長(zhǎng)江三峽水利樞紐永久船閘、大壩和左岸電站廠房二期工程-之閘門(mén)控制系統(tǒng)

長(zhǎng)江三峽水利樞紐永久船閘、大壩和左岸電站廠房

二期工程一一之閘門(mén)限制系統(tǒng)

北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化探討所L工程概況建筑工程概況工程名稱：長(zhǎng)江三峽水利樞紐永久船閘、大壩和左岸電站廠房二期工程建設(shè)單位：中國(guó)長(zhǎng)江三峽開(kāi)發(fā)總公司建筑功能類型：防洪、發(fā)電、通航建設(shè)項(xiàng)目工程總投資：1800億元建筑基本概況長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程（簡(jiǎn)稱三峽工程），因位于長(zhǎng)江干流三峽河段而得名。水庫(kù)正常蓄水位175m（相對(duì)吳淞基面，以下均同），初期蓄水位156nb大壩壩頂185m,汛期防洪限制水位145m,枯季最低水位155nb相應(yīng)的總庫(kù)容、防洪庫(kù)容和興利庫(kù)容分別為393億m\221.5億/和165億命。工程建成后，防洪方面可將荊江河段的防洪標(biāo)準(zhǔn)由目前的約10年一遇提高到100年一遇，遭受大于100年一遇特大洪水時(shí)，輔以分洪措施可防止發(fā)生毀滅性災(zāi)難。發(fā)電方面，可安裝單機(jī)容量70萬(wàn)kW的水輪發(fā)電機(jī)組26臺(tái)，總裝機(jī)容量1820萬(wàn)kW,年發(fā)電量847億kW?h,對(duì)緩和華中、華東、川東地區(qū)能源驚慌狀況有重要作用。航運(yùn)方面：可改善長(zhǎng)江特殊是川江渝宜段（重慶至宜昌）的航道條件，對(duì)促進(jìn)西南與華中、華東地區(qū)的物資溝通和發(fā)展長(zhǎng)江航運(yùn)事業(yè)具有主動(dòng)作用。此外，還具有巨大的養(yǎng)殖、旅游等方面的效益，是一個(gè)條件優(yōu)越、效益顯著的綜合利用水利樞紐，是治理開(kāi)發(fā)長(zhǎng)江的一項(xiàng)關(guān)鍵工程。三峽工程由大壩、水電站廠房、通航建筑物等主要建筑物組成。選定的樞紐布置方案是：泄流壩段位于河床中部，即原主河槽部位，兩側(cè)為電站壩段及非泄流壩段（亦稱非泄洪、非溢流、非溢洪壩段）：水電站廠房位于電站壩段壩后，另在右岸留有將來(lái)擴(kuò)機(jī)的地下廠房位置；通航建筑物均位于左岸。大壩為混凝土重力壩，最大壩高175nb大壩軸線總長(zhǎng)2309.47mo泄流壩段總長(zhǎng)483nb設(shè)23個(gè)7m義9m（寬X高）的深孔和22個(gè)寬8m的表孔，深、表孔底高程分別為90m及158mo左廠房安裝14臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，右廠房安裝12臺(tái)。永久船閘為雙線5級(jí)連續(xù)梯級(jí)船閘，閘室有效尺寸為280mx34nlX5m（長(zhǎng)X寬X閘坎上水深），可通過(guò)萬(wàn)噸級(jí)船隊(duì)：升船機(jī)為單線1級(jí)垂直升船機(jī)，承船廂有效尺寸為120nlX18mX3.5m,可通過(guò)1條3000t級(jí)的客貨輪；另設(shè)施工期臨時(shí)通航船閘1座，閘室有效尺寸為240mX24mX4mo按1993年審定的初步設(shè)計(jì)方案，三峽工程土石方開(kāi)挖約1億m3,土石方填筑約3000萬(wàn)n?,混凝土澆筑約2800萬(wàn)金屬結(jié)構(gòu)安裝約26萬(wàn)t。結(jié)合施工期通航的要求，經(jīng)比較探討實(shí)行分三期導(dǎo)流的方式施工。安排總工期17年（包括施工打算工期），第1批機(jī)組發(fā)電工期11年，即1993年起先施工打算，1997年汛后大江截流，2003年起先發(fā)電、通航;2009年工程竣工。建筑智能化系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)概況三峽工程由大壩、水電站廠房、通航建筑物等主要建筑物組成。建筑智能化系統(tǒng)主要包括三大部分：閘門(mén)限制系統(tǒng)、船閘限制系統(tǒng)、電廠限制系統(tǒng)等，此外還有很多協(xié)助限制系統(tǒng)，總投資約300億元。以下內(nèi)容僅就閘門(mén)限制系統(tǒng)進(jìn)行描述。系統(tǒng)運(yùn)行、驗(yàn)收、維護(hù)概況系統(tǒng)開(kāi)通時(shí)間：2003年7月驗(yàn)收單位：中國(guó)長(zhǎng)江三峽開(kāi)發(fā)總公司驗(yàn)收時(shí)間：2003年7月驗(yàn)收狀況：優(yōu)良系統(tǒng)運(yùn)行狀況：導(dǎo)流底孔，泄洪深孔的電控設(shè)備從2001年8月第一臺(tái)底孔電控設(shè)備進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，到2003年5月最終一道深孔閘門(mén)完成調(diào)試并通過(guò)驗(yàn)收，整個(gè)泄洪壩段47臺(tái)套的電控設(shè)備順當(dāng)移交電廠管理。在將近2年的時(shí)間里這些電控設(shè)備在大壩內(nèi)經(jīng)驗(yàn)了夏季的高溫潮濕和安裝時(shí)的大量粉塵，體現(xiàn)出良好的質(zhì)量品質(zhì)，全部裝置運(yùn)行牢靠無(wú)故障。從2002年5月至2005年3月導(dǎo)流底孔設(shè)備已無(wú)故障運(yùn)行1年，導(dǎo)流底孔閘門(mén)平安啟閉260余次，順當(dāng)保障了長(zhǎng)江大江截流，以及庫(kù)區(qū)平安蓄水，得到了三峽電廠領(lǐng)導(dǎo)對(duì)設(shè)備的確定,稱閘門(mén)限制設(shè)備為精品設(shè)備。2.工程需求分析建設(shè)項(xiàng)目工程總體建設(shè)目標(biāo)及功能需求分析長(zhǎng)江的治理開(kāi)發(fā)對(duì)中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大的影響。長(zhǎng)江流域是中華民族的發(fā)祥地之一，流域內(nèi)資源豐富，土地肥沃，特殊是中下游地區(qū)，是中國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一。但由于河道行洪實(shí)力不足，洪水高出兩岸地面數(shù)米至十幾米，這一地區(qū)也是洪水災(zāi)難頻繁而嚴(yán)峻的地區(qū)。據(jù)歷史記載，自漢初至清末2000年間（公元前185年至公元1911年），長(zhǎng)江曾發(fā)生大小洪災(zāi)214次，平均約十年一次。本世紀(jì)以來(lái)，長(zhǎng)江發(fā)生過(guò)1931年、1935年、1954年三次嚴(yán)峻的洪水災(zāi)難，每次洪災(zāi)都造成了極其慘重的損失。1998年長(zhǎng)江遭受了百年以來(lái)僅次于1954年的特大洪水，國(guó)家動(dòng)用了大量人力物力，進(jìn)行了近三個(gè)月的抗洪搶險(xiǎn)，全國(guó)各地調(diào)用130多億元的搶險(xiǎn)物資，高峰期有670萬(wàn)群眾和數(shù)十萬(wàn)軍隊(duì)參與抗洪搶險(xiǎn)，才避開(kāi)了長(zhǎng)江中下游人民生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失。長(zhǎng)江流域水系浩大，干支流縱橫交匯，河川徑流豐沛，落差達(dá)5400m,隱藏著巨大的水能資源。其理論隱藏量為2.68億kW,約占全國(guó)水能資源的40%?？砷_(kāi)發(fā)的水能為1.97億kW,占全國(guó)可開(kāi)發(fā)水能資源的53.4%,年均可發(fā)電10270億kW?h,相當(dāng)于年產(chǎn)原煤5.6億to而閘門(mén)系統(tǒng)是整個(gè)建筑物重要的組成部分，無(wú)論蓄水發(fā)電、還是防洪抗洪調(diào)整水位，全部都離不開(kāi)閘門(mén)限制系統(tǒng)。.2建筑智能化系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)及在行業(yè)應(yīng)用中的共性和特性需求分析本項(xiàng)成果目標(biāo)應(yīng)用于水利行業(yè)，是水利設(shè)施的關(guān)鍵設(shè)備，其主要價(jià)值在于與整體水利設(shè)施共同產(chǎn)生社會(huì)效益。應(yīng)用的目的主要在于合理利用自然資源、愛(ài)護(hù)環(huán)境和生態(tài)平衡、節(jié)約能源、防洪、發(fā)電，如在“三峽工程”中的應(yīng)用就是調(diào)整水位抗洪、愛(ài)護(hù)發(fā)電機(jī)組等;又如該成果在“淮河入海水道近期工程淮安樞紐工程計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)”的應(yīng)用，其功能就是防洪，抗擊百年一遇的洪水，2003年就勝利保證了淮河20年來(lái)的最大洪水順當(dāng)入海，愛(ài)護(hù)了廣闊人民群眾的財(cái)產(chǎn)。.智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想和原則先進(jìn)技術(shù)：應(yīng)用國(guó)際上最先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，體現(xiàn)出我國(guó)水利工程自動(dòng)化的最高水準(zhǔn)。在考慮采納先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)還要考慮技術(shù)的成熟性。成熟的技術(shù)是牢靠性的基礎(chǔ)，正確地選擇運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)也是增加系統(tǒng)牢靠性的有效途徑。因此要細(xì)致權(quán)衡利弊，在選擇先進(jìn)性與成熟性上達(dá)到平衡。鑒于該項(xiàng)目為世界第一的水電工程，要求所采納的技術(shù)必需是目前世界上最先進(jìn)的，保證20年不落后。高牢靠性：水利工程牢靠性問(wèn)題至關(guān)重要。系統(tǒng)的牢靠性是我們?cè)O(shè)計(jì)中遵守的第一或最高原則。三峽工程不接收有缺陷的產(chǎn)品，全都是優(yōu)質(zhì)設(shè)備和精品?！扒甏笥?jì)、國(guó)運(yùn)所系”,“三峽的成敗，關(guān)鍵在于質(zhì)量”。系統(tǒng)的易操作性和易維護(hù)性：工程閱歷說(shuō)明，勝利的項(xiàng)目，系統(tǒng)運(yùn)用和維護(hù)必需都是勝利的。從設(shè)計(jì)角度動(dòng)身，系統(tǒng)必需是易操作和易維護(hù)的。系統(tǒng)的牢靠性保證了系統(tǒng)在正常條件下可以長(zhǎng)期牢靠無(wú)故障運(yùn)行（平均無(wú)故障時(shí)間）。另一方面，系統(tǒng)在異樣條件下發(fā)生故障后，應(yīng)能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)修復(fù)（平均修復(fù)時(shí)間），這就是系統(tǒng)的易維護(hù)性。牢靠性與易維護(hù)性指標(biāo)的綜合就是系統(tǒng)的可用性，應(yīng)使可運(yùn)用率接近100%。系統(tǒng)的開(kāi)放性：參與整個(gè)工程建設(shè)的廠家、設(shè)計(jì)、技術(shù)來(lái)自不同的國(guó)家、地區(qū)。而整個(gè)工程將成為一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，不同設(shè)備、技術(shù)上的連接是特別重要的。因此，系統(tǒng)的開(kāi)放性為不同廠家設(shè)備連接供應(yīng)可能。采納國(guó)家及國(guó)際有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是系統(tǒng)互聯(lián)及開(kāi)放的一個(gè)有效措施。系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、各子系統(tǒng)系統(tǒng)圖集中限制工作站操作員工作站j7一 jzj J.———一1 / I1PROFIBUS-DP開(kāi)度儀確定編碼器光纖、以太網(wǎng)、TCP/IPiilllllMiiilimill第六標(biāo)段：泄洪壩段的23個(gè)泄洪深TI瓶"門(mén)111111811Ojiijliniliminu第五標(biāo)段：泄洪壩段的22個(gè)底孔弧BjjjjjaiiIjilililiiiiininni皿Hllii

iiiiiW2個(gè)排漂孔弧形門(mén)集中限制工作站操作員工作站光纖、以太網(wǎng)、TCP/IPPROFIBUS-DP\：I/O電纜S7-400 OP-27■■■■DP?主站1#子?站 2#子？站 3#子？站 4#子？站6個(gè)泄洪深孔電氣限制站中一個(gè)限制站的系統(tǒng)配置圖■LCU19:SpillwaysI)三峽電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)本地限制單元LCU19用于泄洪工程14個(gè)PLC站的網(wǎng)絡(luò)通信配置圖系統(tǒng)設(shè)置概述總體結(jié)構(gòu)分為三層：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、現(xiàn)地限制層、集中限制層?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或遠(yuǎn)程I/。站與現(xiàn)地限制器（PLC）之間的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備指開(kāi)度儀確定編碼器、操作面板HMI等。其他傳感器、電磁閥等通過(guò)I/O連線與就近的遠(yuǎn)程I/O站連接；遠(yuǎn)程I/O站及全部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作為從站，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS-DP）與現(xiàn)地限制器PLC連接?，F(xiàn)地限制層：現(xiàn)地限制層由液壓泵站現(xiàn)地限制器（PLC）、操作臺(tái)、操作員面板HMI組成?，F(xiàn)地限制器（PLC）作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)總線主站。主站之間連接采納光纖傳輸介質(zhì)的TIC/IPo集中限制層：集中限制層由集中限制工作站、操作員工作站、集中限制操作臺(tái)組成。集中限制層通過(guò)光纖傳輸介質(zhì)的TIC/IP網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)地限制層連接；向上留有接入廣域或INTERNET互聯(lián)網(wǎng)接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊功能。高層網(wǎng)絡(luò)為100Mbit/sEthernet網(wǎng)，傳輸媒質(zhì)為光纖環(huán)網(wǎng)，導(dǎo)流底孔和泄洪深孔各有6個(gè)S7-400PLC站，排漂孔有2個(gè)S7-400PLC站，在壩頂集孔室也有一臺(tái)S7-400PLC站，每個(gè)PLC站通過(guò)通信模板CP443-1（TCP/IP）模板及OSM光連接模塊，連接成一個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。上位計(jì)算機(jī)采納服務(wù)器一客戶機(jī)模式（Server—ClientMode）,服務(wù)器選用冗余結(jié)構(gòu)，組態(tài)軟件選用SIEMENS的WinCC組態(tài)軟件，因此，在上位計(jì)算機(jī)上能實(shí)現(xiàn)工程師工作站和操作員工作站的功能，計(jì)算機(jī)選用SIEMENS的工控機(jī)，安裝有WindowsNT操作系統(tǒng)和SQL數(shù)據(jù)庫(kù)。在NT操作系統(tǒng)上的Server—Client,最多可帶16個(gè)Client,這樣除了壩頂集控室之外，在發(fā)電站廠房中心限制室（包括左岸和右岸中控室）。水工梯級(jí)調(diào)度室均可安置Client系統(tǒng)，進(jìn)行監(jiān)視，在WinCCServer—Client結(jié)構(gòu)上，配置的Router接口為將來(lái)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)及IT（信息技術(shù)）預(yù)留了接口。工程項(xiàng)目的特點(diǎn)、亮點(diǎn)基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的限制系統(tǒng)集成技術(shù)；系統(tǒng)總體方案；“一泵多機(jī)”的分散限制技術(shù);系統(tǒng)的牢靠性設(shè)計(jì)及測(cè)定；系統(tǒng)組態(tài)及功能的模擬仿真；高溫、高濕、多灰塵等惡劣工況環(huán)境下的電控設(shè)備防護(hù)技術(shù)；同步限制算法與水利應(yīng)用軟件探討。過(guò)程精品：組織、設(shè)計(jì)、選購(gòu)、裝配、安裝調(diào)試、試驗(yàn)與檢驗(yàn)、培訓(xùn)等售后服務(wù)、文件資料圖紙的編輯-一強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目在研制全過(guò)程中必需嚴(yán)格貫徹我所“質(zhì)量體系程序文件”的要求，整個(gè)實(shí)施過(guò)程嚴(yán)格按程序、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化操作。接口的困難性：除了與配套的2個(gè)主機(jī)廠和1個(gè)液壓廠協(xié)調(diào)好外，還需滿意三峽外聘的各方面專家，及設(shè)計(jì)院、監(jiān)造、2家現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理、3家安裝單位、業(yè)主各職能管理建設(shè)部門(mén)、運(yùn)行單位等眾多方方面面的人，從不同角度的監(jiān)督及看法。五道質(zhì)量保證體系（“4+1”質(zhì)量限制監(jiān)督機(jī)制）：施工單位的自檢、監(jiān)理單位的監(jiān)督限制、三峽總公司項(xiàng)目部的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、三峽總公司質(zhì)量總監(jiān)辦按專業(yè)把關(guān)，再加上國(guó)務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會(huì)樞紐工程質(zhì)量檢查專家組的最終檢查指導(dǎo)。審查驗(yàn)收的次數(shù)之多、驗(yàn)收的項(xiàng)目之細(xì)、之嚴(yán)格程度均達(dá)到了空前的程度。如每次參與驗(yàn)收的專家都有20?30人。每個(gè)單項(xiàng)都進(jìn)行28大類78小類300多項(xiàng)檢查和試驗(yàn)，同時(shí)提交數(shù)十種“工廠竣工文件”供審查。.投資回報(bào)總結(jié)干脆經(jīng)濟(jì)效益已為項(xiàng)目完成單位創(chuàng)建近2000萬(wàn)元產(chǎn)值。.2間接效益:為研制項(xiàng)目實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品化、系列化，摸索出一套閱歷，熬煉了隊(duì)伍。對(duì)我單位的項(xiàng)目管理、電氣設(shè)備制造水平，有了較大提高；該項(xiàng)目具有政治意義、品牌工程效應(yīng)；在2002年的大江截流，2003年的蓄水、通航、發(fā)電過(guò)程中，發(fā)揮了重要的作用，得到了各方