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浅谈远方快速闭门回路改造在三峡电厂快速门电控系统中的应用论文
作为水轮发电机组和压力钢管的重要保护设备，机组进水口快速门系统起着至关重要的作用，是快速切断压力钢管水流的安全屏障，其正确动作与否将直接关系到机组的安全稳定运行。2009年俄罗斯萨扬-舒申斯克水电站发生水淹厂房重大事故，事故调查指出，水电站主控盘上缺少启闭压力引水管道事故检修闸门的备用电源和电源键是事故原因之一。事故发生后，三峡电厂运行维护人员认真吸取该事故的惨痛教训，积极组织对三峡电厂快速门电控系统进行升级改造，进一步提升了系统的安全稳定性。
本文介绍了三峡电厂快速门系统，分析了三峡电厂快速门电控系统远方快速闭门回路改造前控制方式和问题，在此基础上提出了一种三峡电厂快速门电控系统远方快速闭门回路改造技术方案，并分析了方案在提升系统安全稳定性方面所起的作用。实践表明，该方案实施后，可以显著提高机组进水口快速门电气控制系统的可靠性。
三峡电厂快速门系统分为左岸电站、右岸电站、电源电站、地下电站4个部分，其中左、右岸各有14台和12台发电机组，电源电站有2台机组，地下电站共有6台机组，每台机组进水口对应1个快速门，每个快速门由1台液压启闭机进行启、闭操作和控制，1个快速门液压启闭机设一套泵房现地控制站。快速门液压启闭机油缸安装在坝顶厂房进水178.00m高程机房内，泵房现地控制站安装在182.00m高程的专用机房内，启闭机总体布置形式为单吊点，尾部球面或锥面法兰支撑，双作用油缸。
在正常运行状态下，闸门靠自重动水下落关闭，闭门时间约3.5min;在检修状态下进行的闭门操作，闭门时间约20min。
1远方快速闭门回路改造前的控制方式
三峡电厂快速门电控系统控制进水口快速工作门的启闭，对整个闸门控制设备进行动态监视、保护报警，并与电站计算机监控系统远程I/O设备接口，实现集中控制。
电控系统有现地检修、现地自动和远方集控三种控制方式。当处于“远方”工作状态时，泵房控制柜上除急停、报警确认、消音、加热、快速闭门、快闭解除确认按钮有效外，其他操作按钮无效，所有启闭机动作均由计算机监控系统控制。
当水轮机组发生飞逸事故或引水管发生事故时，闸门可以迅速关闭，快速闭门命令可以通过以下4种方式发出:①泵房控制柜上快速闭门自锁按钮发出;②电站计算机监控系统远程I/O接点向现地PLC发出;③中控室手动应急回路发出;④机组单元控制室“紧急落门”按钮发出。
改造前，控制快速门快速动作的启动信号和控制电源均来自远方EL.82m高程的中控室和现地机组LCU控制单元的电站厂房区域，如果发电厂发生事故导致快速闭门回路控制电源异常，甚至消失，远方将不能启动快速闭门，扩大事故，还会引发水淹厂房的严重后果。
为了确保三峡电厂机组的安全运行，提高快速门远方控制的可靠性，对快速门快速闭门回路进行改造，提高其可靠性，使得远方在交直流电源消失的情况下，远方(中控室)仍能发出快速闭门信号，快速关闭机组进水口闸门。
2远方快速闭门回路改造的基本原理
改造前，中控室(远方)快速闭门回路的220VDC操作电源取自厂房机组直流系统、交流220VAC(400VAC)源自厂房内厂用电10kV系统。由于UPS装置比较脆弱(蓄电池容量小，装置损坏率高)，当机组直流系统消失时，远方不能快速闭门;或者，当机组直流系统及厂用电系统同时消失时，现地电控系统24VDC也消失，远方和现地均不能快速闭门。快速门不能及时快闭，将导致发电厂事故扩大，比如发电机飞逸、水淹厂房等重特大事故。
改造后，将新增的直流电源同机组直流电源进行冗余;将新增的远方快闭回路同现有的远方快闭回路进行冗余;对CPU供电模块进行冗余。实施了这样3个“冗余”，在机组直流电源消失，厂用电消失，或二者同时消失时，由于有新增直流电源的支持，快速门24VDC操作电源和远方快速闭门回路220VDC操作电源有了保障，UPS单元亦可以取消改造后，CPU供电、快速闭门回路供电及接线示意图。
具体改造方案如下:
1)增加新的直流系统。在左厂、右厂EL.185m区域各增设一套直流220V电源系统，分别向左厂及电源电站快速门、右厂快速门提供直流操作电源。
2)增加新的快速闭门回路。在每个快速门至中控室新增设一路硬接线方式的快速闭门回路，回路的操作电源由新设的直流220VDC提供，快速闭门操作按钮安装在中控室返回屏。左岸和电源电站快速门的接至左岸中控室，右岸快速门的接至右岸中控室。
3)CPU增设冗余电源。每个快速门电控系统CPU由单一电源模块增设成双电源模块(冗余方式)，两电源模块分别输入220VAC及220VDC。
4)取消UPS电源装置。因UPS电源的功能已被现改造的设备所替代，故取消故障率高的UPS电源。
5)新增快闭控制回路从动控制继电器KA44。为防止快闭控制回路重要控制继电器KA41拒动，特增加从动控制继电器KA44，提高快速闭门控制回路的可靠性。
3远方快速闭门回路改造后系统的可靠性分析
1)每个快速门增设一套直流220V电源系统，分别各个快速门电控系统提供直流操作电源。即使发生水淹厂房或厂内直流系统事故时，也可以保证机组进水口事故快速门电气控制系统可靠动作，确保快速门系统安全稳定运行。
2)每个快速门至中控室新增设一路硬接线方式的快速闭门回路，回路的操作电源由新设的直流220VDC提供，快速闭门操作按钮安装在中控室返回屏。即使发生事故时，也可以由中控室直接落下机组进水口快速门，可以防止事故进一步扩大，有效避免类似俄罗斯萨扬-舒申斯克水电站水淹厂房重大事故。
3)每个快速门电控系统CPU由单一电源模块增设成双电源模块，两电源模块分别输入220VAC及220VDC。PLC系统采取冗余方式，一套系统故障时另一套系统可以保证机组进水口快速门控制系统可靠动作。
4)增加从动控制继电器。即使快闭控制回路控制继电器发生拒动，从动控制继电器可以可靠动作，保障了机组进水口快速门控制系统的安全稳定运行。
4结语
水电站机组进水口快速门控制系统的稳定性关系到整个水电站的安全状态，如果水电站机组进水口快速门系统电气设备设计、安装及运行方式等策略不当，在特定事故情况下，机组进水口快速门系统电气设备不能正常发挥作用，水电站将会出现灾难后果。实践表明，通过采用上述措施，可以显著提高机组进水口快速门电气控制系统可靠性。
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