水電站滲漏排水系統(tǒng)升級(jí)改造設(shè)計(jì)

陳 沁

（中國(guó)水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350003）

水電廠輔助設(shè)備包含很多系統(tǒng)，其中排水系統(tǒng)是其最基本的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之一。排水系統(tǒng)對(duì)水電廠的安全運(yùn)行有著重要的影響，通過(guò)分析事故原因發(fā)現(xiàn)，容易發(fā)生事故的部位是排水系統(tǒng)。如果排水系統(tǒng)不完善，那么水淹廠房事故的發(fā)生率就會(huì)增大。

1 水電站滲漏排水系統(tǒng)

水電站滲漏排水系統(tǒng)包括集水井和深井潛水泵等，集水井的作用是匯集滲漏水，深井潛水泵的作用是把滲漏水送至尾水。水電站出現(xiàn)滲漏的情況分有很多種，例如，水工建筑物滲漏、機(jī)組頂蓋滲漏以及主軸密封滲漏等。一旦出現(xiàn)滲漏情況，就會(huì)導(dǎo)致排水量減小，并且不能夠自發(fā)地向下游排水。為此，在對(duì)滲漏水進(jìn)行收集時(shí)，一般使用集水井進(jìn)行集中抽干。水電站中最基本、最重要的系統(tǒng)之一就是滲漏排水系統(tǒng)，滲漏排水系統(tǒng)直接關(guān)系著水電站是否安全穩(wěn)定運(yùn)行，一旦滲漏排水系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，水電站就非常容易發(fā)生安全事故，其中最常見(jiàn)的是水淹廠房事故。

2 滲漏排水控制系統(tǒng)

2.1 組成部分

控制箱以及外部測(cè)量設(shè)備等是滲漏排水控制系統(tǒng)的重要組成部分?？刂乒竦挠行н\(yùn)行離不開(kāi)可編程控制器、繼電器等設(shè)備。對(duì)信號(hào)的采集以及輸出，主要是通過(guò)可編程控制器來(lái)完成。滲漏排水系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)把控制柜控制方式切換為模擬量，如果模擬量出現(xiàn)不正常的情況，就切換為開(kāi)關(guān)量，實(shí)現(xiàn)該控制過(guò)程，離不開(kāi)投入式液位變送器，以及浮球開(kāi)關(guān)。

2.2 控制系統(tǒng)

水電站滲漏排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制是通過(guò)手動(dòng)以及可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在對(duì)控制方式進(jìn)行切換時(shí)，可以通過(guò)把手的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)。泵的啟停式通過(guò)控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該過(guò)程會(huì)使用開(kāi)關(guān)量浮球開(kāi)關(guān)。集水井水位情況可以通過(guò)模擬量液位傳感器顯示出來(lái)。若工作泵的水位達(dá)到一定程度，水就會(huì)自動(dòng)地被抽到停泵水位。自動(dòng)抽水過(guò)程是由工作泵來(lái)實(shí)現(xiàn)的，假如工作泵自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，水位會(huì)上升到備用泵位置，這時(shí)兩臺(tái)備用泵會(huì)同時(shí)進(jìn)行抽水。如果該過(guò)程也出現(xiàn)問(wèn)題，那么水位會(huì)繼續(xù)升高，這時(shí)有關(guān)人員一旦沒(méi)有及時(shí)收到信號(hào)，就會(huì)發(fā)生水淹廠房事故，從而對(duì)水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。

2.3 控制系統(tǒng)的重要作用

可編程控制系統(tǒng)為滲漏排水控制柜的主要元素，系統(tǒng)的自動(dòng)控制是通過(guò)控制柜浮球液位開(kāi)關(guān)以及投入式液位變送器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。水泵的不同狀態(tài)是由控制柜進(jìn)行設(shè)置的，分別為手動(dòng)狀態(tài)、工備自轉(zhuǎn)狀態(tài)以及切除狀態(tài)。為了更精準(zhǔn)地顯示水位，可以使用具有觸摸功能的液晶顯示器，為了更好地控制液位，液位控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的液位可以實(shí)現(xiàn)直接的設(shè)定和調(diào)整，倘若出現(xiàn)斷電情況，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。另外，控制柜觸摸屏上還要顯示泵的運(yùn)行狀態(tài)以及故障等情況。為了最大限度地延長(zhǎng)排水泵的使用時(shí)間，可編程控制器可以根據(jù)實(shí)際情況切換工作泵和備用泵。若是主排水泵出現(xiàn)故障，該泵的主用狀態(tài)會(huì)停止，這時(shí)候控制柜會(huì)起到一定的傳遞和警報(bào)作用，從而使另一臺(tái)水泵正常運(yùn)行。有關(guān)人員要重視對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及故障等情況的監(jiān)視，并且要做好詳細(xì)的記錄。

3 實(shí)例分析

以某河干流上的水電站為例，該電站的發(fā)電機(jī)為利州混流式水輪發(fā)電機(jī)組，容量分別為9MW和5MW，發(fā)電機(jī)的出線額定電壓不高，在擴(kuò)大單元接線時(shí)，會(huì)使用三機(jī)一變的方式。副廠房蝶閥層是水電站集水井的位置，深度為5m。該系統(tǒng)主要是收集滲漏水以及排水，排水的來(lái)源主要三臺(tái)機(jī)組頂蓋通過(guò)深井潛水泵送出的尾水，深井潛水泵的數(shù)量為2臺(tái)，功率為15kW。該電站排水系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量，使用的是浮球式液位開(kāi)關(guān)，模擬量使用的是投入式液位變送器，液位開(kāi)關(guān)為上海凡宜FLA生產(chǎn)，模擬量為北京昆侖海岸生產(chǎn)，并且型號(hào)為JYB-KO-LAG 0～5m，該系統(tǒng)的PLC型號(hào)為GE versamax。

4 滲漏和檢修排水系統(tǒng)存在的不足

4.1 滲漏排水系統(tǒng)

（1）控制系統(tǒng)不集中。為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)排水系統(tǒng)的控制，控制柜會(huì)被分別放置在3個(gè)不同地方。當(dāng)出現(xiàn)水淹廠房事故時(shí)，很難做到統(tǒng)一指揮。

（2）泵房排水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在問(wèn)題。電廠的最低處會(huì)放置泵房滲漏排水控制柜，距離電廠的最低處90m的位置是電廠的控制室。一旦出現(xiàn)水淹廠房的事故，就不能夠保證及時(shí)的處理，如果以最快的速度到達(dá)泵房，也要5min的時(shí)間，在此過(guò)程中，如果出現(xiàn)電梯停運(yùn)的情況，那么水淹廠房事故造成的影響會(huì)更大。除此之外，泵房滲漏排水控制柜的周?chē)h(huán)境不好，濕度比較大，這給滲漏排水控制柜的正常工作帶來(lái)了一定的影響。

4.2 控制系統(tǒng)的工作受環(huán)境的影響

滲漏排水系統(tǒng)的控制柜工作環(huán)境非常惡劣，濕度比較大，這主要是因?yàn)槠湮挥趶S房的最低處泵房，泵房廊道環(huán)境不好，這對(duì)電氣設(shè)備的正常安全運(yùn)行，產(chǎn)生了很大的威脅。電站從運(yùn)行到現(xiàn)在，出現(xiàn)了多次端子銹蝕，以及繼電器打火等現(xiàn)象，這主要是環(huán)境潮濕造成的，除此之外檢修排水泵時(shí)，還可能出現(xiàn)泵啟動(dòng)不了的問(wèn)題。

5 集水井控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

由上述可知，水電站滲漏排水系統(tǒng)存在一定的安全隱患，為了最大限度地減少安全隱患，該電站實(shí)施了相應(yīng)的解決措施。例如，在蝶閥層的集水井上安裝浮球開(kāi)關(guān)或液位傳感器、在中控室安裝報(bào)警器等，通過(guò)實(shí)施上述措施，能夠很好地減少該系統(tǒng)的安全隱患。假如集水井的水位過(guò)高，報(bào)警器就會(huì)起到作用，會(huì)及時(shí)提醒相關(guān)人員，這有利于及時(shí)解決問(wèn)題，從而避免造成水淹廠房的事故。相關(guān)人員要重視對(duì)電站的日常運(yùn)行維護(hù)，只有維護(hù)工作做到位，才能夠很好地降低該系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

5.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

排水系統(tǒng)在水電站的工作過(guò)程中起著重要的作用。一旦排水系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，就很容易出現(xiàn)水淹廠房的現(xiàn)象，造成非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，設(shè)計(jì)人員在對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要保證集水井內(nèi)水泵的控制具有一定的可靠性，并且要在保證安全的基礎(chǔ)上最大限度地提升排水效率。另外，滲漏排水系統(tǒng)的控制方式要實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立，要把自動(dòng)和手動(dòng)控制方式分開(kāi)。手動(dòng)控制能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際情況的控制，該回路主要由PLC、選擇把手以及停止開(kāi)關(guān)等設(shè)備組成，通過(guò)這些設(shè)備，運(yùn)行人員能夠及時(shí)地對(duì)滲漏排水泵進(jìn)行手動(dòng)控制。自動(dòng)控制回路中也有選擇把手，除此之外還有可編程控制系統(tǒng)、浮球液位開(kāi)關(guān)以及投入式液位變送器設(shè)備。在使用自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，需要手切到自動(dòng)位置，該系統(tǒng)一經(jīng)啟動(dòng)，手動(dòng)系統(tǒng)就會(huì)停止，自動(dòng)系統(tǒng)能夠很好地對(duì)集水井水位信號(hào)、故障信號(hào)等進(jìn)行收集和傳輸。水淹廠房事故對(duì)水電站的安全工作有很大的影響，故應(yīng)在蝶閥層集水井上安裝常開(kāi)節(jié)點(diǎn)以及液位傳感器等，以降低水淹廠房事故的發(fā)生率。倘若遇到汛期，該措施就不能較好低發(fā)揮功效，這時(shí)需要額外增加臨時(shí)排水泵，這樣才能保證大水來(lái)臨時(shí)能夠高效地將洪水排出，從而最大限度地防止水淹廠房事故的發(fā)生。如果想要最大限度地降低水淹廠事故的發(fā)生率，有關(guān)人員一定要做好水電站的日常運(yùn)行維護(hù)工作。

5.2 設(shè)計(jì)方案

（1）對(duì)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)，要依照無(wú)人值守的標(biāo)準(zhǔn)。該排水系統(tǒng)的兩種控制方式，應(yīng)該彼此分開(kāi)，做到相互獨(dú)立。一旦切換到自動(dòng)狀態(tài)，手動(dòng)狀態(tài)就要停止運(yùn)行。滲漏排水泵的水位過(guò)高會(huì)造成水淹廠房事故，而水位過(guò)低會(huì)造成排水泵的損壞。為了防止水位過(guò)低產(chǎn)生影響，要安裝停泵浮球開(kāi)關(guān)，該設(shè)備在水位過(guò)低時(shí)，能夠有效傳達(dá)信號(hào)，從而使排水泵自動(dòng)停止。浮球開(kāi)關(guān)及投入式液位計(jì)能夠較好地控制水位，從而有效避免水淹廠房事故的發(fā)生。模擬量變送器是一種液位計(jì)，它利用了超聲波技術(shù)，工作的量長(zhǎng)是5m，輸出的電流為4～20mA，通過(guò)該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)兩種介質(zhì)界面的測(cè)量。投入式液位變送器比模擬量變送器更具備可靠性，且精準(zhǔn)度更高，并且不會(huì)受水質(zhì)的影響。浮球式液位開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，并且有利于維護(hù)工作進(jìn)行，不過(guò)在選擇浮球式液位開(kāi)關(guān)時(shí)，要保證生產(chǎn)廠家的可靠性。

（2）對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。控制系統(tǒng)中的基本控制器是可編程控制器，該控制器被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)中。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC被廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中，這在一定程度上增強(qiáng)了可編程控制器的性能。該系統(tǒng)能夠較好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集和處理，通過(guò)了解集水井水位及泵的運(yùn)行狀態(tài)，能夠把有效信息傳遞給相關(guān)人員。系統(tǒng)的泵一般有兩臺(tái)，這樣能夠很好地保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，即使有一臺(tái)處于檢修狀態(tài)，那么另一臺(tái)也可以正常運(yùn)行。另外要重視對(duì)界面的設(shè)計(jì)，包括人機(jī)界面和附加界面，將狀態(tài)表以及原理圖等清晰地顯示在對(duì)話框里，并且在PLC中保留擴(kuò)展槽。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水電站面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)是水淹廠房風(fēng)險(xiǎn)。文章對(duì)水電站滲漏排水系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并且對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了總結(jié)。有關(guān)人員要重視對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的防范工作，采用科學(xué)合理的防范措施來(lái)降低水淹廠房事故的發(fā)生率，從而保證水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。