梯級(jí)流域電廠防水淹廠房聯(lián)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

何祥瑜 田申 吳逸康 周和國 章志恒

摘要：近些年受地震、泥石流、極端暴雨等自然災(zāi)害的影響，電力行業(yè)水淹廠房事件時(shí)有發(fā)生，電站安全運(yùn)行受到極大影響，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，甚至造成人員傷亡。特別是一些流域梯級(jí)“無人值守、少人值班”的水電站建立一套完善的系統(tǒng)是十分必要的，本文介紹了芭蕉河梯級(jí)水電站的防水淹廠房報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)施與應(yīng)用。

引言

湖北能源集團(tuán)溇水水電有限公司芭蕉河水電廠共轄兩級(jí)水電站，一級(jí)水電站安裝兩臺(tái)容量為2*17000kW的混流式機(jī)組、一臺(tái)容量為1000kW的臥室機(jī)組，于2005年投入運(yùn)行。二級(jí)水電站共兩有臺(tái)容量為2*8000kW的混流式機(jī)組，于2002年投入運(yùn)行。目前兩級(jí)電站實(shí)行“無人值守、少人值班”運(yùn)行管理模式，電站集控值班室設(shè)在一級(jí)站，二級(jí)站受遠(yuǎn)程控制，不設(shè)人員值班，留有一人值守。兩級(jí)水電站建站之初均無防水淹廠房預(yù)警系統(tǒng)。需設(shè)計(jì)獨(dú)立的防水淹廠房報(bào)警系統(tǒng)，并能一體化監(jiān)控。

1 、事故水源分析

水電站水淹廠房的風(fēng)險(xiǎn)因素較多，按照風(fēng)險(xiǎn)源分析，將風(fēng)險(xiǎn)分為外部條件、機(jī)組或設(shè)備故障、水工建筑物缺陷、施工期的質(zhì)量缺陷、電站運(yùn)行中的誤操作。

芭蕉河梯級(jí)水電廠屬于中小型電站電站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)合實(shí)際情況來分析，本次設(shè)計(jì)水淹廠房事故水源可能主要由以下幾點(diǎn)：

（1）水輪機(jī)部分：蝶閥層蝸殼進(jìn)人門、尾水管進(jìn)人門、蝸殼排水閥崩裂造成壓力鋼管里的水迅速涌出導(dǎo)致水淹廠房;頂蓋頂起，水從水車室涌出導(dǎo)致水淹廠房。

（2）供排水系統(tǒng)：機(jī)組開機(jī)時(shí)技術(shù)供水部分閥門、接頭、法蘭損壞導(dǎo)致水淹廠房;檢修排水、滲漏排水泵或閥門、法蘭損壞，檢修井、滲漏井水溢出造成水淹廠房。

（3）汛山洪暴發(fā)，洪水從發(fā)電機(jī)層倒灌廠房。

2、檢測(cè)系統(tǒng)要求

2.1水位傳感器的基本要求

防水淹廠房報(bào)警系統(tǒng)作為“無人值守、少人值班”水電站安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要技術(shù)保證措施，在出現(xiàn)水淹廠房時(shí)應(yīng)能及時(shí)可靠報(bào)警，并且能直接發(fā)令讓機(jī)組緊急停機(jī)或落下快速閘門。防水淹廠房報(bào)警系統(tǒng)由水位傳感器單元、PLC控制單元、報(bào)警輸出單元等幾部分組成。其中最容易產(chǎn)生誤報(bào)的是水位傳感器單元，這就要求水位傳感器探測(cè)數(shù)據(jù)必須真實(shí)可靠，在選擇水位傳感器時(shí)應(yīng)避免只使用一種類型傳感器。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，水位傳感器有超聲波液位變送器、投入式液位變送器、浮球式液位開關(guān)、音叉式液位開關(guān)、電極式液位開關(guān)等。

超聲波液位變送器的原理是由超聲波探頭發(fā)出高頻超聲波脈沖，遇到被測(cè)介質(zhì)表面被反射回來，部分反射回波被同一探頭接收，轉(zhuǎn)換成4-20mA的電信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)在于具有精度高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，缺點(diǎn)是超聲波液位計(jì)測(cè)試容易有盲區(qū)，且購買費(fèi)用高。

投入式液位變送器是基于所測(cè)液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感元件，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)4-20mA電信號(hào)。

浮球式液位開關(guān)的原理是根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的浮力讓浮子浮動(dòng)從而接通液位計(jì)內(nèi)部的輸出電路，輸出開關(guān)量。具有價(jià)格便宜、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。

在本次設(shè)計(jì)中每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)都裝設(shè)一組含三種不同類型水位傳感器，分別是連桿浮球液位開關(guān)（開關(guān)量型）、電容式液位開關(guān)（開關(guān)量型）、投入式液位變送器（模擬量型）。

2.2水位傳感器布置要求

防水淹廠房報(bào)警系統(tǒng)不僅要求能夠報(bào)警，還需要能告知水淹廠房事故水源出現(xiàn)位置，這就對(duì)水位傳感器的布置地點(diǎn)提出要求，根據(jù)事故水源分析本次設(shè)計(jì)共有以下幾個(gè)位置布置水位傳感器：

（1）蝶閥層，每臺(tái)蝶閥旁裝設(shè)一組水位傳感器用來檢測(cè)蝶閥層蝸殼進(jìn)人門、尾水管進(jìn)人門、蝸殼排水閥崩裂壓力鋼管水涌出導(dǎo)致的水淹廠房。

（2）每臺(tái)機(jī)組水車室裝設(shè)一組水位傳感器用來測(cè)量頂蓋頂起，水從水車室涌出導(dǎo)致的水淹廠房。

（3）集水井位置裝設(shè)一組水位傳感器用來檢測(cè)檢修排水、滲漏排水泵或閥門、法蘭損壞，檢修井、滲漏井水溢出造成的水淹廠房。

3、總體設(shè)計(jì)方案

總體設(shè)計(jì)方案要求芭蕉河梯級(jí)水電站防水淹廠房報(bào)警系統(tǒng)由一、二級(jí)水電站獨(dú)立的報(bào)警控制系統(tǒng)構(gòu)成，兩套系統(tǒng)除了水位傳感器組數(shù)不一樣其他均相同;報(bào)警系統(tǒng)采用PLC根據(jù)水位傳感器輸入的信號(hào)來進(jìn)行信號(hào)處理做出邏輯判斷，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的程序發(fā)出水位過高告警和事故水位告警。兩級(jí)電站的報(bào)警系統(tǒng)PLC控制柜都裝設(shè)在水輪機(jī)層;整個(gè)系統(tǒng)的人機(jī)監(jiān)視交互系統(tǒng)裝設(shè)在一級(jí)水電站集控值班室內(nèi)，各站的控制柜體上也需安裝一塊觸摸屏顯示本站系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)狀態(tài)，方便現(xiàn)場(chǎng)巡檢維護(hù)人員查看系統(tǒng)是否正常;兩級(jí)水電站地理位置距離8公里，電站間通過光纖傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)兩套報(bào)警系統(tǒng)互相交換數(shù)據(jù)，方便在一級(jí)站集控值班室既能監(jiān)測(cè)本站防水淹廠房情況，又能監(jiān)測(cè)二級(jí)水電站內(nèi)防水淹廠房情況，真正為二級(jí)水電站“無人值班、少人值守”提供安全保障。

4、控制策略

每個(gè)測(cè)量點(diǎn)裝設(shè)三種類型的水位傳感器向PLC傳送三路信號(hào)，每一個(gè)傳感器各整定水位過高告警和事故水位告警兩個(gè)報(bào)警值，水位過高報(bào)警水位整定值低于事故告警水位整定值。

4.1水位過高報(bào)警策略

當(dāng)一組傳感器向PLC輸入三路水位過高信號(hào)后，PLC進(jìn)行邏輯判斷，首先是任意兩個(gè)水位信號(hào)經(jīng)過“與邏輯”運(yùn)算得出三個(gè)信號(hào)，然后“與運(yùn)算”后的三個(gè)信號(hào)又經(jīng)過“或運(yùn)算”動(dòng)作輸出，經(jīng)過這樣的信號(hào)處理保證了三個(gè)傳感器中只要有任意兩個(gè)傳感器有水位過高信號(hào)時(shí)就會(huì)觸發(fā)報(bào)警;

4.2事故水位報(bào)警策略

另外如果一組傳感器中水位過高告警全部失靈，當(dāng)該位置水位繼續(xù)上漲至三個(gè)傳感器的任意一個(gè)傳感器的事故水位時(shí)PLC也會(huì)開出信號(hào)觸發(fā)報(bào)警。

5、結(jié)語

芭蕉河水電廠防水淹廠房聯(lián)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施提高了芭蕉河水電廠對(duì)水淹廠房事件的應(yīng)急響應(yīng)和處理能力。當(dāng)芭蕉河水電廠有水淹廠房事故發(fā)生時(shí)，防水淹廠房聯(lián)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能夠第一時(shí)間為集控值班室發(fā)出警報(bào)，為現(xiàn)場(chǎng)緊急處理爭(zhēng)取有利條件，避免或降低了因水淹廠房迫使機(jī)組停機(jī)造成的重大經(jīng)濟(jì)損失和政治影響 ， 避免了因水淹廠房事故對(duì)芭蕉河水電廠可能造成的重大設(shè)備損壞。

聯(lián)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的建設(shè)符合公司《水電廠無人值班管理規(guī)定》 標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，為“無人值班”少人值守的發(fā)展提供了可靠的技術(shù)支撐，設(shè)備的運(yùn)行提供一個(gè)穩(wěn)定、安全環(huán)境。