关门信号。

（6）上、下极限位置。

（7）控制回路电源监视。

（8）液压系统故障信号。

3）PLC技术要求

智能化数据采集装置PLC采用PREMIUM系列工业控制器，PLC控制装置I/O配置见表2。

表2 液压启闭机PLC控制I/O配置

3.2 安全保护装置

1）载荷显示及超载保护装置：启闭机设置有载荷显示及超载保护装置，其结构紧凑、受力明确、动作可靠。该装置应具有载荷显示、声光报警、超载和欠载控制等功能。

2）开度显示及限位装置：启闭机设置有开度显示及限位装置，该装置具有全扬程显示和预定位置限制等功能。

3）位置限制开关：启闭机设置上、下极限位置和中间位置限制开关。

4）压力传感器和控制器。

5）液压缸行程检测传感器。

4 结语

以上是昔阳松溪供水工程枢纽启闭机的电气设计方案，此工程基本已完成安装调试，实践证明此电气控制系统满足运行要求，能确保工程的安全运行。