一起大坝溢流门动作异常的分析及处理

引言

进入5月后,某电站所处流域的降水开始增大,库区来水变得充沛。在用电负荷增加不多的情况下,特别是夜晚负荷下降时,库区水位上涨较快,此时需要开启溢流门对水位进行一定的调节。

运行人员发现,在通过大坝LCU对溢流门进行开度调节的过程中,溢流门出现了停止延迟的现象。即当闸门需要提升到某个开度值时,比如上位机设置30cm,闸门实际会提升到35cm才停止:当需要关闭溢流门时,比如上位机设置开度为0cm,闸门实际会下降到-7cm才停止,钢绳下垂厉害。

1大坝LCU介绍

该电站原大坝LCU系统于2006年投入使用,采用施耐德PL7系列控制器。因无法与电站集控新改造的监控系统进行可靠通信,且大坝LCU上位机组态软件占用系统资源严重,响应迟缓,存在与集控新监控系统上位机操作权限不清、操作记录不全等问题,影响了设备安全可靠运行。鉴于以上问题,对大坝LCU进行了升级改造和完善,采用施耐德M580系列控制器和FameView上位机组态软件。

改造完成后,正处于冬季枯水期,水资源宝贵,为了避免弃水,在对溢流门进行调试时,采用了断开电机动力电源的办法,即不实际动作闸门,只检查动作的逻辑性。所以,未能在调试时发现本次发生的异常。

2溢流门开度测量原理

溢流门可在现地控制柜的HMI人机界面上进行升降操作,也可在中央控制室通过大坝LCU控制溢流门现地控制柜内的PLC,对其进行升降操作,即溢流门都需要通过其现地控制柜的PLC来控制电机正转或反转,并带动滚筒上的钢绳上升或下降,从而提升或落下闸门。

在钢绳上升或下降的极限位置分别安装有一限位开关,作为全开或全关的位置信号。在滚筒的轴端伸长处安装有一圆形齿盘,随滚筒一起同轴转动:另外,在齿盘的侧面安装有一NPN型接近开关,对齿盘转过的齿牙进行计数,从而计算闸门的开度。

圆形齿盘一共有84个齿牙,溢流门最大提升开度6620mm,最大开度时齿盘转动总圈数9.92圈,每齿对应开度7.94mm。当溢流门PLC测得闸门全开或全关信号后,会对高速计数模块进行清零。

当齿盘的齿牙对着接近开关时,接近开关的主回路感应出高电平,其内部的NPN三极管导通,高速计数模块的光电三极管也导通,输入计数信号P1:当齿盘的齿槽对着接近开关时,接近开关的主回路感应出低电平,其内部的NPN三极管截止,高速计数模块的光电三极管也截止,不输入计数信号。接近开关计数原理如图1所示。

3故障原因分析

3.1抱闸松动

当抱闸系统制动不良时,由于闸门运动的惯性,可能会导致闸门停止延迟。通过对电机抱闸系统的检查发现,当电机抱闸线圈失电后,其衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯迅速分开,制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮,电机被制动而立即停转。由此排除了抱闸松动的嫌疑。

3.2电气回路检查

如果控制闸门起升和下降的中间继电器出现掉电延时断开的情况,也会造成闸门停止延迟。为此,对起升中间继电器KA5和下降中间继电器KA6进行了校验,如表1所示。

另外,在现地控制柜的HM1人机界面上进行了溢流门升降操作,即不是通过大坝LCU进行的操作。当提升溢流门开度到30cm时,按下"停止"按钮,闸门没有继续上升,开度停止在30cm:当关闭溢流门开度到0cm时,按下"停止"按钮,闸门没有继续下降,开度停止在0cm。

3.3LCU程序检查

结合故障现象及以上检查和试验可知,造成溢流闸门停止延迟的情况,是在大坝LCU对溢流门进行控制时发生的。为此,对大坝LCU程序进行了以下分析和研判,以闸门下降程序段为例进行说明。

3.3.1闸门下降动作的原理

当控制方式在自动位置YLZ_ZD=:True,下降条件满足YLZ_TJ_DROP=:True,操作人员在控制室上位机发出"下降"令LCU_OP=:True,闸门下降线圈YLZ_DO16_DROP通电。2s后,"下降"令会自动复归 LCU_OP=:False,但由于线圈YLZ_DO16_DROP能通过自身的接点实现自保持,线圈持续带电:其对应PLC上的开出点%Q0.6.16有24V正电开出,下降继电器KA6动作,下降接触器动作,电机通电,落下闸门。

3.3.2闸门下降停止延迟的原因

运行人员操作闸门落下,在程序的"动态数据表"中监视溢流门开度平均值YLZ_PJ_KD和溢流门开度实测值YLZ_SC_KD,发现当溢流门开度实测值YLZ_SC_KD到0cm后,闸门并没有停止下降,而溢流门开度平均值YLZ_PJ_KD仍有5cm,经过大约2s后才缓慢变为0cm,闸门停止下降,而此时闸门实测开度YLZ_SC_KD已到-7cm。

由此可见,正是闸门开度平均值比闸门实测开度值滞后了一段时间到0cm,才导致了闸门实际落下时的停止延迟。

3.3.3闸门开度平均值滞后实测值的原因

分析闸门开度平均值YLZ_PJ_KD和闸门开度实测值YLZ_SC_KD的关系,发现程序中有一段执行堆栈功能操作的子程序,采集了10个各自间隔200ms的闸门开度实测值DD01,DD02,...DD10,把这10个数加起来求其平均值,所得数据即为闸门开度平均值,如下所示:

每隔200ms,DD01重新获得闸门开度实测值,DD02则被赋值200ms前的闸门开度实测值,DD03被赋值400ms前的闸门开度实测值,依次类推,DD10被赋值1.8s前的闸门开度实测值。

当闸门开度实测值到0cm后,DD01被赋值0cm,但DD02,DD03,…,DD10不会是0cm,所以闸门开度平均值不是0cm。假设DD02为1cm,DD03为2cm,…,DD10为9cm,每200ms闸门实测开度变化1cm。只有当1.8s后,DD01,DD02,…,DD10都被赋值0cm时,闸门开度平均值才会输出0cm,这时,闸门下降线圈YLZ_DO16_DROP才会失电,下降接触器复归,闸门电机掉电,闸门动作停止,如表2所示。

4异常处理

开度实测值取自闸门现地控制柜中PLC开出的模拟量值,其已做了相应的滤波防抖动处理,因此没有必要再在大坝LCU程序中进行平均计算。

删除大坝LCU程序中的开度平均计算子程序,直接将闸门开度实测值用于闸门的控制。修改程序并下载到LCU后,请运行人员进行了多次升降操作,均动作正常,没有再出现闸门停止时延迟的情况。

5结语

大坝LCU程序存在较多的输入、输出信号,其逻辑也有一定的复杂性,导致程序可能存在一些隐患。要消除这些隐患,不但需要模拟检验闸门动作的逻辑性,还需要让闸门实际动作,在真实的情况下去检验LCU程序。

本文结合一起闸门动作后停止时发生较长延迟的实例,详细分析了异常发生的过程及原因,对同类型问题的分析及解决具有一定的借鉴意义。