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向家壩右岸電站快速門快閉控制回路分析

文檔作者：徐濤，張高群，陳哲之文檔來源：向家壩水力發(fā)電廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年06月03日
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第35卷第5期
56 2012年10月
水電站機(jī)電技術(shù)
Mechanical＆Electrical Technique of Hydropower Station
向家壩右岸電站快速門快閉控制回路分析
徐濤，張高群，陳哲之
(向家壩水力發(fā)電廠，四川宜賓644612)
摘要：快速門是水電站機(jī)組事故時重要的保護(hù)設(shè)施之一，快速門的可靠動作對于電站事故時的保護(hù)具有重要意
義。通過對向家壩右岸電站快速門快閉控制回路的介紹，分析快速閉門控制回路及其電源的可靠性，并提出關(guān)于快
速閉門電磁閥W2的改造方案和快速閉門控制回路的注意事項及改進(jìn)意見。
關(guān)鍵詞：向家壩；快速門；可靠性；風(fēng)險
中圖分類號：TV735 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1 672—5387(201 2)05—0056—04
1 引言
向家壩右岸電站機(jī)組采用隧洞引水形式，引水
隧洞前段是鋼筋混凝土內(nèi)襯，后段為壓力鋼管引水
道。機(jī)組進(jìn)水口共4孔，每臺機(jī)一孔。每臺機(jī)進(jìn)水口
設(shè)有進(jìn)水口檢修門和快速門兩道閘門。在進(jìn)水口前
端設(shè)有攔污柵，快速門后設(shè)置兩個通氣孑L。
快速門用于壓力鋼管事故、水輪發(fā)電機(jī)組停機(jī)
時無法關(guān)閉導(dǎo)葉、過速時動水快速閉門和相關(guān)設(shè)備
檢修時擋水等情況?？焖匍T啟閉機(jī)械為液壓啟閉機(jī)，
機(jī)組進(jìn)水口共有4個液壓泵站，每個泵站控制一臺
液壓啟閉機(jī)，完成啟門和閉門動作。
2快速閉門控制回路介紹
2．1現(xiàn)地快速閉門
(1)當(dāng)快速門泵站控制柜快速閉門按鈕SB9按
下時直接使快速閉門電磁閥YV2得電，啟動快速閉
門(如圖1所示)，同時快速閉門命令通過另外一對
接點(diǎn)送人快速門泵站PLC(~I圖3所示)。
來自快逮門裂站童燕髏電∞2鰓
罄滋n聚蛾縐睫
硬接故圈路快速翅fl
啷出抉速翅門
圖1 快速閉門電磁閥YV2控制回路
(2)當(dāng)開啟快速門液壓啟閉機(jī)上方的快速閉門
油閥時，快速閉門插裝閥開啟，啟動快速閉門。
2．2遠(yuǎn)方快速閉門
(1)當(dāng)機(jī)組發(fā)生機(jī)械過速、電氣過速150％、剪
斷銷剪斷同時過速105％、快速門下滑至事故位同
時開度小于90％時，啟動一類機(jī)械事故停機(jī)流程，
由機(jī)組LCU通過PLC開出快速閉門命令到快速門
泵站啟動快速閉門。
(2)當(dāng)機(jī)組發(fā)生機(jī)械過速和電氣過速150％時，
水機(jī)保護(hù)也會動作，通過繼電器KA16、KA17分別
開出快速閉門命令到快速門泵站啟動快速閉門。
(3)當(dāng)機(jī)組LCU現(xiàn)地柜快速閉門按鈕按下時，
快速閉門命令通過硬接線回路到達(dá)快速門泵站啟動
快速閉門。
(4)當(dāng)右岸中控室快速閉門按鈕按下時，快速閉
門命令經(jīng)過機(jī)組LCU現(xiàn)地柜硬接線回路到達(dá)快速
門泵站啟動快速閉門。
(5)當(dāng)左岸中控室快速閉門按鈕按下時，快速閉
門命令通過左岸模擬屏LCU開出到右岸快速門泵
站啟動快速閉門。
2．3泵站快速閉門電控回路
遠(yuǎn)方快速閉門命令無論以上述哪種方式發(fā)出，
均通過兩對接點(diǎn)分別開出遠(yuǎn)方快速閉門命令l和遠(yuǎn)
方快速閉門命令2，經(jīng)過兩條獨(dú)立回路到達(dá)快速門
泵站。
(1)快速閉門命令l和快速閉門命令2到達(dá)快
速門泵站后分別使控制柜中繼電器KA106、KA107
動作(如圖2所示)，KA106、KA107分別通過一對自
保持接點(diǎn)把快速閉門命令送人快速門控制柜PLC
收稿日期：2012-07-04
作者簡介：徐濤(1986一)，男，助理工程師，從事水電站運(yùn)行管理
工作。
萬方數(shù)據(jù)
徐濤，等：向家壩右岸電站快速門快閉控制回路分析 57
(如圖3所示)，PLC開出一路快速閉門命令通過中
間繼電器KA24(如圖4所示)使快速閉門電磁閥
YV2得電動作，啟動快速閉門。
電站●檻姨遣閉門l 龜站 j生I隧葡n2
∞ 鐘
圖2快速門PLC
快
速
n
蘩
撼
控
鏈
電
站
謄
被
靛
慧
朝
門
與集控系統(tǒng)接口
電
站
掌
馥
快
璉
翹
門
圖3 PLC快速閉門信號輸入
龜站摹故俠遵弼門
圖4 PLC快速閉門信號輸出
(2)當(dāng)快速門泵站控制柜繼電器KA106、KA107
分別接收到遠(yuǎn)方快速閉門命令1和遠(yuǎn)方快速閉門命
令2動作后，其另一對自保持接點(diǎn)使中間繼電器
KA39動作(如圖5所示)，從而使快速閉門電磁閥
YV2得電動作，啟動快速閉門。
電站囊嗣c快速向門懾持、I-■
萊自梃運(yùn)門泵
站直 供電
圖5快速閉門信號硬接線回路
3 可靠性分析
3_1快速閉門控制回路可靠性
(1)遠(yuǎn)方快速閉門命令同時通過兩條回路送至
快速門泵站，并經(jīng)過PLC控制回路和硬接線回路兩種
方式使陜速閉門電磁閥YV2動作。兩條回路同時工作，
相互冗余，保證了遠(yuǎn)方快速閉門命令傳輸?shù)目煽啃浴?
但是，快速閉門最終僅通過電磁閥YV2實現(xiàn)
(如圖6所示)。如果YV2故障，遠(yuǎn)方快速閉門命令和
現(xiàn)地快速閉門按鈕都將無法啟動快速閉門。因此電
磁閥YV2的可靠性將是影響快速閉門的關(guān)鍵因素。
圖6快速閉門電磁閥YV2油路圖
(2)當(dāng)機(jī)組PLC開出遠(yuǎn)方快速閉門命令時，PLC
開出回路由繼電器K03、K09兩對自保持接點(diǎn)串聯(lián)
組成，快速閉門命令開出需要K03、K09對應(yīng)的兩對
接點(diǎn)同時動作(如圖7所示)，此回路能有效防止誤
動。但K03、K09任意一個故障時此回路將無法正常
導(dǎo)通，存在較大的拒動風(fēng)險。
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圖7 PLC輸出遠(yuǎn)方快速閉門回路
3．2快速閉門控制電源可靠性
遠(yuǎn)方快速閉門命令1回路和遠(yuǎn)方快速閉門命令
2回路工作電源分別取自壩頂直流系統(tǒng)和機(jī)組直流
盤(如圖2所示)，快速門泵站電控系統(tǒng)電源來自壩
頂直流系統(tǒng)和交流廠用電。
當(dāng)電站發(fā)生水淹廠房等特大事故時，廠用電系
統(tǒng)可能全停，快速門泵站電控系統(tǒng)交流電源和遠(yuǎn)方
快速閉門命令2回路工作電源將會消失，此時僅剩
下壩頂直流系統(tǒng)供電，遠(yuǎn)方快速閉門命令l回路和
快速門泵站電控系統(tǒng)仍可正常工作，遠(yuǎn)方快速閉門
任然可以實現(xiàn)。
但此時快速閉門控制電源僅有一路電源供電，
萬方數(shù)據(jù)
58 水電站機(jī)電技術(shù) 第35卷
可靠性降低。若此時壩頂直流系統(tǒng)故障，電控系統(tǒng)將
全部失電，只能通過開啟快速門液壓啟閉機(jī)上方的
快速閉門油閥實現(xiàn)陜速閉門。由于壩頂未設(shè)值班點(diǎn)，
值班人員從中控室到快速門泵站開啟快速閉門油閥
需要較長時間，將會延誤事故處理。因此壩頂直流的
可靠性至關(guān)重要。
4注意事項
快速門快閉控制回路采用交直流供電，其中壩
頂直流系統(tǒng)位于壩頂，當(dāng)發(fā)生水淹廠房等事故時壩
頂直流系統(tǒng)可不受影響，快速閉門控制回路可由壩
頂直流系統(tǒng)單獨(dú)供電實現(xiàn)遠(yuǎn)方快速閉門。此時壩頂
直流系統(tǒng)將起至關(guān)重要的作用。因此，應(yīng)特別加強(qiáng)對
壩頂直流系統(tǒng)的關(guān)注，重視對壩頂直流系統(tǒng)的巡檢
和維護(hù)，密切關(guān)注壩頂直流系統(tǒng)的報警信息，及時排
除壩頂直流系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，保證壩頂直流系統(tǒng)的
可靠運(yùn)行。
5 改進(jìn)意見
5．1意見1
快速閉門命令最終只通過快速閉門電磁閥
YV2動作實現(xiàn)快速閉門，如果此電磁閥損壞，在現(xiàn)
地控制柜和遠(yuǎn)方均不能實現(xiàn)快速閉門。為保證可靠
性，可考慮對快速閉門電磁閥進(jìn)行雙重化配置，增加
一個相同功能電磁閥YV2—1，閥電源取自快速門泵
站控制柜DC 24 V。
快速閉門命令同時動作兩個快速閉門電磁閥。
當(dāng)電磁閥YV2和YV2—1均動作時，啟動快速閉門；
當(dāng)電磁閥YV2和YV2—1其中一個動作，另一個拒
動時，仍然能啟動快速閉門。
(1)方案1
圖8快速閉門電磁閥改造方案1
如圖8所示，虛線框內(nèi)為新增加電磁閥
YV2—1。當(dāng)電磁閥YV2和YV2—1同時動作或其中
一個電磁閥故障只有一個電磁閥動作時，插裝閥控
制油通過回油管進(jìn)入集油箱，插裝閥開啟，啟動快速
閉門。同時插裝閥控制油源被切斷，保證插裝閥快
速、可靠地動作。
(2)方案2
圖9快速閉門電磁閥改造方案2
如圖9所示，虛線框內(nèi)為新增加電磁閥
YV2—1。當(dāng)電磁閥YV2和YV2—1同時動作或其中
一個電磁閥故障只有一個電磁閥動作時，插裝閥控
制油通過回油管進(jìn)入集油箱，插裝閥開啟，實現(xiàn)快速
閉門。但當(dāng)其中一個電磁閥故障只有一個電磁閥動
作時，控制油源油路通過故障拒動的電磁閥與插裝
閥控制油腔形成通路，可能會影響插裝閥動作的速
度與可靠性。
(3)兩種方案比較
方案1中兩個快速閉門電磁閥具有較高的獨(dú)立
性，任意一個電磁閥故障時均不影響快速閉門的正
確動作，此方案具有較高的可靠性。
方案2中當(dāng)一個電磁閥故障只有一個電磁閥動
作時，控制油源通過故障電磁閥與插裝閥控制腔形
成通路，對插裝閥動作速度和可靠性的影響程度需
通過實驗進(jìn)一步驗證。
5。2意見2
機(jī)組PLC開出快速閉門命令回路采用兩個繼
電器接點(diǎn)串聯(lián)，其防止誤動的能力提高，但拒動風(fēng)險
增加?？焖匍T作為水電站的重要保護(hù)設(shè)施，當(dāng)水電站
發(fā)生重特大事故需要關(guān)閉進(jìn)水口水源時，快速門動
作應(yīng)該快速、準(zhǔn)確，此時應(yīng)首先考慮盡量減小快速門
拒動的風(fēng)險。
因此，機(jī)組PLC開出快速閉門命令回路僅采用
一個繼電器即可。采用一個繼電器雖然使回路誤動
的可能性增加，但從以往運(yùn)行情況看還未出現(xiàn)由于
繼電器誤動開出快速閉門命令的情況。此回路采用
一個繼電器的可靠性能得到有效保證。(下轉(zhuǎn)第81頁)
萬方數(shù)據(jù)
吳高強(qiáng)，等：向家壩電站勵磁調(diào)節(jié)器交流采樣算法分析 81
4 三相同步采樣派克變換算法與傅里葉算法
的比較
4．1傅里葉算法簡介
對于周期為T的周期函數(shù) (t)，即M(t)= (t+T)，
滿足[0， r]區(qū)間上絕對可積，則 (t)可展開為級數(shù)：
(t)= +Σ(Uancosnmt+^ _ Ubnsin nmt)
式中：
“ ： 三fT 、cos n(ot dmt，(n：o，1，2?) “
aⅡ J0 (1]cos n(ot ， n U，l，2?
： n 蘭Jf 0 (rt)1s in n∞t d ， (Ln ：Uo，1l，2? )
將連續(xù)積分公式離散化為求和公式：
2 2兀k
n
，
將公式展開，電壓實部
=
2 N-t
t．n n
2rtk
“ =吉[“。一“ +- 5-(u1+ul-us-u7)+ c ：+ 。一“ 一“ ]
電壓虛部
“ 。=!In (U2+U4-U8-UlO)+ c“。+“ 一“ 一“ ]
式中uj(j=0，1?，11)為一個信號周期內(nèi)的始于
0。，相距30。的12個等距采樣瞬時值，于是有：
= 瓜
，
同理得 =
U = =
式中 、，m是交流電壓、電流最大值， 、，是交
流電壓、電流有效值。
4．2傅里葉算法與派克變換算法的比較
三相同步采樣派克變換算法基于正弦函數(shù)模
型，適用于三相平衡正弦電路時，具有硬件簡單，可
靠性高，數(shù)據(jù)運(yùn)算量小，響應(yīng)速度高，線性度好等特
點(diǎn)。但當(dāng)被測信號不是標(biāo)準(zhǔn)正弦波形時，將導(dǎo)致測量
誤差，因此，在應(yīng)用中必須加強(qiáng)對交流接口電路的濾
波措施，減少測量誤差，同時保證采樣的同步性。
傅里葉算法在微機(jī)勵磁控制器中也應(yīng)用較多，
其被測信號不必是標(biāo)準(zhǔn)正弦信號，只要求是周期信
號，并且12點(diǎn)傅里葉算法具有濾去直流分量和高次
諧波的能力，精度較高，因此使用范圍較廣。但該算
法數(shù)據(jù)運(yùn)算量較大，在頻率變化大時對交流采樣精
度影響較大。
5 結(jié)語
本文闡述了向家壩電站勵磁系統(tǒng)定子電壓、定
子電流的采樣方法以及算法分析，并與傅里葉算法
進(jìn)行了比較說明。根據(jù)勵磁系統(tǒng)的實際情況，合理選
擇采樣相關(guān)算法是提高勵磁系統(tǒng)狀態(tài)量采集準(zhǔn)確度
的重要環(huán)節(jié)。交流采樣算法精度高、實時l生好，可靠
性高，隨著微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和采樣算法的深入
研究，必將得到廣泛的應(yīng)用，從而大大提高勵磁系統(tǒng)
的智能化和自動化水平。
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科技博覽，2010，12．
(上接第58頁)
6結(jié)語
(1)向家壩右岸電站快速門快閉控制回路采用
雙回路冗余控制。遠(yuǎn)方快速閉門命令發(fā)出到快速門
泵站的兩條回路采用不同的接點(diǎn)，工作電源由兩個
不同的電源提供。快速門泵站快速閉門電控系統(tǒng)由
雙電源供電，兩條回路分別采用PLC控制和硬接線
方式控制?？焖匍]門控制回路設(shè)計簡單、可靠，并在
電站發(fā)生水淹廠房時也能有效實現(xiàn)遠(yuǎn)方快速閉門。
(2)通過以上分析，得出了向家壩右岸電站快速
門快閉控制回路存在的不可靠因數(shù)，提出了關(guān)于快
速閉門電磁閥YV2的改造方案和快速閉門控制回
路的注意事項及改進(jìn)意見，希望對以后快速門控制
回路的設(shè)計及改造有所幫助。
參考文獻(xiàn)：
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