水電站滲漏排水系統升級改造設計

陳 沁

（中國水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350003）

水電廠輔助設備包含很多系統，其中排水系統是其最基本的系統結構之一。排水系統對水電廠的安全運行有著重要的影響，通過分析事故原因發現，容易發生事故的部位是排水系統。如果排水系統不完善，那么水淹廠房事故的發生率就會增大。

1 水電站滲漏排水系統

水電站滲漏排水系統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。水電站出現滲漏的情況分有很多種，例如，水工建筑物滲漏、機組頂蓋滲漏以及主軸密封滲漏等。一旦出現滲漏情況，就會導致排水量減小，并且不能夠自發地向下游排水。為此，在對滲漏水進行收集時，一般使用集水井進行集中抽干。水電站中最基本、最重要的系統之一就是滲漏排水系統，滲漏排水系統直接關系著水電站是否安全穩定運行，一旦滲漏排水系統出現問題，水電站就非常容易發生安全事故，其中最常見的是水淹廠房事故。

2 滲漏排水控制系統

2.1 組成部分

控制箱以及外部測量設備等是滲漏排水控制系統的重要組成部分。控制柜的有效運行離不開可編程控制器、繼電器等設備。對信號的采集以及輸出，主要是通過可編程控制器來完成。滲漏排水系統在正常運行時，會把控制柜控制方式切換為模擬量，如果模擬量出現不正常的情況，就切換為開關量，實現該控制過程，離不開投入式液位變送器，以及浮球開關。

2.2 控制系統

水電站滲漏排水系統的自動控制是通過手動以及可編程控制器來實現的。在對控制方式進行切換時，可以通過把手的切換來實現。泵的啟停式通過控制信號來實現，該過程會使用開關量浮球開關。集水井水位情況可以通過模擬量液位傳感器顯示出來。若工作泵的水位達到一定程度，水就會自動地被抽到停泵水位。自動抽水過程是由工作泵來實現的，假如工作泵自動啟動系統出現問題，水位會上升到備用泵位置，這時兩臺備用泵會同時進行抽水。如果該過程也出現問題，那么水位會繼續升高，這時有關人員一旦沒有及時收到信號，就會發生水淹廠房事故，從而對水電站的安全穩定運行產生影響。

2.3 控制系統的重要作用

可編程控制系統為滲漏排水控制柜的主要元素，系統的自動控制是通過控制柜浮球液位開關以及投入式液位變送器來實現的。水泵的不同狀態是由控制柜進行設置的，分別為手動狀態、工備自轉狀態以及切除狀態。為了更精準地顯示水位，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，液位控制點對應的液位可以實現直接的設定和調整，倘若出現斷電情況，數據也不會丟失。另外，控制柜觸摸屏上還要顯示泵的運行狀態以及故障等情況。為了最大限度地延長排水泵的使用時間，可編程控制器可以根據實際情況切換工作泵和備用泵。若是主排水泵出現故障，該泵的主用狀態會停止，這時候控制柜會起到一定的傳遞和警報作用，從而使另一臺水泵正常運行。有關人員要重視對系統的運行狀態以及故障等情況的監視，并且要做好詳細的記錄。

3 實例分析

以某河干流上的水電站為例，該電站的發電機為利州混流式水輪發電機組，容量分別為9MW和5MW，發電機的出線額定電壓不高，在擴大單元接線時，會使用三機一變的方式。副廠房蝶閥層是水電站集水井的位置，深度為5m。該系統主要是收集滲漏水以及排水，排水的來源主要三臺機組頂蓋通過深井潛水泵送出的尾水，深井潛水泵的數量為2臺，功率為15kW。該電站排水系統的開關量，使用的是浮球式液位開關，模擬量使用的是投入式液位變送器，液位開關為上海凡宜FLA生產，模擬量為北京昆侖海岸生產，并且型號為JYB-KO-LAG 0～5m，該系統的PLC型號為GE versamax。

4 滲漏和檢修排水系統存在的不足

4.1 滲漏排水系統

（1）控制系統不集中。為了更好地實現對排水系統的控制，控制柜會被分別放置在3個不同地方。當出現水淹廠房事故時，很難做到統一指揮。

（2）泵房排水控制系統的設計存在問題。電廠的最低處會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。一旦出現水淹廠房的事故，就不能夠保證及時的處理，如果以最快的速度到達泵房，也要5min的時間，在此過程中，如果出現電梯停運的情況，那么水淹廠房事故造成的影響會更大。除此之外，泵房滲漏排水控制柜的周圍環境不好，濕度比較大，這給滲漏排水控制柜的正常工作帶來了一定的影響。

4.2 控制系統的工作受環境的影響

滲漏排水系統的控制柜工作環境非常惡劣，濕度比較大，這主要是因為其位于廠房的最低處泵房，泵房廊道環境不好，這對電氣設備的正常安全運行，產生了很大的威脅。電站從運行到現在，出現了多次端子銹蝕，以及繼電器打火等現象，這主要是環境潮濕造成的，除此之外檢修排水泵時，還可能出現泵啟動不了的問題。

5 集水井控制系統優化設計

由上述可知，水電站滲漏排水系統存在一定的安全隱患，為了最大限度地減少安全隱患，該電站實施了相應的解決措施。例如，在蝶閥層的集水井上安裝浮球開關或液位傳感器、在中控室安裝報警器等，通過實施上述措施，能夠很好地減少該系統的安全隱患。假如集水井的水位過高，報警器就會起到作用，會及時提醒相關人員，這有利于及時解決問題，從而避免造成水淹廠房的事故。相關人員要重視對電站的日常運行維護，只有維護工作做到位，才能夠很好地降低該系統的安全風險。

5.1 系統設計

排水系統在水電站的工作過程中起著重要的作用。一旦排水系統出現問題，就很容易出現水淹廠房的現象，造成非常嚴重的經濟損失。因此，設計人員在對排水系統進行設計時，要保證集水井內水泵的控制具有一定的可靠性，并且要在保證安全的基礎上最大限度地提升排水效率。另外，滲漏排水系統的控制方式要實現相互獨立，要把自動和手動控制方式分開。手動控制能夠很好地實現對實際情況的控制，該回路主要由PLC、選擇把手以及停止開關等設備組成，通過這些設備，運行人員能夠及時地對滲漏排水泵進行手動控制。自動控制回路中也有選擇把手，除此之外還有可編程控制系統、浮球液位開關以及投入式液位變送器設備。在使用自動控制系統時，需要手切到自動位置，該系統一經啟動，手動系統就會停止，自動系統能夠很好地對集水井水位信號、故障信號等進行收集和傳輸。水淹廠房事故對水電站的安全工作有很大的影響，故應在蝶閥層集水井上安裝常開節點以及液位傳感器等，以降低水淹廠房事故的發生率。倘若遇到汛期，該措施就不能較好低發揮功效，這時需要額外增加臨時排水泵，這樣才能保證大水來臨時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生。如果想要最大限度地降低水淹廠事故的發生率，有關人員一定要做好水電站的日常運行維護工作。

5.2 設計方案

（1）對硬件系統的設計。在對該系統進行建模時，要依照無人值守的標準。該排水系統的兩種控制方式，應該彼此分開，做到相互獨立。一旦切換到自動狀態，手動狀態就要停止運行。滲漏排水泵的水位過高會造成水淹廠房事故，而水位過低會造成排水泵的損壞。為了防止水位過低產生影響，要安裝停泵浮球開關，該設備在水位過低時，能夠有效傳達信號，從而使排水泵自動停止。浮球開關及投入式液位計能夠較好地控制水位，從而有效避免水淹廠房事故的發生。模擬量變送器是一種液位計，它利用了超聲波技術，工作的量長是5m，輸出的電流為4～20mA，通過該技術能夠實現對兩種介質界面的測量。投入式液位變送器比模擬量變送器更具備可靠性，且精準度更高，并且不會受水質的影響。浮球式液位開關的結構比較簡單，并且有利于維護工作進行，不過在選擇浮球式液位開關時，要保證生產廠家的可靠性。

（2）對軟件系統進行設計。控制系統中的基本控制器是可編程控制器，該控制器被廣泛應用于工業設計生產中。隨著技術的不斷發展，PLC被廣泛應用于控制系統中，這在一定程度上增強了可編程控制器的性能。該系統能夠較好地實現數據的收集和處理，通過了解集水井水位及泵的運行狀態，能夠把有效信息傳遞給相關人員。系統的泵一般有兩臺，這樣能夠很好地保證系統的穩定運行，即使有一臺處于檢修狀態，那么另一臺也可以正常運行。另外要重視對界面的設計，包括人機界面和附加界面，將狀態表以及原理圖等清晰地顯示在對話框里，并且在PLC中保留擴展槽。

6 結束語

綜上所述，水電站面臨的主要風險是水淹廠房風險。文章對水電站滲漏排水系統進行了詳細的分析，并且對風險因素進行了總結。有關人員要重視對風險的防范工作，采用科學合理的防范措施來降低水淹廠房事故的發生率，從而保證水電站的安全穩定運行。