提高水電站滲漏排水系統(tǒng)可靠性措施

葉 劍，范小波

(四川華能康定水電有限責(zé)任公司，四川 甘孜 626000)

0 引言

滲漏排水系統(tǒng)一般由滲漏集水井、可編程控制器(programmable logic controller，PLC)控制系統(tǒng)、滲漏排水泵及其配套管路閥門等組成，用于將廠房內(nèi)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(jié)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(shè)和發(fā)展，提高滲漏排水系統(tǒng)及其水位監(jiān)視設(shè)備設(shè)置的合理性和可靠性，可在一定程度上防止發(fā)生水淹廠房事故。

1 滲漏排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 系統(tǒng)主要設(shè)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(shè)備組成，PLC的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)系統(tǒng)信號的采集、邏輯判斷、輸出控制信號，并與計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機通過通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換后為運行人員提供運行監(jiān)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(guān)(開關(guān)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(guān)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(dāng)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(tǒng)發(fā)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(shè)置有“自動”“手動”和“切除”三種控制方式，通過控制把手進(jìn)行切換，三種控制方式均通過可編程控制器進(jìn)行邏輯判斷后發(fā)出啟動/停止命令。在“自動”方式下，水泵通過浮子開關(guān)和液位變送器提供的水位信號進(jìn)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(jiān)視和報警信號均接入同一PLC裝置，在PLC系統(tǒng)故障或與計算機監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)視。特別是在PLC假在線的情況下，會向計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機發(fā)送假數(shù)據(jù)，給運行值班人員監(jiān)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(jìn)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(tǒng)故障，現(xiàn)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(jié)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(shè)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(dāng)前滲漏水情況和滲漏排水泵運行效率情況。

2 優(yōu)化措施

水電站的滲漏排水系統(tǒng)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(jīng)濟損失不可估量，所以提出以下優(yōu)化措施。

(1) 增設(shè)設(shè)備。目前，水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)均配置有公用現(xiàn)地控制單元(local control unit，LCU)，用于對全廠公用輔助設(shè)備的控制監(jiān)視。可在滲漏集水井內(nèi)再增設(shè)一只液位變送器，將水位信號直接傳送至公用LCU系統(tǒng)，實現(xiàn)計算機監(jiān)控系統(tǒng)對滲漏集水井水位信號的雙重監(jiān)視，這樣在面對滲漏排水PLC系統(tǒng)故障或通信中斷時，計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機仍能對集水井實際水位進(jìn)行監(jiān)視，可大大提升水位信號監(jiān)視的可靠性。

(2) 改進(jìn)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(yīng)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(tǒng)，由公用LCU系統(tǒng)對滲漏排水泵的運行狀態(tài)進(jìn)行二次邏輯判斷，對現(xiàn)場滲漏排水泵的實際運行間隔和運行時長進(jìn)行比較，在達(dá)到設(shè)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(shè)計。針對滲漏排水泵超時未運行報警邏輯設(shè)計，在計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機內(nèi)增加滲漏排水泵超時未運行時間設(shè)定窗口(系統(tǒng)重啟后自動置默認(rèn)值)和顯示窗口，由運行值班人員根據(jù)豐水期、枯水期或天氣等實際情況進(jìn)行設(shè)置。程序中增加相應(yīng)的邏輯判斷，即：設(shè)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(shè)定時間內(nèi)公用LCU系統(tǒng)未收到任意一臺滲漏排水泵的運行信號，則發(fā)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(shè)定邏輯

② 在公用LCU系統(tǒng)中設(shè)定每臺泵的運行時間閾值(根據(jù)滲漏排水泵實際運行時間設(shè)定)，任意一臺水泵運行時間超過設(shè)定閾值，即發(fā)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(tǒng)內(nèi)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(dāng)滲漏水量大于單臺水泵排水流量時，則發(fā)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(xù)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(dāng)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(jié)束語

綜上所述，隨著我國對水電站水淹廠房面臨風(fēng)險的不斷關(guān)注和重視，在設(shè)法阻斷外因(自然災(zāi)害等)造成水淹廠房的基礎(chǔ)上，提出綜合應(yīng)用上述優(yōu)化措施，可在很大程度上消除水電站廠房滲漏排水系統(tǒng)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(hù)水電站正常、安全、穩(wěn)定的工作運轉(zhuǎn)方面發(fā)揮積極的推動作用，也可推廣應(yīng)用至其他排水工程控制系統(tǒng)中。