唐凯，邹桂丽

(1． 湖南省电力公司柘溪水力发电厂，湖南 安化413508;2． 湖南省电力公司科学研究院，湖南 长沙410007)

2009年8月17日，俄罗斯已建最大水电站——萨扬·舒申斯克水电站发生了国内外水电史上空前的特大事故。根据俄方事故调查报告和国内专家分析，造成本次事故的主要原因之一是进水口闸门未能紧急关闭(事故发生2 h 后才手动关闭)。水电厂进水口闸门是水电厂水机保护的最后一道保障，如果紧急情况下进水口闸门不能及时关闭，将使机组失去最后的保护，后果不堪设想。为深刻吸取“萨扬事故”教训，结合“萨扬事故”暴露的问题和柘溪水电厂运行实际，参照《湖南省电力公司水电厂进水口快速闸门紧急下闸后备保护配置导则》(湘电公司水〔2011〕593 号文件)要求，柘溪水电厂决定新增1 套独立于原闸门控制系统的紧急下闸后备保护系统。

1 紧急下闸后备保护设计原则

1)在现行机组紧急下闸保护的基础上，应另配置1 套独立于原紧急下闸保护的后备保护。

2)紧急下闸后备保护系统电源必须保证全厂失电后，闸门控制系统仍然有可靠电源供电，确保全厂失电的紧急情况能紧急下闸。

3)紧急下闸后备保护系统必须独立于现有计算机监控系统。

4)紧急下闸后备保护系统必须具备远方手动操作功能。在出现极端恶劣条件时(如水淹主厂房、全厂失电等)，可以远方手动操作紧急关闭进水口闸门。

2 紧急下闸后备保护项目实施

2.1 电源部分

在坝顶布置1 组蓄电池屏。包含1 块浮充控制屏和1 块直流蓄电池负荷屏。其直流输出电源为220 V，带负荷能力为40 A，由17 节12 V 蓄电池组组成，容量为100 Ah。

2.2 控制部分

1)在坝顶布置1 块全厂进水口闸门PLC 控制屏作为进水口闸门紧急下闸后备保护系统的下位机部分。下位机外部供电采用交流、直流双供电方式，交流供电取自进水口交流负荷屏，直流供电取自坝顶新增的蓄电池屏。

2)在中控室布置1 块PLC 控制屏作为进水口闸门紧急下闸后备保护系统的上位机部分。上位机外部供电采用交流、直流双供电方式，交流供电取自中控室交流负荷屏，直流供电取自坝顶新增的蓄电池屏。

3)进水口闸门紧急下闸后备保护系统的上、下位机控制屏内设置PLC 控制系统、操作开关、按钮、触摸式液晶显示屏、指示灯、中间继电器、控制电源等设备。

4)进水口闸门紧急下闸后备保护系统的上、下位机通过光纤通讯，网络连接参见图1。

5)运行人员可以通过手动方式在远方(中控室)或现地(PLC 控制屏)前进行进水口闸门紧急落门操作。

图1 进水口闸门紧急下闸后备保护系统网络连接

6)控制系统采用PLC 系统控制的优势较多:

①减少了现场施工的工作量，增加了运行设备可靠性。如果采用硬接线连接，需要敷设大量的控制电缆，控制电缆的增加势必会带来故障点的增多，特别是防护层破坏后，控制电缆故障难以查找。采用光缆通讯则只需要1 根4 芯光缆，而且还有足够的备用通讯通道，即使主用通道出现故障还可以人为切换至备用通道工作，其设备运行可控性也得到了提高。

②可以实现对设备运行工况的实时监视。控制系统通过软件编写专门的通讯监视程序，只要通讯网络出现故障则可以立刻报警。针对容易出现故障的部位，如电源部分等进行开入量监控，一旦出现故障，立即开出报警。通过对设备运行工况的实时监视，有效地将设备安全隐患消除在萌芽状态，确保进水口闸门后备保护系统运行安全可靠。

③控制系统整体抗干扰能力增强。如果采用常规控制接线的控制系统，控制电缆本身就增加了故障发生的概率。一旦电缆本体出现故障，直接后果则是机组进水口闸门非正常关闭，机组强迫停运，大大降低电厂对电网的支撑能力，同时也极大地影响了电厂的经济效益。采用PLC 控制后，PLC 本身抗干扰能力强，通讯光缆抗外界外力损坏能力强，在抗雷击等方面有着前者无法比拟的优势。控制系统整体工作可靠性大幅提高，减少了控制系统因外界干扰误动的可能。

7)控制程序

①控制系统 PLC 选用施耐德 Quantum 140CPU65150，控制程序采用其专用编程软件编写。

②为防止因通讯网络故障造成系统异常，专门编写通讯故障程序段，及时发出故障报警信号。

③为防止进水口闸门紧急下闸后备保护系统误动导致闸门紧急下闸，控制程序增加了5 s 防误动延时。

④为了随时掌握系统运行情况，在人机对话的触摸屏上增加了历史记录功能，方便运行、维护人员检查巡视。

2.3 现场执行元件部分

每台机组进水口卷扬机式启闭机控制增加1 组直流抱闸控制线圈及回路。即将机组进水口闸门的直流抱闸进行改造，更换为双直流线圈的抱闸，只要任意一个线圈通电即可松开抱闸致进水口闸门紧急关闭。其中原有的直流线圈受控于现有的闸门控制系统，接受计算机监控系统紧急下闸自动或手动下闸指令;新增加的直流线圈则受控于全厂进水口闸门紧急下闸后备保护系统下位机，接受进水口闸门紧急下闸后备保护系统的上、下位机手动紧急下闸指令。

3 运行及待完善情况

进水口闸门紧急下闸后备保护系统投入运行半年来，各类事件记录齐全、查询方便;系统运行稳定可靠。系统还应完善供电电源监视报警。上、下位机增加电源监视功能，电源消失后中控室应有音响和光字报警。

4 结束语

进水口闸门后备保护系统采用坝顶和中控室分别设独立PLC 控制屏的方式，能可靠实现厂用电消失、计算机监控系统瘫痪等紧急情况下中控室对进水口闸门的手动紧急落闸控制，防止事故扩大。控制令通过光纤通讯下达的方式，可以很方便地将功能扩展至远方集控中心，是未来实现水电厂进水口闸门紧急下闸后备保护的首选方式，将逐步替代在中控室设按钮直接控制紧急落闸电磁阀的方式。