徑流式電站引水式開發排水設施安全運行分析

姜泉泉 何明 郭波

摘 要：徑流式電站引水式開發排水設施的運行工程無法在開展機組的同時進行甩負荷真實演練，僅能為預演或人為干預演練。發生機組甩負荷時可能造成的安全影響非常大，應急響應機制與處置程序也需清晰。為確保徑流式電站引水式開發無側向堰體前池水工建筑物的安全運行，文章通過分析各個系統當前危險性因素及疊加，確定可能發生的運行風險，綜合不同系統的功能，進行相對應的綜合處置方式。按照水電站前池的啟閉機設置型式、供電與通訊方式，提出了在不利運行方式下各種處置措施，主要在設備配置和改造提出了部分理解與建議，能夠為整體工程安全運行提供改造與運行方式的建議。

關鍵詞：安全運行 負荷 徑流式電站 電源 通訊

徑流式電站引水式開發通常具備長渠道引水系統，設置壓力前池，形成集中水頭差發電。由于大部分渠道為動力渠道引水，且前池基本處于全開放，水電站逐步趨于智能化，發電出力受區域分布限制情況不一，各區域負荷分配也呈現早晚高峰，也對徑流式電站的各種調整提出了要求，對其引水量也提出了相應變化。引水量在滿足水電站產生效益的同時，渠道超高庫容均不大，也是一個較大的隱患。在發生全場失電，設備黑啟動失效，設備可靠性與人為處理時出現失誤，將可能造成較大事故。

無溢流排水設施壓力前池，基本建筑物為進水閘、沖沙閘、攔污柵、泄水閘門，布置方式基本為側向引水，正向排沙，泄水。正常運行渠道引水應通過進水閘進入發電機組，然后由尾水排出。未通過機組排出的水應通過泄水閘排出，泄水閘門動作的可靠性尤為突出。

1.前池泄水排冰閘門可靠運行

前池閘門電源及通訊設置方式：通常情況下為舌瓣閘門、平板閘門、弧形閘門，啟閉機分為液壓啟閉機，固定卷揚式啟閉機。電源通常情況分為廠用電，外來電源作為備用電源，柴油發電機作為事故電源。通訊為控制電纜，光纖通訊為主。根據建設方式，基本為一主一備，且分別位于不同區域，位置條件，安全可靠。由于各類通訊出發點與源頭均需進入機組監控系統或前池監控系統，電源系統通常也為廠用電由廠房提供（備用電源也可能從廠房提供），備用電源基本地方電源提供，其進入的節點均為啟閉機操作電源。即通訊與電源均存在共同進入系統的同一點，就可能存在主備用通道與電源通道同時消失的可能。

2.運行電站機組甩負荷條件分析

所有響應時間為渠道及前池安全超水量與可泄流通道水量之間差值與來水所用時間約束。

機組甩負荷時相應廠用電系統運行方式分為分段運行方式和聯絡運行方式兩種。

2.1廠站內部運行導致

在正常運行情況下，所有引取水量均可按照機組發電泄流進入尾水，以下為幾種運行風險因素：

（1）單臺機組或多臺機組甩負荷情況

僅為內部原因機組甩負荷，送出線路完好，廠用電可由機組或有送出線路返送電供給。前池廠供電未消失，通過監控系統自動或手動將前池排水閘門啟動，通過前池閘門泄流情況進行開度設置，作為安全運行預警方式。

（2）單臺機組或多臺機組甩負荷，廠用電系統消失

機組甩負荷后，廠用電消失，直流系統為監控系統供電，前池應設置10kV或相應等級的備自投裝置，啟動備用電源；前池排水閘門啟閉機監控操作系統應設置直流備用電源。

如外來電源或廠房系統第二回備用電源消失，柴油發電機事故電源需要實現自動啟動，自動啟動時間及自動化響應時間需要小于渠道漫渠風險時間。柴油發電機啟動后作為啟動電源，根據機組運行情況與泄流情況進行泄流，并同時關閉樞紐進水閘門，如機組甩負荷全停后。

（3）引水渠道引水量及大壩或樞紐部位進水閘啟閉機、前池啟閉機同步操作，操作方式根據負荷情況與處理情況進行相應調整。

2.2廠外因素分析

接入電源消失，送出線路電源消失即機組全部負荷無法送出，即廠用電與外來電源同時消失，機組正常情況下均轉入空轉態，可持續機組可通過空轉泄出部分水量。機組通過黑啟動方式直流向勵磁供電，機組進入發電狀態，可恢復廠房用電。前池柴油發電機實現自動啟動，可通過前池監控操作系統打開排水閘門，進行安全排水。

2.3極端方式

大風、暴雨線路甩負荷，廠用電消失，前池外來電源消失，通訊線路中斷情況。

該方式下柴油發電機仍可自啟動，但由于外來通訊設備也無法提供控制操作信號，閘門無法操作，前池監控系統也可通過直流蓄電池供電，具備動作功能。在該方式下設置一緊急按鈕，設置于廠房內，通過相關外來信號或在廠站內部設置區域無線控制系統，再通過監控操作系統發出開啟排水閘功能。

3.探討解決方式

3.1通過工程措施解決

此方式基本為在前池部位設置溢流堰體，超過引取流量的水量通過溢流堰體匯集到泄水通道中，該方式可避免環境不可靠因素、設備不可靠因素與人為不可靠因素。但部分工程已完成建設，無法進行相應工程改建，需要通過加強設備可靠性增強工程整體安全。

3.2通過設備方式解決

（1）對于前池電源系統基本采用均采用交流電源，前池所有啟閉設備通常配備交流電動機，對于關鍵部位，可能存在柴油發電機不不具備失電自動啟動并向前池各交流電動機供電情況的，可設置直流蓄電池，并通過將關鍵排水閘門電機改變為直流電機，設置逆變，可在廠用電交流電、外來交流電與柴油發電機均無法正常工作時，依靠外來電源。

（2）對于通訊中斷情況，需要通過GSM、GPRS、北斗及其他方式向前池監控系統發出指令，開啟排水閘門，確保甩負荷多余水量安全排出。

以上兩項方式適合前池排水閘門為開啟方式采用電動機開啟，即提升開閘排水。

（3）對于舌瓣門，可通過在啟閉機抱箍側增加直流電機，直流電機采用直流蓄電池供電，或采用消防用不間斷EPS向啟閉機抱箍供電。在出現極端危險因素時，通過區域內可用移動信號啟動直流電機，松開抱箍，閘門自動落下，保證閘門安全落下進行排水，通過設置時間繼電器確定閘門抱箍撬動時間，閘門全開時合上抱箍。

3.3加強人員培訓以及設備巡檢

通過現象對事故預判，經常性開展演練工作，做到應急響應，做出正確操作。

設備運行中難免存在運行方式單一，存在磨損與消耗，需要生產運行人員定期檢查，并對電源線路，通訊線路，啟閉機，監控系統端子等部位進行檢查，維護，確保各部位設備安全可靠。

4.結束語

綜上所述，規范提出非自動調節渠道電站前池的泄水建筑物，宜采用側堰式泄水道，其泄流能力應滿足電站全部機組丟棄負荷時的最大流量要求。對計劃建設的電站增加溢流設施、地形等其他因素導致無法建設的，在設備可靠性上需加強相對應設備及監控操作的可行性，增加電源可靠性評價與實施。已建成徑流式電站若具有壓力前池部位，需通過水量分析前池風險因素控制時間，并設置設備開啟保證時間與人員分析每一步流程時間，確保設備判斷啟動時間最少，設備運行邏輯合適，人員預判到位，確保運行中的電站在出現特殊情況下的安全泄水，確保整體工程安全。對于通訊方式，則應根據目前電廠智能水平，逐漸增加通訊的備用通道與接收方式，以最終確保徑流式電站引水式開發排水設施安全運行。

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