提高水電站滲漏排水系統可靠性措施

葉 劍，范小波

(四川華能康定水電有限責任公司，四川 甘孜 626000)

0 引言

滲漏排水系統一般由滲漏集水井、可編程控制器(programmable logic controller，PLC)控制系統、滲漏排水泵及其配套管路閥門等組成，用于將廠房內水工建筑物滲水、機組頂蓋與主軸密封漏水、壓力鋼管伸縮節漏水及供排水閥門管件滲漏水等及時排至廠房外，其可靠運行是水電站安全運行的前提和保障。隨著新型水電的建設和發展，提高滲漏排水系統及其水位監視設備設置的合理性和可靠性，可在一定程度上防止發生水淹廠房事故。

1 滲漏排水系統現狀

1.1 系統主要設備及控制方式

1.1.1 滲漏排水PLC控制屏

滲漏排水PLC控制屏由PLC、繼電器、接觸器、低壓配電器等設備組成，PLC的主要任務是負責系統信號的采集、邏輯判斷、輸出控制信號，并與計算機監控系統上位機通過通信方式進行數據交換后為運行人員提供運行監視信號。

1.1.2 滲漏集水井水位控制信號

滲漏集水井水位控制信號由4只浮子開關(開關量信號)和1只液位變送器(模擬量信號)組成，詳見圖1。模擬量和開關量信號均直接接入PLC，為自動啟停滲漏排水泵提供水位控制信號，當集水井水位上升到H1處時，主用水泵啟動;集水井水位上升到H2處時，輔助水泵啟動;集水井水位上升到H3處時，備用水泵啟動且系統發出水位過高報警;集水井水位下降到H0處時，水泵停止運行。

圖1 滲漏集水井水位控制信號

1.1.3 滲漏排水泵控制方式

滲漏排水泵設置有“自動”“手動”和“切除”三種控制方式，通過控制把手進行切換，三種控制方式均通過可編程控制器進行邏輯判斷后發出啟動/停止命令。在“自動”方式下，水泵通過浮子開關和液位變送器提供的水位信號進行自動啟停；在“手動”方式下，只要滲漏集水井水位不低于H0(停泵水位)，水泵即啟動運行，直至水位降低至H0時停止運行；在“切除”方式下，水泵停止運行。

1.2 存在的不足

(1) 滲漏集水井水位監視和報警信號均接入同一PLC裝置，在PLC系統故障或與計算機監控系統上位機通信中斷時，運行值班人員將失去對滲漏集水井水位及滲漏排水泵運行情況的監視。特別是在PLC假在線的情況下，會向計算機監控系統上位機發送假數據，給運行值班人員監視造成干擾。

(2) 滲漏排水泵“手動”“自動”兩種控制方式未相互獨立，均由PLC進行控制，即使在控制電源、動力電源正常的情況下，一旦遇到PLC系統故障，現場也無法直接通過控制方式切換把手啟動水泵，不利于緊急情況下的故障處理。

(3) 因季節性差異，在豐水期和枯水期豐水期包括雨天，廠房滲漏水量有所不同，水泵運行時間間隔也不盡相同，但PLC控制程序未對滲漏排水泵設置運行超時報警、運行時間間隔過長報警等提示信息，不利于運行值班人員掌握當前滲漏水情況和滲漏排水泵運行效率情況。

2 優化措施

水電站的滲漏排水系統的控制相對比較簡單，但卻起到了非常重要的作用。若滲漏集水井積水不能及時有效地排出廠房外，極易造成水淹廠房事故，經濟損失不可估量，所以提出以下優化措施。

(1) 增設設備。目前，水電站計算機監控系統均配置有公用現地控制單元(local control unit，LCU)，用于對全廠公用輔助設備的控制監視?？稍跐B漏集水井內再增設一只液位變送器，將水位信號直接傳送至公用LCU系統，實現計算機監控系統對滲漏集水井水位信號的雙重監視，這樣在面對滲漏排水PLC系統故障或通信中斷時，計算機監控系統上位機仍能對集水井實際水位進行監視，可大大提升水位信號監視的可靠性。

(2) 改進滲漏排水泵控制方式。將滲漏排水泵的“手動”和“自動”兩種控制方式完全獨立，取消滲漏排水泵的“手動”方式接入PLC程序控制，增加手動硬接線控制回路，這樣在面對PLC故障等應急處置情況時，能夠及時通過控制方式切換把手直接啟動水泵，大幅縮短緊急情況下的故障處理時間。

(3) 改變運行信號接線方式。利用通信或硬接線方式將滲漏排水泵的“運行”信號接入公用LCU系統，由公用LCU系統對滲漏排水泵的運行狀態進行二次邏輯判斷，對現場滲漏排水泵的實際運行間隔和運行時長進行比較，在達到設定的閾值后提醒運行值班人員滲漏排水泵已長時間未運行或滲漏排水泵運行時間超時。

(4) 完善報警程序設計。針對滲漏排水泵超時未運行報警邏輯設計，在計算機監控系統上位機內增加滲漏排水泵超時未運行時間設定窗口(系統重啟后自動置默認值)和顯示窗口，由運行值班人員根據豐水期、枯水期或天氣等實際情況進行設置。程序中增加相應的邏輯判斷，即：設置“滲漏排水泵超時未運行”報警邏輯、“滲漏排水泵運行超時”報警邏輯以及“滲漏水量較大”報警邏輯。

① 若在設定時間內公用LCU系統未收到任意一臺滲漏排水泵的運行信號，則發出“滲漏排水泵超時未運行” 報警信號，具體邏輯見圖2，3。

圖2 滲漏排水泵超時未運行時間閾值設定邏輯

② 在公用LCU系統中設定每臺泵的運行時間閾值(根據滲漏排水泵實際運行時間設定)，任意一臺水泵運行時間超過設定閾值，即發出“滲漏排水泵運行超時報警”信號，提醒運行值班人員可能是滲漏水量增加或滲漏排水泵效率降低，具體判斷邏輯見圖4。

圖3 滲漏排水泵超時未運行報警邏輯

圖4 滲漏排水泵運行超時報警邏輯

③ 在公用LCU系統內增加廠房滲漏水量計算邏輯，定時計算(例如：每10 min計算一次)滲漏水量，當滲漏水量大于單臺水泵排水流量時，則發出“滲漏水量較大報警”信號，提醒運行人員提前手動啟動主用或備用滲漏排水泵，消除因滲漏水量過大而滲漏排水泵排水不及時引起滲漏集水井水位繼續上漲甚至水淹廠房事故。計算公式如下：

式中，S為滲漏集水井的截面積(m2)；H1為10 min前滲漏集水井水位(m)；H2為當前滲漏集水井水位(m)；Qp為單臺滲漏排水泵的額定排水量(m3/h)。

3 結束語

綜上所述，隨著我國對水電站水淹廠房面臨風險的不斷關注和重視，在設法阻斷外因(自然災害等)造成水淹廠房的基礎上，提出綜合應用上述優化措施，可在很大程度上消除水電站廠房滲漏排水系統存在的安全隱患，有效解決因滲漏集水井排水不及時造成的水淹廠房問題，在維護水電站正常、安全、穩定的工作運轉方面發揮積極的推動作用，也可推廣應用至其他排水工程控制系統中。