田心节制闸重建工程电气自动化设计

张水凤

( 韶关市水利水电勘测设计咨询有限公司汕头分公司，广东 汕头 515041)

1 工程概述

田心节制闸原名南山节制闸位于陇田镇，是汕头市潮南区练江南山截洪工程的组成部分，该闸为南山截流扩宽工程入海口的最后一座节制闸,距离出海口约3.10 km。田心节制闸始建于1975年，1976年建成，由当地政府自发组织群众土法修建。1983年混凝土闸板拆除成为开敞式水陂，启闭机闲置，后海门湾大闸启闭机故障，拆除田心节制闸启闭机至海门湾大闸使用，故现状缺失几台启闭机[1]。

本工程属Ⅲ等中型工程，洪水标准为20a一遇，主要建筑物级别为3级,水闸共5孔，泄洪总净宽40m，单孔净宽8m。节制闸采用原址重建，主要的建筑物包括节制闸、连接翼墙、管理楼等，考虑节制闸原有两岸交通的连接，且交通桥为部队战备交通，故交通桥轴线不变。

2 重建工程电气自动化设计

2.1 接入电力系统方式设计

田心节制闸电源线路拟采用1回架空线路接入附近10 kV线路(拟接入110 kV田心变电站10 kV永安线花古岩支线，原供电线径120 mm2，供电距离开列100m，具体接入点以供电部门为准)，在水闸旁边新增一变压器台供本期的设备用电。

2.2 供电方式

水闸负荷为三级负荷，根据用电负荷及运行情况，经初步分析，拟采用一台SH15-160/10 160 kVA变压器变低到低压配电箱给各功能房、照明等供电。并配备一台常用功率为103 kW、备用功率为116 kW的柴油发电机组，作为失去电网电源时确保水闸安全启闭的备用电源。市电与柴油机之间通过转换开关切换。

2.3 电气主接线设计

主接线方案考虑采用：10kV线路接入电源，以架空线路方式经高压隔离开关及熔断器至变压器降至0.4kV。低压侧0.4kV采用单母线接线，由变压器 0.4kV侧采用低压电缆接入低压配电箱，由配电箱分别供电给各功能房[2]。

2.4 自动化系统设计

2.4.1 操作电源

此工程二次控制和断路器的操作电源，采用 220 V直流电源，供控制、操作、保护、信号、事故照明等负荷，监控系统对操作电源的稳定性和可靠性要求高，选用一套高频开关直流电源装置，型号为GZDW-100AH/220V。具有稳压精度高、纹波系数、可靠性高等优点。

此外，设1套15kVA的在线式UPS(不间断电源装置)向计算机监控后、中控室保护屏、LCU屏等设备供电，还可以作为事故照明的备用电源。此装置不自带电池，采用厂用电和直流220V双供电方式，直流电源取自直流装置的电池屏。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，当市电中断( 事故停电)时， UPS 立即将直流蓄电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220 V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

2.4.2 水闸管理信息系统

此工程水闸自动控制系统主要有5扇水闸工作门等设备的自动控制。

水闸监控系统采用符合开放系统国际标准的开放式环境下全分层分布式计算机监控系统，分为现地层和中控层。

2.4.2.1 水闸现地层

水闸工作门均为平板钢闸门，配固定式卷扬机，采用一门一机形式，闸门现地层采用现地控制和现地集控两种操作控制方式。

闸门现地自动控制的核心是PLC控制，从第1扇至第5扇闸门设置1套PLC现地控制箱，共5台。可实现闸门现地控制，也可在远方进行微机控制，闸站现地控制具有优先控制权。

为实现水闸的现地集中控制，水闸第1#扇闸门现地控制单元亦作为现地集控单元,水闸现地集控单元均可对其余4扇闸门进行集中控制。为便于现场操作人员监视与操作，在集控屏设置1台图形操作面板(GP)。

现地控制箱与现地集控柜之间通过双绞线或光缆连接，现地集控柜配置小型以太网交换机，并通过光缆接入管理楼中控室以太网交换机，实现与中控层通信，传送各闸门运行信息，并接受中控层对各闸门的远方控制命令[3]。

现地PLC控制箱由接触器、热继电器、电源模块、CPU模块、I/O模块、以太网通讯模块、显示/控制面板、远方/就地切换开关、UPS设备、手动操作按钮/开关等组成。现地集控柜配置10/100 M小型以太网交换机和图形操作面板。

当各闸门处于远方控制时，通过接收监控主机/操作员工作站下发的操作命令，由集控柜传输至各台启闭机的现地控制箱来实现闸门的控制；处于现地控制时，可通过集控柜的图操作面板或闸门现地控制箱的显示/控制面板输入操作命令由PLC来完成闸门的控制，或者通过手动操作按钮/开关完成闸门的控制。

检修闸门采用手动现地操作控制，不参与水闸的集中调度控制，其电控设备随机配套。

2.4.2.2 中控层

水闸的现地集控柜内配置10/100 M小型以太网交换机，通过光缆，接入中控室的以太网交换机，实现水闸现地层与中控层之间通信，传送各闸门运行信息，并接受中控层对各闸门的远方控制命令。光缆沿电缆沟和工程建筑物埋管敷设。

水闸中控层设在管理楼内，中控室配置有一套服务器/工作站、网络交换机、打印机、UPS电源、语音报警装置及光纤传输等设备。工作站主要用于显示、操作各闸门启闭机运行，模拟闸门动作过程。并兼作为通信工作站：管理、监控系统权限等参数设置；并预留与上级通讯接口[4]。

2.4.3 视频监控系统

视频监控系统作为运行和管理的辅助手段，此工程设置简易视频监控系统，主要对此工程水闸重要机电设备和水工建筑物的运行状况进行监视，分为现地层和监控层。

此工程视频监视共设置7个监视点，在水闸上游、水闸下游各设1个监测点，闸室设3个监视点，柴油发电机室、管理楼入口各设1处监视点。监视后台设备布置在管理楼。

视频监控系统主要由3部分组成：第1部分安装监控前端设备-摄像机、CCTV箱和云台等；第2部分为传输网络，主要完成将前端设备的音视频信号和监控信号传输到中控室，并预留远程传输接口，传输介质采用同轴电缆或光纤；第3部分为监控中心，主要包括数字硬盘录像机、60“彩色图像监视器、100M/1000M网络交换机(与计算机监控系统共用)、视频工作站、视频分配器、大屏幕等设备组成。

现地监视层负责采集现场各监视点图像，通过光缆将其汇集到视频分配器，分别接入硬盘录像机和DLP大屏幕，经数字化后图像传输至数字网，并预留与调度管理中心通信的网络接口。

2.4.4 水雨情测报系统

水雨情自动测报系统采用分层分布式的网络结构，包括测站层和监测中心站层。测站层由数据传感器和数据采集装置组成；监测中心站层服务器、水情工作站、网络交换机、打印机、UPS电源设备(由网络通信系统统一配置)、GPS时钟设备(与网络通信系统共用)等组成。

数据采集装置通过网络交换机与水情工作站连接。

根据相关专业要求，结合本工程运行调度的实际需要，此工程水雨情测报系统所需的雨量计、水位计(监测雨量、水位)和水位尺(人工及视频监测闸前后水位)。

①水位计2个接入闸门现地集控单元，并由闸门现地集控单元网络模块接入水闸现地网络交换机，将数据上传至中控室。②雨量计1个采用数据采集终端(RTU)采集雨量计数据，RTU接入管理楼中控室网络交换机，由网络将数据上传至中控室。③水位尺2个采用人工录入方式接入系统，不配传输设备，但在水位尺附近设置两个高清监控摄像头，可在中控室通过摄像头读取水位尺上的水位数值，并在在终端设备上显示。

2.4.5 自动化安全监测系统

为确保重建桥闸的安全，通过必要的监测手段，监测建筑物工作状态、掌握运行规律、指导施工和运行、反馈设计、及时发现工程隐患，建立一套实用且行之有效的安全监测系统。

根据此工程实际情况及水工专业要求，水闸自动化安全监测内容：水闸基础沉降监测共计2个；接缝变形监测共6组；扬压力监测共10支渗压计；土压力监测共4支。水位监测共2支。

除以上项目采用自动监测外，其余测点均采用人工方式观测。

2.4.6 弱电防雷系统

本工程工作场所属多雷区，现场电气系统中的电子设备极易遭到雷击而受损。因此，电气控制系统现地控制单元及低压电气装置应采取有效的防雷保护措施。要求按各设备的具体情况，对供电线路、电源线、信号线、通信线、馈线安装相应避雷器以及采取屏蔽措施，从而保护建筑物内人员及各种电气设备的安全。

2.4.7 软件

本工程软件包括：操作系统软件为中文Win 2000或WIN XP、计算机网络操作系统、闸门监控系统软件、中控层数据处理软件、闸门运行控制算法软件、闸门集控系统软件、图像处理软件、数据采集处理软件、安全监测数据处理软件、安全监测信息管理系统软件(DSIM)，通信软件，数据库软件、工程管理软件、常用办公软件、网络安全软件，网管软件等。

2.4.8 自动化系统建议

考虑到田心节制闸属南山截流出口海最后一个节制闸，闸上来水受上游诸多水库调控泄水影响，对闸上游各个水库实施联合运行监测，加强自动化建设，实现数据统一监测，同步分析，是田心节制闸维持高效运行的有力保障。

建议后期管理单位可联合各水库管理单位实施联合水情监测，完善整个南山截流小流域范围内的安全监测及自动化控制。

2.5 保 护

保护配置：根据《继电保护和安全自动装置技术规程》(GB14285-2006)等相关规程规范进行设计、配置。本工程主要对1台主变压器进行保护配置:

变压器采用熔断器的方式保护。

2.6 机电设备布置

此工程的变压器、10kV高压设备及户外低压配电箱布置在节制闸厂房旁的终端杆上，启闭机室、管理房等单独设置配电箱，放置于各功能房。柴油机房布置在管理房旁边，便于运行及管理。现地控制设备主要布置在机旁。

2.7 中控室电气设备布置

中控室设在管理楼一楼。中控室内设有直流屏1面、UPS电源1套、网络柜1面、LCU屏1面、低压进线及馈电屏1面、DLP大屏幕一面、计算机监控后台和打印机等。中控室铺设防静电地板。

3 结 语

为保证田心节制闸重建工程安全和正常运行，结合其所处的自然地理条件和土地利用情况，对供配电系统及自动化控制系统进行了设计，保障了工程设备的安全运行，确保了工程效益的发挥。