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[摘 要]本论文主要根据银盘水电站在投产至今顶盖排水系统出现的问题，提出改造方案，并赋予实施。主要介绍了银盘水电站顶盖排水系统的组成，顶盖排水系统存在的问题，改造方案的工作原理、电气设计，并分析了改造之后顶盖排水系统的性能与特点。
[关键词] 水电站 顶盖排水 PLC控制 液位开关
中图分类号：TV735文献标识码：B 文章编号：
0 概述
重庆大唐国际武隆水电公司共计4台轴流转桨式机组，水轮机型号为ZZ-LH-860，总装机容量为600MW。顶盖排水系统由3台顶盖排水泵、自动化元件以及控制回路组成。顶盖排水的水源主要是来自主轴密封供水，其主要作用是为了蜗壳中的水进入机组中以及为了保护机组在运行时不被磨损。主轴密封水排水位于水导下方，一旦排水控制不当将造成水导被淹甚至更大的影响，因此主轴密封排水系统的稳定性直接威胁到机组安全稳定的运行。
1 存在的缺陷
2011年重庆大唐国际武隆水电公司四台机组投产，顶盖排水系统主要由三台顶盖排水泵，由深圳柯普乐公司生产的一套型号为AFV-40/6/RF-VUUU-L925/14-V44A-10PVC的液位开关和型号为MG-AU-VK10-TS-L560/M410/18的液位变送器，控制回路以及上位机控制程序组成。主要有一下缺陷：
第一、由继电器组成的控制回路复杂，造成控制回路的可靠性降低，维护困难加大。
第二、乌江流域水质中含矿物质较多，液位开关是由磁性浮子与套杆组合而成，当设备运行时间达到一定时间后，套杆上将会附着钙化物质等粘稠物，导致液位开关卡死或者动作不可靠。
第三、模拟量液位变送器只是上送信号，没有参与控制。
综上所述问题，顶盖排水控制系统的稳定性急需提高。
2 改造方案
本着经济效益的考虑，在基本保持原有排水泵能和控制逻辑的前提下，主要对以下几个方面进行改造：第一，控制回路简化，由原来的继电器组成的逻辑控制改造为由西门子S7-2OO PLC控制；第二，单一的液位开关控制，改造成由模拟量控制、液位开关控制、上位机直接控制。最终组合成由液位浮子开关将现地液位信号送至PLC中，由PLC程序控制三台顶盖排水泵的运行方式。这种将现代的传感器技术[1]以及可编程控制器[2]综合利用起来，形成的自动控制方式为“无人值守，少人值守”的运行方式打下了良好的基础。
改造方案是基本现有设备的基础上进行改造，提出改造方案，从经济和安全的角度较为全面的论证，说明了本方案的经济性、可行性、安全性。
3 顶盖排水的原理
重庆大唐国际武隆水电公司顶盖排水控制系统由三台顶盖排水泵和控制回路组成。液位开关浮子和液位浮子变送器将现场的液位信号转化为电信号传送至PLC中，然后由PLC进行处理，控制逻辑图如图1所示。
PLC的控制逻辑：当启动主泵液位信号到时，启动一台泵，3台泵参与轮换；当启动备用泵液位信号到时，启动两台泵，3台泵参与轮换；当启动过高水位到达时，同时启动三台泵。若某一台泵或者两台泵故障，则其不参与轮换，这样就能满足不同排水量的需求。
4 电气设计
4.1 PLC控制系统程序设计
PLC控制系统主要包括模拟量控制和开关量控制，其控制流程图如2所示。
4.2电气主回路设计
顶盖排水泵控制系统的主要部分是顶盖排水泵的一次接线和排水泵，也是属于被控制的部分。二次回路主要通过控制接触器来控制顶盖排水泵的启停。当顶盖排水泵出现过流现象时，热继电器动作，即顶盖排水泵故障，从而切除该顶盖排水泵。
4.3系统工作原理
4.3.1 PLC控制
如图3所示，顶盖排水控制系统利用西门子PLC型号为S7-200 CN，实现了液位浮子开关和液位变送器在无故障时排水泵的切换、启停控制以及故障时排水泵的切换、启停控制。
4.3.2 液位变送器控制
1、在上位机中编写模拟量控制的启动主泵、上限、过高、停止液位程序，并设定使能信号。当信号值为1时，即启动模拟量控制，液位开关不再参与控制；当信号值为0时，退出模拟量控制，液位开关就会参与控制。
2、模拟量控制方式与液位开关控制方式相同，均是通过开关量信号进入PLC后，进行控制排水泵的启动停止轮换等运行方式。
4.3.3 上位机直接控制及手动控制
上位机直接控制是指在上位机画面上操作，直接控制顶盖排水泵的启停。当按下启动顶盖排水泵按钮时，信号将开出至远程IO柜中的继电器的一个常开接点，使其闭合通电，启动顶盖排水泵；当按下停止顶盖排水泵按钮时，信号将开出至远程IO柜中的同一个常开接点，使其断开，停止该顶盖排水泵。
手动控制即在现地将控制把手切至手动，通过手动按钮控制顶盖排水泵的启停。
5 系统的特点
通过改造之后，顶盖排水系统具有了四种运行方式：液位开关控制，模拟量控制，上位机直接控制，手动控制。
首先，虽然增加了两种控制方式，但是相对改造之间的控制回路相比，回路结构简单，事故的发生率下降。
其次，由于增加了两种控制方式，大大提高了顶盖排水系统的稳定性。在某一种自动化元件出现故障的情况下，另外一种控制方式能够迅速投入，为设备维护提供了充足的时间和方便。
然后，提高了自动化水平。当自动化元件出现故障时，监控系统将在最短的时间内将顶盖排水泵启动，大大减小了事故的发生率。
最后也是最重要的一点就是与改造之前相比，系统的安全性提高。较之前的液位开关和手动控制方式相比，增加了模拟量控制和上位机直接控制方式。当液位开关出现发卡时，投入模拟量控制方式就能保证正常运行；当发现模拟量与液位开关控制方式均失灵时，而又不能尽快去现场启动顶盖排水泵的情况下，在上位机上即可操作将顶盖排水泵启动；当PLC控制器故障时（由于长时间运行而烧毁等故障），水位上涨至报警信号时可通过上位机直接启动顶盖排水泵，而不需要通过运行人员在现场定时手动启动顶盖排水泵。所有这些措施都大大提高了该系统的安全性和稳定性，满足了当前“少人值班，无人值守”的要求。
6 结语
顶盖排水系的改造是基于在现有设备的前提下，尽量的减少改造费用提出的改造方案。经过实际的应用检验，顶盖排水系统的安全性大大提高，排水系统的故障率也大大下降。以上事实均说明了改造方案的科学性。
参考文献
[1] 杨青峰 付骞. 可编程控制器原理及应用[M]. 工程技术. 2010： 2～4.
[2] 党安明，张钦军.传感器与检测技术[M]. 自动化、电气化、仪表、电器. 2011： 205～206.
[关键词] 水电站 顶盖排水 PLC控制 液位开关
中图分类号：TV735文献标识码：B 文章编号：
0 概述
重庆大唐国际武隆水电公司共计4台轴流转桨式机组，水轮机型号为ZZ-LH-860，总装机容量为600MW。顶盖排水系统由3台顶盖排水泵、自动化元件以及控制回路组成。顶盖排水的水源主要是来自主轴密封供水，其主要作用是为了蜗壳中的水进入机组中以及为了保护机组在运行时不被磨损。主轴密封水排水位于水导下方，一旦排水控制不当将造成水导被淹甚至更大的影响，因此主轴密封排水系统的稳定性直接威胁到机组安全稳定的运行。
1 存在的缺陷
2011年重庆大唐国际武隆水电公司四台机组投产，顶盖排水系统主要由三台顶盖排水泵，由深圳柯普乐公司生产的一套型号为AFV-40/6/RF-VUUU-L925/14-V44A-10PVC的液位开关和型号为MG-AU-VK10-TS-L560/M410/18的液位变送器，控制回路以及上位机控制程序组成。主要有一下缺陷：
第一、由继电器组成的控制回路复杂，造成控制回路的可靠性降低，维护困难加大。
第二、乌江流域水质中含矿物质较多，液位开关是由磁性浮子与套杆组合而成，当设备运行时间达到一定时间后，套杆上将会附着钙化物质等粘稠物，导致液位开关卡死或者动作不可靠。
第三、模拟量液位变送器只是上送信号，没有参与控制。
综上所述问题，顶盖排水控制系统的稳定性急需提高。
2 改造方案
本着经济效益的考虑，在基本保持原有排水泵能和控制逻辑的前提下，主要对以下几个方面进行改造：第一，控制回路简化，由原来的继电器组成的逻辑控制改造为由西门子S7-2OO PLC控制；第二，单一的液位开关控制，改造成由模拟量控制、液位开关控制、上位机直接控制。最终组合成由液位浮子开关将现地液位信号送至PLC中，由PLC程序控制三台顶盖排水泵的运行方式。这种将现代的传感器技术[1]以及可编程控制器[2]综合利用起来，形成的自动控制方式为“无人值守，少人值守”的运行方式打下了良好的基础。
改造方案是基本现有设备的基础上进行改造，提出改造方案，从经济和安全的角度较为全面的论证，说明了本方案的经济性、可行性、安全性。
3 顶盖排水的原理
重庆大唐国际武隆水电公司顶盖排水控制系统由三台顶盖排水泵和控制回路组成。液位开关浮子和液位浮子变送器将现场的液位信号转化为电信号传送至PLC中，然后由PLC进行处理，控制逻辑图如图1所示。
PLC的控制逻辑：当启动主泵液位信号到时，启动一台泵，3台泵参与轮换；当启动备用泵液位信号到时，启动两台泵，3台泵参与轮换；当启动过高水位到达时，同时启动三台泵。若某一台泵或者两台泵故障，则其不参与轮换，这样就能满足不同排水量的需求。
4 电气设计
4.1 PLC控制系统程序设计
PLC控制系统主要包括模拟量控制和开关量控制，其控制流程图如2所示。
4.2电气主回路设计
顶盖排水泵控制系统的主要部分是顶盖排水泵的一次接线和排水泵，也是属于被控制的部分。二次回路主要通过控制接触器来控制顶盖排水泵的启停。当顶盖排水泵出现过流现象时，热继电器动作，即顶盖排水泵故障，从而切除该顶盖排水泵。
4.3系统工作原理
4.3.1 PLC控制
如图3所示，顶盖排水控制系统利用西门子PLC型号为S7-200 CN，实现了液位浮子开关和液位变送器在无故障时排水泵的切换、启停控制以及故障时排水泵的切换、启停控制。
4.3.2 液位变送器控制
1、在上位机中编写模拟量控制的启动主泵、上限、过高、停止液位程序，并设定使能信号。当信号值为1时，即启动模拟量控制，液位开关不再参与控制；当信号值为0时，退出模拟量控制，液位开关就会参与控制。
2、模拟量控制方式与液位开关控制方式相同，均是通过开关量信号进入PLC后，进行控制排水泵的启动停止轮换等运行方式。
4.3.3 上位机直接控制及手动控制
上位机直接控制是指在上位机画面上操作，直接控制顶盖排水泵的启停。当按下启动顶盖排水泵按钮时，信号将开出至远程IO柜中的继电器的一个常开接点，使其闭合通电，启动顶盖排水泵；当按下停止顶盖排水泵按钮时，信号将开出至远程IO柜中的同一个常开接点，使其断开，停止该顶盖排水泵。
手动控制即在现地将控制把手切至手动，通过手动按钮控制顶盖排水泵的启停。
5 系统的特点
通过改造之后，顶盖排水系统具有了四种运行方式：液位开关控制，模拟量控制，上位机直接控制，手动控制。
首先，虽然增加了两种控制方式，但是相对改造之间的控制回路相比，回路结构简单，事故的发生率下降。
其次，由于增加了两种控制方式，大大提高了顶盖排水系统的稳定性。在某一种自动化元件出现故障的情况下，另外一种控制方式能够迅速投入，为设备维护提供了充足的时间和方便。
然后，提高了自动化水平。当自动化元件出现故障时，监控系统将在最短的时间内将顶盖排水泵启动，大大减小了事故的发生率。
最后也是最重要的一点就是与改造之前相比，系统的安全性提高。较之前的液位开关和手动控制方式相比，增加了模拟量控制和上位机直接控制方式。当液位开关出现发卡时，投入模拟量控制方式就能保证正常运行；当发现模拟量与液位开关控制方式均失灵时，而又不能尽快去现场启动顶盖排水泵的情况下，在上位机上即可操作将顶盖排水泵启动；当PLC控制器故障时（由于长时间运行而烧毁等故障），水位上涨至报警信号时可通过上位机直接启动顶盖排水泵，而不需要通过运行人员在现场定时手动启动顶盖排水泵。所有这些措施都大大提高了该系统的安全性和稳定性，满足了当前“少人值班，无人值守”的要求。
6 结语
顶盖排水系的改造是基于在现有设备的前提下，尽量的减少改造费用提出的改造方案。经过实际的应用检验，顶盖排水系统的安全性大大提高，排水系统的故障率也大大下降。以上事实均说明了改造方案的科学性。
参考文献
[1] 杨青峰 付骞. 可编程控制器原理及应用[M]. 工程技术. 2010： 2～4.
[2] 党安明，张钦军.传感器与检测技术[M]. 自动化、电气化、仪表、电器. 2011： 205～206.