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摘要：针对陆水电厂顶盖排水控制系统运行中出现的问题，进行了相应的分析及解决，使其可靠性得到很大的提高，满足现场生产要求。
关键词：顶盖排水控制系统 计算机监控系统 投入式传感器 浮子开关 LCU
0 引言
陆水河是长江中游南岸的一级支流，源出湘、鄂、赣三省交界，流经湖北省的通城.崇阳.赤壁.嘉鱼四县市，水库区在湖北省赤壁市南部承担防洪.灌溉.发电.航运.养殖等水利任务。陆水电厂位于主坝下右侧安装4台8800KW（总装机37.5MW）轴流转浆式水轮发电机组，属三峡试验型电站，电站以发电为主，兼顾灌溉。电站首台机组于1969年12月15日并网，到1974年12月第四台机组并网发电。从1995年开始，电站对机组进行了增容改造，由原来8800KW机组改为10100KW机组（总装机42.7MW）。同时对机组控制系统进行了改造。
1 机组顶盖排水系统介绍及出现的问题
改造后机组顶盖排水采用两台离心泵直接排至深井，然后通过深井排至下游。控制系统为东电自动控制公司生产，PLC采用KOYO（日本光洋）公司DL系列，包括1个CPU模块（DL240CPU）、1个开关量输入和2个开关量输出模块，不带模拟量输入模块和触摸屏，通过安装在顶盖上的Magnetrol B10重锤型浮子开关控制水位，该浮子开关带“启泵”和“高水位”共两个接点，接点为回差控制方式，正常时两台排水泵轮换为主启泵交替运行，有“高水位”信号时启动两台泵（原理图见图1）。
顶盖内还安装有一个投入式液位传感器将顶盖水位上送至机组LCU，按设计要求，LCU采集顶盖水位达到750mm时，机组将因顶盖水位过高信号而事故停机。
自首台机组并网发电，到其余3台机组相继投运，顶盖排水控制系统出现了以下几种问题：①主启泵抽不上水故障时不能自动切换到备用泵。②“高水位”信号来时不能在同一时刻启动两台水泵。③经常出现不能启动或启动后停不下来的问题。
陆水电厂顶盖排水控制系统原为独立系统，设计时不具备远控功能，只有部分信号通过常规接点方式上送计算机监控系统机组LCU。每次出现故障，运行人员为避免事故停机都得立即赶到现场手动抽水，故障未处理之前需安排专人在现场，给运行人员工作带来很大的压力。
2 问题分析及解决方法
2.1 主启泵抽不上水不能自动切换到备用泵问题
按设计思路，正常情况下主启泵抽不上水或热偶动作都应该自动切换到备用泵运行。主泵运行时模拟热偶动作情况，自动切换到备用泵正常。查看厂家所编写PLC控制程序，泵启动控制逻辑如图2（以1#泵为例）：
■
通过对程序分析发现，该程序未将主启泵启动后无示流作为切换条件，因此对其作了如图3修改：
在水泵启动逻辑中加入了另一台泵抽水故障时的切换，并增加了泵启动时不上水的判断程序，在调试时根据每台泵实际上水时间设置延时切换时间，解决了不能自动切换的问题。
2.2 “高水位”信号来时不能在同一时刻启动两台水泵问题
“高水位”信号是当主轴密封漏水量较大，一台泵启动后水位仍上涨到一定高度使浮子开关动作启动第二台泵的开关量信号。在实际运行中，多次出现顶盖水位达到“高水位”信号而只有一台水泵运行的现象。
在现场手动试验，先启动一台泵然后再启一台泵都正常，由于手动方式也是PLC驱动，说明回路接线不存在问题，但在自动方式下短接“高水位”信号时，PLC驱动两台泵控制输出点已开出，实际只有一台泵正常启动。
分析其原因，由于水泵动力接触器为DC24V电源直接驱动，在两台泵启动时测量其输出电压低于24V，怀疑厂方配置的DC24V电源模块容量不够，检查电源模块容量为80VA。试验用一块150VA的电源模块代替，短接“高水位”信号，两台泵同时运行正常，证明确为原电源模块容量偏小，联系厂家说明情况，厂家对电源模块进行了更换。
2.3 经常出现不能启动或启动后停不下来的问题
系统经常出现的顶盖泵不能启动或启动后停不下来的问题，检查原因为浮子开关接点不能正常接通或断开，每台机组投运初期的几个月，浮子开关动作都正常，几个月后就都出现了相同的问题。机组检修期间进入顶盖内，发现内部杂物堆积较多，拆下浮子开关检查，其内部节点接触及动作良好。
由此可见顶盖内淤积的杂物影响到浮子开关正常动作，陆水河汛期垃圾含量较大且汛期时间长，汛期顶盖内淤积杂物属正常现象，说明厂家所配置的浮子开关不适用于陆水电厂顶盖排水运行环境。因顶盖排水直接关系到机组水导轴承的安全运行，一旦浮子开关出现问题，需运行人员在现场手动抽水，加大了运行人员的劳动强度，此问题必须尽快解决。
鉴于投运以来上位机采集的模拟量一直比较可靠，决定用机组LCU模拟量来实现对顶盖水位的自动控制，这样做还可以通过上位机操作员站界面下令启动、停止两台排水泵。
解决过程：①解除顶盖泵控制箱端子排至浮子开关的电缆接线；②找出顶盖泵控制箱至机组LCU信号电缆的3根备用芯，一侧接到顶盖泵控制箱24V电源、“启泵”和“高水位”接线端子，另一侧接机组LCU的两个备用开出继电器作为“启泵”和“高水位”控制信号；③修改机组LCU下位机程序使其具备自动和远方上位机控制“启泵”和“高水位”信号的开出；④在上位机界面增加启主泵、启两台泵和停泵操作命令接口。
3 总结
顶盖排水系统作为轴流转浆式水轮发电机组重要的辅助控制系统之一，直接关系到机组的安全运行。陆水电厂自69年投运以来，通过对其运行中出现的故障现象加以分析，多次改造其控制方式和不断优化控制程序，实现了远方控制功能，处理改造完后运行状态良好，再未出现过任何故障。
但由于目前该系统的浮子开关信号已解除，只采用单一的投入式传感器作为测量控制元件，一旦投入式传感器出现故障，则运行人员无法监视顶盖水位，顶盖泵也无法实现自动排水功能，只能由上位机远控手动控制泵的启停，此为该系统目前存在的缺陷。
陆水电厂已计划购置浮球型浮子开关来替代目前的重锤型浮子开关，以恢复顶盖液位采用浮子开关控制，而机组LCU的模拟量控制作为后备控制方式，这样才能保证顶盖排水控制系统更加可靠。
参考文献：
[1]张蠡，倪晓峰.浅谈水利工程自动化系统故障的排除方法，江苏水利，2009.8.
[2]徐鹏.电气自动化控制方式的研究，科技广场，2009.7.
[3]崔明.变电站与水电站综合自动化，中国水利水电出版社，20
05.5.
作者简介：
许旭（1965-），男，湖北赤壁人，二级技师，从事水电厂维护工作。
关键词：顶盖排水控制系统 计算机监控系统 投入式传感器 浮子开关 LCU
0 引言
陆水河是长江中游南岸的一级支流，源出湘、鄂、赣三省交界，流经湖北省的通城.崇阳.赤壁.嘉鱼四县市，水库区在湖北省赤壁市南部承担防洪.灌溉.发电.航运.养殖等水利任务。陆水电厂位于主坝下右侧安装4台8800KW（总装机37.5MW）轴流转浆式水轮发电机组，属三峡试验型电站，电站以发电为主，兼顾灌溉。电站首台机组于1969年12月15日并网，到1974年12月第四台机组并网发电。从1995年开始，电站对机组进行了增容改造，由原来8800KW机组改为10100KW机组（总装机42.7MW）。同时对机组控制系统进行了改造。
1 机组顶盖排水系统介绍及出现的问题
改造后机组顶盖排水采用两台离心泵直接排至深井，然后通过深井排至下游。控制系统为东电自动控制公司生产，PLC采用KOYO（日本光洋）公司DL系列，包括1个CPU模块（DL240CPU）、1个开关量输入和2个开关量输出模块，不带模拟量输入模块和触摸屏，通过安装在顶盖上的Magnetrol B10重锤型浮子开关控制水位，该浮子开关带“启泵”和“高水位”共两个接点，接点为回差控制方式，正常时两台排水泵轮换为主启泵交替运行，有“高水位”信号时启动两台泵（原理图见图1）。
顶盖内还安装有一个投入式液位传感器将顶盖水位上送至机组LCU，按设计要求，LCU采集顶盖水位达到750mm时，机组将因顶盖水位过高信号而事故停机。
自首台机组并网发电，到其余3台机组相继投运，顶盖排水控制系统出现了以下几种问题：①主启泵抽不上水故障时不能自动切换到备用泵。②“高水位”信号来时不能在同一时刻启动两台水泵。③经常出现不能启动或启动后停不下来的问题。
陆水电厂顶盖排水控制系统原为独立系统，设计时不具备远控功能，只有部分信号通过常规接点方式上送计算机监控系统机组LCU。每次出现故障，运行人员为避免事故停机都得立即赶到现场手动抽水，故障未处理之前需安排专人在现场，给运行人员工作带来很大的压力。
2 问题分析及解决方法
2.1 主启泵抽不上水不能自动切换到备用泵问题
按设计思路，正常情况下主启泵抽不上水或热偶动作都应该自动切换到备用泵运行。主泵运行时模拟热偶动作情况，自动切换到备用泵正常。查看厂家所编写PLC控制程序，泵启动控制逻辑如图2（以1#泵为例）：
■
通过对程序分析发现，该程序未将主启泵启动后无示流作为切换条件，因此对其作了如图3修改：
在水泵启动逻辑中加入了另一台泵抽水故障时的切换，并增加了泵启动时不上水的判断程序，在调试时根据每台泵实际上水时间设置延时切换时间，解决了不能自动切换的问题。
2.2 “高水位”信号来时不能在同一时刻启动两台水泵问题
“高水位”信号是当主轴密封漏水量较大，一台泵启动后水位仍上涨到一定高度使浮子开关动作启动第二台泵的开关量信号。在实际运行中，多次出现顶盖水位达到“高水位”信号而只有一台水泵运行的现象。
在现场手动试验，先启动一台泵然后再启一台泵都正常，由于手动方式也是PLC驱动，说明回路接线不存在问题，但在自动方式下短接“高水位”信号时，PLC驱动两台泵控制输出点已开出，实际只有一台泵正常启动。
分析其原因，由于水泵动力接触器为DC24V电源直接驱动，在两台泵启动时测量其输出电压低于24V，怀疑厂方配置的DC24V电源模块容量不够，检查电源模块容量为80VA。试验用一块150VA的电源模块代替，短接“高水位”信号，两台泵同时运行正常，证明确为原电源模块容量偏小，联系厂家说明情况，厂家对电源模块进行了更换。
2.3 经常出现不能启动或启动后停不下来的问题
系统经常出现的顶盖泵不能启动或启动后停不下来的问题，检查原因为浮子开关接点不能正常接通或断开，每台机组投运初期的几个月，浮子开关动作都正常，几个月后就都出现了相同的问题。机组检修期间进入顶盖内，发现内部杂物堆积较多，拆下浮子开关检查，其内部节点接触及动作良好。
由此可见顶盖内淤积的杂物影响到浮子开关正常动作，陆水河汛期垃圾含量较大且汛期时间长，汛期顶盖内淤积杂物属正常现象，说明厂家所配置的浮子开关不适用于陆水电厂顶盖排水运行环境。因顶盖排水直接关系到机组水导轴承的安全运行，一旦浮子开关出现问题，需运行人员在现场手动抽水，加大了运行人员的劳动强度，此问题必须尽快解决。
鉴于投运以来上位机采集的模拟量一直比较可靠，决定用机组LCU模拟量来实现对顶盖水位的自动控制，这样做还可以通过上位机操作员站界面下令启动、停止两台排水泵。
解决过程：①解除顶盖泵控制箱端子排至浮子开关的电缆接线；②找出顶盖泵控制箱至机组LCU信号电缆的3根备用芯，一侧接到顶盖泵控制箱24V电源、“启泵”和“高水位”接线端子，另一侧接机组LCU的两个备用开出继电器作为“启泵”和“高水位”控制信号；③修改机组LCU下位机程序使其具备自动和远方上位机控制“启泵”和“高水位”信号的开出；④在上位机界面增加启主泵、启两台泵和停泵操作命令接口。
3 总结
顶盖排水系统作为轴流转浆式水轮发电机组重要的辅助控制系统之一，直接关系到机组的安全运行。陆水电厂自69年投运以来，通过对其运行中出现的故障现象加以分析，多次改造其控制方式和不断优化控制程序，实现了远方控制功能，处理改造完后运行状态良好，再未出现过任何故障。
但由于目前该系统的浮子开关信号已解除，只采用单一的投入式传感器作为测量控制元件，一旦投入式传感器出现故障，则运行人员无法监视顶盖水位，顶盖泵也无法实现自动排水功能，只能由上位机远控手动控制泵的启停，此为该系统目前存在的缺陷。
陆水电厂已计划购置浮球型浮子开关来替代目前的重锤型浮子开关，以恢复顶盖液位采用浮子开关控制，而机组LCU的模拟量控制作为后备控制方式，这样才能保证顶盖排水控制系统更加可靠。
参考文献：
[1]张蠡，倪晓峰.浅谈水利工程自动化系统故障的排除方法，江苏水利，2009.8.
[2]徐鹏.电气自动化控制方式的研究，科技广场，2009.7.
[3]崔明.变电站与水电站综合自动化，中国水利水电出版社，20
05.5.
作者简介：
许旭（1965-），男，湖北赤壁人，二级技师，从事水电厂维护工作。