水电站泄水闸计算机监控系统概述及常见故障处理

摘要：水电站泄水闸监控系统依据“危险分散”原则进行分散配置，分站不依赖中央，能完全独立地完成所属区域或设备实施控制。具体介绍了系统设计、配置、功能及主要硬件配置，满足电站设备监控要求。

关键字：水电站；泄水闸监控；系统功能；故障处理

一、前言

泄水闸是水利枢纽防洪的主要泄洪建筑物和重要设施，正常运行时担负截流确保水力发电水头；汛期时担负着宣泄洪水，确保人民和财产安全。确保泄水闸的正常稳定运行是水利枢纽运行管理工作的重中之重。

二、监控系统设计

依据国内水电站闸门集控系统的控制模式和应用经验，结合水电站泄水闸的特点及闸门自动化系统改造的要求，水电站泄水闸监控系统依据“危险分散”原则进行分散配置，分站不依赖中央，能完全独立地完成所属区域或设备实施控制。

整个闸门控制系统能满足实现闸门值班室主机实现对闸门启闭的全过程、全状态监控，对闸门进行远方实时控制、安全监视及调度管理。在闸门值班室控制时，计算机监控系统具有多种调控方式，以满足电站运行的需要。

三、计算机监控系统配置及网络结构

水电站泄水闸监控系统配置以安全可靠为最高原则，兼顾系统的先进性、实时性等。

系统可靠性高，局部故障不影响现场设备的正常运行，系统特性的各项指标均达到中国电力行业标准《水电厂计算机监控系统基本技术条件（DL/T578-95）》和《电力系统调度自动化设计技术规程（DL/T5003-2005）》的规定。

系统结构为分层、全分布、全开放系统，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护应用资源和投资，分布式数据库及软件模块化、结构化设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充，并能自诊断。

水电站泄水闸闸门系统共有多孔弧形工作闸门，可每2扇弧形工作闸门配置1套现地控制单元（LCU），或者每扇工作闸门配置1套现地控制单元（LCU），每套LCU由1台动力盘柜和1台控制盘柜组成，每套LCU分别布置在相应的每个站内，每套控制柜除布置PLC外，同时布置闸门的电气控制设备以及辅助的电压表等。现地控制柜直接监控闸门的开关过程，既可作为分布系统中的现地智能终端，又可作为独立装置单独运行。站内的各现地控制柜采用100Mbps以太网交换机构成星型网结构。同时通过100Mbps以太网，实现大坝闸门监控系统和电站监控系统之间的数据传输和数据交换。

泄水闸集控系统设置1台现地操作兼通讯站，实现所有闸门的实时数据和历史数据监控功能，并负责所有对外部的通讯功能。

四、计算机监控系统功能

水电站泄水闸闸门控制系统按“无人值班”（少人值守）的原则设计，可实现闸门进行远方实时控制、安全监视及调度管理等功能。计算机监控系统具有多种调控方式，以满足闸门运行的需要。为了保证控制和调节的正确、可靠，操作步骤按“选择-返校-执行”的方式进行，并且每一步骤都有严格的软件校核、检错和安全闭锁逻辑功能，硬件方面也有防误措施。控制权分主控级及现地控制单元和手动共三级，可以通过现地控制单元上的转换开关进行切换。控制权选择在LCU实现。同时主控级还可以接收远方监控主机的指令进行控制。控制级别现地控制第一，主控级控制第二。这些控制具有严格的安全闭锁逻辑。控制系统能根据当前运行情况和主控级及当地的控制命令按预定的步骤对闸门升降等进行控制及调节。在没有控制级命令或脱离主控级的情况下现地控制单元能独立完成对所有设备的闭环控制，保证闸门的安全运行。现场操作人员能根据现地控制单元触摸屏上的信号显示、闸门开度指示等对控制的闸门进行上升、下降、中途停止等远方操作。现地控制单元通过网络接收主控级命令，自动完成闸门的开启或关闭。

主要功能包括以下几点：

（一）数据采集。自动接收监控系统以外的数据信息，周期性地采集各LCU收集的实时数据，接收由操作员向控制系统手动登录的数据信息。对于固定周期采集的数据，其采集周期为可调。

（二）数据处理。主计算机完成实时数据库的更新；管理闸门的运行自动化，即闸门的开启、关闭等；运行数据存盘，历史数据保存和检索，保证数据的连续；对采集到的各LCU的各种数据进行分析和处理。对模拟信号量的处理包括回路断线检测、数字滤波、误差补偿、数据有效性合理性判断、标度换算、梯度计算及越限报警；对开关量信号的处理包括光电隔离、硬件及软件滤波、基准时间补偿、数据有效性判断、启动相关量处理功能（如起动时间顺序记录、发事故报警、画面自动推出等），所有数据经格式化处理后存入实时数据库。

（三）人机联系。操作人员可通过彩色监视器、键盘、鼠标器以及打印机等实行对全部受监控对象运行的监视、控制、调节、在线修改定值、画面调度、报表显示和打印等功能。

人机接口还具有权限管理功能，不同的权限有不同的使用范围，以保证系统的安全性。现地控制单元配有触摸式工业显示器，脱离主控机同样可具备以上所述功能。

（四）安全监视及事件报警。运行值班人员可以通过监控系统的大屏幕监视器对系统内各主设备运行状态和运行参数，例如闸门升降过程等进行实时监视。

控制系统将对某些参数以及计算数据进行范围监视，有些量如上下游水位、泄洪量等可以进行趋势分析、梯度监视。主控级能接受各LCU的越限报警信号，响应LCU上送的模拟量越限、梯度越限、开关量状态变化和监控系统自诊断故障等各种信息，开关事故变位，自动推出相应画面和事故处理指导，画面闪光和变色，显示屏上发出提示信号，打印事故追忆记录。

报警表至少包括300个最新的报警量。报警量作员确认和报警条件消失后能从报警表中撤消。如果有最新的未被确认的报警行和有关对象的动态数据显示出特定颜色的状态指示，并保留到与报警条件存在的时间一样长。报警被确认是通过操作员的键盘来实现的。

（五）系统时钟校对和事故顺序记录。系统时钟校对采用GPS分别同时与上位机及各LCU对时。当水泵泵组发生事故造成跳闸动作等情况时，监控系统立即以中断方式响应并自动显示、记录和打印事故名称及时间；记录和打印相关设备的动作情况，自动推出相关画面，作事故原因分析及提示处理方法，闸门监控系统能将发生的事故及设备的动作情况按其发生的先后顺序记录下来。

五、运行日常常见故障及处理措施

（一）闸门失控。每年汛期，防洪闸门在远程启闭过程中，到达预设值时，闸门未停止，继续提升，如果不进行紧急处置，闸门到达最高处时，势必造成设备损坏、严重造成水工建筑物损坏，此时当班值长应立即启动闸门失控应急处置，通过闸门监控系统设置的 “停止闸门”按钮，如无效，立即断开闸门交流电源，使闸门停止，闸门停止后将闸门控制方式切至现地，在控制系统故障未排除前，进行现地手动控制，同时通知维护人员对泄水闸故障孔电气、机械设备进行全面检查，进行事故分析查明事故原因，进行处理。在发生此类故障应急处置过程中，运行人员应注意避免走错间隔、在进行交流电源开断时，必须操作具有切断负荷电流、具备灭弧装置的断路器，严禁带负荷拉刀闸，造成事故扩大。

（二）闸门失压。每年汛期，泄水闸交流电源失压，入库流量增大，坝前水位上涨呈上升趋势，就会有有漫闸的故障危险。允许值班人员此时须做好事故应急处置及相应的回报工作，同时通知维护人员进行故障消除，同时须密切关注上游水位上涨情况并向调度汇报水情。出现此种情况时，一般是采用柴油发电机恢复交流供电，故日常须做好柴油发电机日常维护保养，确保随时可以投入运行，倒换电源时，运行人员须确保不发生非同期合闸、柴油发电机过载等情况，造成事故扩大。

（三）监控系统故障。在泄水闸启闭过程中，因监控系统故障造成闸门失去控制、监视的情况发生时，运行值班人员应立即启动现地控制应急处置措施，现地进行闸门启闭控制，对于暂时性的故障可对监控系统进行重启，如故障无法短时处理，应立即通知维护工程技术人员进行处理，确保防洪设备设施安全可靠运行，但作为泄水闸监控系统目前国内各服务提供商产品技术已非常成熟，在发生故障时均有相应的报警信息，以便运行维护人员有针对性的检查处理、缩短故障处理时间，提高系统运行稳定性和可靠性。

六、结束语

水电站以“无人值班（少人值守）”为设计原则，泄水闸计算机监控系统配置以安全可靠为原则兼顾系统实用、可操作性强，是电站安全稳定运行的有利保障。

参考文献：

[1]DL/T 578-95.水电厂计算机监控系统基本技术条件.北京.中华人民共和国电力工业部.1995

[2]DL/T5003-2005. 电力系统调度自动化设计技术规程.北京.中华人民共和国能源部.1992