摘要：本文介绍了京南电厂船闸电气控制系统运行维护现状及自动化改造必要性。船闸的电气控制系统在船闸中的作用就好比神经系统，牵一发而动全身，所以，如何建立一套安全、稳定、可靠的电气系统显得尤其重要，它是确保船闸安全通航的重要保障。
一、概述
京南船闸按Ⅵ级航道设计，一次通过1+2×120T拖带船队，年通航过闸能力为100万吨；闸室长×宽×底水深为90×12×1.7M，闸墙顶高程为31M。目前京南船闸电气控制系统采用接触器-继电器控制系统，共有三种工作方式：现地手动控制操作、集中控制室单项控制操作、集中控制室程序自动控制操作，三种方式相互备用，相互联锁。
二、改造的必要性
京南船闸1997年3月正式通航至今，电气控制系统一直未进行过技术改造，随着桂江流域水运事业的快速发展，船闸的利用率越来越高，对船闸电气控制系统的可靠性、安全性和运行保障性也相应提出了较高的要求。船闸电气控制系统的各项功能已明显落后，不能满足桂江流域水运发展的要求，具体表现在以下几个方面：
1、船闸电气控制系统采用操作台按钮操作，在操作台界面不能进行实时监测船闸的闸、阀门的开度状态，上下游水位、闸室内水位变化，油泵的电压、
电流、液压泵站油压的变化，不能对泵站的过压、过载等故障进行显示和监视。
2、船闸电气控制系统不具备远程监控功能，开关船闸人字门和充水平板门只能分步手动操作，无法准确控制闸室与上、下游的平压水位，存在较大的安全运行风险。
3、船闸电气控制系统输出端采用大量继电器，电缆用量大，线路较繁杂，随着运行时间的不断增加继电器故障频率较高，给维护工作带来较大的困难。
4、船闸设备老化严重，已经无法实现集中控制室程序自动控制操作，控制柜内大部分的继电器存在触头烧伤、铁芯生锈等问题，故障率逐年提高。由于受当年技术水平的限制，船闸电气控制系统没有设置远程自动控制，由于船闸运行人员精简，原控制系统已经无法满足船闸的安全运行。
三、可行性分析
由于京南船闸在桂江流域运行中的特殊功能和地位，自动控制系统是船闸实现运行过程自动化的安全保障，为适应现代化控制技术要求，利用工控机配以专用的监控软件对船闸进行远程监视、操控、管理，提高整套控制系统的稳定性、可靠性、自动化程度，保证船闸正常运行，需对船闸电气监控系统原控制柜和配电柜实施整体更新改造。
船闸电气监控系统工程采用以计算机监控为主、常规监控为辅的监控系统。依据有关技术标准、技术规程等进行规范化和标准化改造，做到数据的接口定义和传输格式标准化，所选择的每个元件和设备满足系统安全可靠运行要求。设备具有自检、自诊断功能；系统能及早发现设备故障，避免发生事故，局部故障不造成错误输出，并能自动报警；现地监控站具有必要的冗余配置；信息采集及控制输出，考虑多重软件硬件闭锁。监控系统采用分层分布式结构，包括集中监控层和现地监控层两层，采用 100Mbps 快速以太网络技术，TCP/IP 网络协议，组成开放的计算机网络系统。当计算机监控系统退出运行时，可由人工现场控制设备正常运行。监控系统配置保证设备先进、技术成熟、软件开放、可扩充性强。主要硬件设备选型以进口名牌产品为主，并切实提高监控系统的抗干扰及防雷电破坏能力。
四、改造情况及效果
1、通过招投标形式，分别对项目改造的技术方案、承诺、类似经验及价格等进行评比分析，最终选择南京南瑞集团公司作为船闸电气控制系统改造生产厂家。
2、成立了项目改造更换组织机构编制施工安全技术方案，严格工作流程，控制工作薄弱环节、施工难点、危险点，确保改造工作顺利开展。施工中着重做到以下几点：
（1）、为了确保工程的施工质量，在施工队伍进入现场前，由业主方的工程技术人员针对本工程做一次安全培训，并进行安全知识考试。
（2）、在旧屏柜拆下的接线端子要做好标记，对重要的接线要特别标明。
（3）、工作人员按照相应技术规范和要求施工。施工技术人员每天按施工规范对当天所干工程进行严格的检查，如遇不按规范和要求施工的地方必须返工。
（4）、对集中控制台的合理布置；监控系统的全站性监视要不留死角；上下游水位计水平系统要合理准确等。
（5）、在调试过程中，调试人员与施工人员应密切配合，对站控系统的相关设备进行测试，使每个元件均处于正常工作状态。在逐点测试完成的基础上，对整个系统进行联调，对各种逻辑关系、联动关系及手动功能做到逐一检测，确保各种功能的正确实现。
集中监控层设备设在船闸控制室，通过船闸控制系统操作员工作站实现对整个船闸通航的设备进行监控和操作，采用100Mbps 快速以太网络结构通过网络交换机和船闸现地LCU控制柜联系，网络协议为TCP/IP 网络协议，组成开放的计算机网络系统，保障数据传送的畅通。操作员工作站功能包括对整个船闸控制自动化监控系统的管理，数据库管理，在线或离线计算功能，各种图表、曲线的生成，事故、故障信号的分析处理。运行值守人员通过工作站的图形化画面，进行整个船闸运行监视、控制和数据库报表管理。
现地监控层为 LCU 控制柜，监控现地各分散的设备，LCU 的PLC 与以太网交换机采用双绞线连接组成星型以太网；高低压交流电量采集设备与现地 PLC 之间采用 RS-485 串行通信网连接，电气重要信号采用硬接线的方式和 PLC 的 I/O 模块连接。网络图如下：
监控人员可以直接地观测到船闸的工作状态和一些必要数据如：人字门和平板门开度、油缸活塞位置、水位、工作状态、报警信息等，操作人员可以通过鼠标或键盘对船闸通航设备进行各种远程操控。
现场控制单元通过工业以太网络实现各现地控制单元与集中控制层连接交换信息，实现现地设备的监视、控制及数据共享。部分没有通讯接口的设备则通过现地控制单元的I／O模块实现设备的控制和状态检测。
船闸动力电源柜采用室内型抽屉式低压开关柜，能监测三相电压、三相电流等参数，进线柜配备电能计量表；电源进线采用电缆方式，380V，400A电源进线一回；出线开关采有抽屉式断路器，馈线采用电缆方式，共20路，其中380V，100A出线10路；380V，63A出线10路。
为提高船闸电气监控系统可靠性，满足“无人值班”（少人值守）的要求，PLC控制器采用性能优越的SIEMENS S7-1200系列可编程控制器，具备高性能、可靠稳定、开放的以太网、现场总线等标准通讯接口。
从控制系统项目改造后的运行情况来看，各设备参数稳定、系统运行安全可靠；对京南船闸的电气控制系统进行合理改造，实现了只需少人就可实现对全船闸运行设备的操作管理和指挥船舶进出闸，对人员精简十分有利，可以使船舶进出闸安全快捷，从而保障了船闸运行的高效有序。
五、结束语
船闸航运的顺利安全通航是一项重要的民生工程，对于国民经济的发展具有重要的影响。从安全大局上要提高管理意识，认真总结和分析其中存在的问题，通过有效的改造，提高船闸航运管理的科学性、规范性和全面性，从而提高运行效率和质量，推动航运事业的可持续发展。
参考文献：
﹝1﹞（DL/T578-2008）《水电厂计算机监控系统基本技术条件》；
﹝2﹞（DL/T 769-2001）《电力系统微机继电保护技术导则》；
﹝3﹞（GB/T14048.1-2012）《低压开关设备和控制设备总则》
﹝4﹞（GB4942.2-85）《低压电器防护等级》
﹝5﹞（GBJ79-85）《工业企业通信接地设计规范》；
作者简介：
李小华 女 42岁 职称：助理工程师 1998年从事水利电力生产工作
论文作者:李小华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/7/31
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