劉曉波

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院中水科技公司，北京100038）

改進(jìn)水電站進(jìn)水口事故快速門控制策略探討

劉曉波

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院中水科技公司，北京100038）

透過(guò)2009年8月17日俄羅斯薩揚(yáng)·舒申斯克水電站機(jī)電事故，分析了目前國(guó)內(nèi)水電站機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀，分析了存在的問(wèn)題，給出了提高水電站機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)的策略建議?？晒┧娬緳C(jī)電設(shè)計(jì)、設(shè)備或系統(tǒng)研制單位、運(yùn)行維護(hù)等相關(guān)技術(shù)人員參考。

水電站；進(jìn)水口事故快速門；可靠性；策略；探討

1 問(wèn)題的提出

水電是可再生的、環(huán)保的能源，具有快速調(diào)峰調(diào)頻的特點(diǎn)。由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)能源的需求越來(lái)越大。在這一過(guò)程中，業(yè)界對(duì)水電站水工建筑物的安全極其重視，從前期規(guī)劃、可研到設(shè)計(jì)規(guī)范、施工標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收等各個(gè)環(huán)節(jié)形成一整套規(guī)章制度，來(lái)保證水電站水工建筑的安全。水電業(yè)界普遍觀點(diǎn)是：水電站水工建筑物一旦出現(xiàn)安全問(wèn)題將影響整個(gè)水電樞紐的安全，而水電站的機(jī)械和電氣設(shè)備不會(huì)給水電站帶來(lái)災(zāi)難性的事故。但是，發(fā)生在2009年8月17日俄羅斯薩揚(yáng)·舒申斯克水電站機(jī)電事故，徹底改變了這個(gè)觀念[1]。

薩揚(yáng)·舒申斯克水電站裝機(jī)10臺(tái)600MW機(jī)組，總裝機(jī)6000MW。2009年8月17日正在滿載2號(hào)水輪機(jī)組發(fā)生了水輪機(jī)頂蓋的螺栓斷裂，高壓水通過(guò)2號(hào)水輪機(jī)組空的豎道涌入水電站的廠房。1號(hào)至10號(hào)水力發(fā)電機(jī)組全部被淹，工作的1號(hào)、3號(hào)～5號(hào)、7號(hào)～10號(hào)水力發(fā)電機(jī)組線圈發(fā)生短路，發(fā)電機(jī)組遭到不同程度的損壞，事故造成大量人員傷亡。事故發(fā)生55min后，2號(hào)進(jìn)水口事故閘門由電站工作人員用人工方式關(guān)閉。

薩揚(yáng)·舒申斯克水電站事故需要引起的教訓(xùn)是多方面的，國(guó)內(nèi)外許多技術(shù)人員都在認(rèn)真總結(jié)其經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。本文作者認(rèn)為2號(hào)進(jìn)水口事故閘門沒(méi)有快速正確關(guān)閉是事故擴(kuò)大的重要原因之一。因?yàn)?號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生事故后，高壓水流從2號(hào)進(jìn)水口事故閘門大量快速涌進(jìn)，引起二號(hào)機(jī)及其它機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞和人員傷亡。如果2號(hào)進(jìn)水口事故閘門能在2min內(nèi)自動(dòng)快速落下，切斷了高壓水源進(jìn)入廠房，2號(hào)及其它9臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組都不會(huì)損壞，也不會(huì)發(fā)生人員傷亡，教訓(xùn)深刻。

本文從總結(jié)俄羅斯薩揚(yáng)·舒申斯克水電站機(jī)電事故出發(fā)，分析了我國(guó)目前水電站進(jìn)水事故門控制的現(xiàn)狀，提出了改進(jìn)建議，供有關(guān)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、改造參考。

2 水電站機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

（1）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不盡合理

國(guó)內(nèi)許多水電站機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不盡合理，沒(méi)有采用單元式結(jié)構(gòu)。目前采用較多的方式是：事故落門信號(hào)直接作用于現(xiàn)場(chǎng)落門回路，一套液壓裝置控制多臺(tái)機(jī)組進(jìn)水口事故快速門，由單獨(dú)一套進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)控制控制多臺(tái)機(jī)組進(jìn)水口事故快速門正常啟停和信息傳送。目前這一控制系統(tǒng)較少采用冗余控制措施，可靠性不高，一旦這一控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障或事故，在監(jiān)控系統(tǒng)將不能了解所有進(jìn)水門信息，作為多臺(tái)水電機(jī)組進(jìn)水口事故快速門液壓動(dòng)力將受到影響。另外，由于多臺(tái)機(jī)組公用一套控制裝置，因此從結(jié)構(gòu)上不能接入機(jī)組LCU，而只能接入公用設(shè)備LCU。但實(shí)際上機(jī)組LCU需要與進(jìn)水口事故快速門控制裝置交流信息。

（2）控制系統(tǒng)電源可靠性不高

機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)電源，一般是采用AC220V和DC220V直流電源。如果直流系統(tǒng)事故或嚴(yán)重發(fā)生水淹廠房事故時(shí)，DC220V將會(huì)失去，這時(shí)機(jī)組進(jìn)水口事故快速門將不能事故落門。還有一些電站壩上交流來(lái)自于廠內(nèi)，如果該廠用電故障，機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)電源也不能保證。

（3）控制系統(tǒng)控制策略不完善

目前常用事故落門控制策略：

二級(jí)過(guò)速；

事故停機(jī)過(guò)程中剪斷銷剪斷；

手動(dòng)緊急落門按鈕動(dòng)作。

存在的問(wèn)題1：二級(jí)過(guò)速信號(hào)不夠可靠

許多電站采用轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置送到機(jī)組進(jìn)水口事故快速門。如果發(fā)生較大事故，轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置電源故障，機(jī)組過(guò)速信號(hào)就不能可靠動(dòng)作。另外快速門控制系統(tǒng)布置在電站大壩上，壩上雷擊危害嚴(yán)重，轉(zhuǎn)速信號(hào)上落雷的概率較大，電站又較少采用防雷措施，這是一個(gè)較大問(wèn)題。

存在的問(wèn)題2：事故落門策略不全面

當(dāng)發(fā)生水淹廠房事故時(shí)，如果機(jī)組沒(méi)有發(fā)生二級(jí)過(guò)速，一般也不會(huì)產(chǎn)生“事故停機(jī)過(guò)程中剪斷銷剪斷”信號(hào)，人們來(lái)不及“手動(dòng)緊急落門按鈕”，則進(jìn)水門不會(huì)在2min自動(dòng)關(guān)閉。在這種情況下，將會(huì)再現(xiàn)俄羅斯薩楊-舒申斯克水電站水淹廠房的事故。

3 水電站機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)改進(jìn)策略建議

（1）改善控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對(duì)于大型及以上或重要水電站，建議每一臺(tái)進(jìn)水事故快速門的液壓部分、控制部分獨(dú)立配置?？刂撇糠肿鳛闄C(jī)組遠(yuǎn)程機(jī)箱配置，或獨(dú)立控制系統(tǒng)與機(jī)組直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。這樣結(jié)構(gòu)符合單元結(jié)構(gòu)，更合理，各進(jìn)水門之間相互獨(dú)立，可靠性得到大幅提高。

（2）提高控制系統(tǒng)電源可靠性策略

為了保證進(jìn)水口事故快速門電源的可靠性，建議采取如下措施：

在壩上建立廠內(nèi)DC220V的小型的、后備直流系統(tǒng)，當(dāng)廠內(nèi)直流220V系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)自動(dòng)投入運(yùn)行；

在水電站壩上采用獨(dú)立于廠內(nèi)廠用交流電源，如外部交流電源或柴油機(jī)作為備用交流動(dòng)力電源，這樣即使發(fā)生如果直流系統(tǒng)事故或嚴(yán)重發(fā)生水淹廠房事故時(shí)，可以保證機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)可靠動(dòng)作，這一點(diǎn)是很重要的。

（3）增加事故落門的策略

在目前普遍采用的落門措施基礎(chǔ)上，研究增加其他措施，如：在進(jìn)水門打開(kāi)的情況下，機(jī)組蝸殼壓力小于某定值或水電站廠房?jī)?nèi)水位高于給定值，就可以自動(dòng)在2min內(nèi)將機(jī)組進(jìn)水口事故門落下。加上這個(gè)條件，可以有效避免類似薩揚(yáng)水電站水淹廠房事故發(fā)生。

（4）提高過(guò)速信號(hào)的可靠性

在機(jī)組中，應(yīng)采用不少于兩種原理轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置監(jiān)測(cè)二級(jí)過(guò)速信號(hào)，提供給機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)。其中至少有一路是純機(jī)械過(guò)速信號(hào)，保證二級(jí)過(guò)速信號(hào)的可靠性。

（5）對(duì)輸入輸出到機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)的信號(hào)采取防雷措施

鑒于在水電站大壩上落雷的概率較大，對(duì)機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)的I/O信號(hào)應(yīng)采取防雷措施，保護(hù)機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)免受雷電侵害。

（6）采取適當(dāng)冗余措施

鑒于水電站機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)的重要性，對(duì)于大型水電站或重要的水電站，可以采取適當(dāng)?shù)娜哂啻胧?/p>

采用雙機(jī)熱備PLC；

采用PLC機(jī)箱之間雙回路連接；

控制系統(tǒng)電源采用冗余方式；

PLC機(jī)箱采用雙電源模塊；

PLC機(jī)箱之間盡量采用光纖方式連接，以提高抗干擾措施；

PLC網(wǎng)絡(luò)盡量采用雙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，盡量采用星型結(jié)構(gòu)等措施。

4 小結(jié)

水電站水工建筑物的安全關(guān)乎整個(gè)水電站安全，如果水電站機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備設(shè)計(jì)、安裝及運(yùn)行方式等策略不當(dāng)，在特定事故情況下，水電站機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備不能正常發(fā)揮作用，水電站將會(huì)出現(xiàn)災(zāi)難后果。本文通過(guò)分析目前水電站機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀，找出了存在的問(wèn)題，給出了改進(jìn)水電站機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)策略建議。

通過(guò)采用上述措施，可以顯著提高水電站機(jī)組進(jìn)水口事故快速門控制系統(tǒng)可靠性，可以有效避免類似俄羅斯薩揚(yáng)·舒申斯克水電站水淹廠房事故發(fā)生。

國(guó)內(nèi)水電技術(shù)人員還應(yīng)繼續(xù)全面反思、認(rèn)真吸取俄羅斯薩揚(yáng)·舒申斯克水電站及其它水電站教訓(xùn)，認(rèn)真總結(jié)中國(guó)水電建設(shè)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，堵塞漏洞，就可以一步一步提高我國(guó)水電技術(shù)水平，為中國(guó)的發(fā)展提供更強(qiáng)大、清潔、環(huán)保電能。

[1]2009年發(fā)生在“俄羅斯水電”開(kāi)放股份公司分部—薩揚(yáng)·舒申斯克水電站事故原因技術(shù)報(bào)告書[R].

TV663

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1672-5387（2011）03-0019-02

2011-04-11

劉曉波（1965-），男，工學(xué)碩士。教授級(jí)高級(jí)工程師，從事計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研制、開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)等工作。