水电站渗漏排水系统升级改造设计

陈 沁

（中国水利水电第十六工程局有限公司，福建 福州 350003）

水电厂辅助设备包含很多系统，其中排水系统是其最基本的系统结构之一。排水系统对水电厂的安全运行有着重要的影响，通过分析事故原因发现，容易发生事故的部位是排水系统。如果排水系统不完善，那么水淹厂房事故的发生率就会增大。

1 水电站渗漏排水系统

水电站渗漏排水系统包括集水井和深井潜水泵等，集水井的作用是汇集渗漏水，深井潜水泵的作用是把渗漏水送至尾水。水电站出现渗漏的情况分有很多种，例如，水工建筑物渗漏、机组顶盖渗漏以及主轴密封渗漏等。一旦出现渗漏情况，就会导致排水量减小，并且不能够自发地向下游排水。为此，在对渗漏水进行收集时，一般使用集水井进行集中抽干。水电站中最基本、最重要的系统之一就是渗漏排水系统，渗漏排水系统直接关系着水电站是否安全稳定运行，一旦渗漏排水系统出现问题，水电站就非常容易发生安全事故，其中最常见的是水淹厂房事故。

2 渗漏排水控制系统

2.1 组成部分

控制箱以及外部测量设备等是渗漏排水控制系统的重要组成部分。控制柜的有效运行离不开可编程控制器、继电器等设备。对信号的采集以及输出，主要是通过可编程控制器来完成。渗漏排水系统在正常运行时，会把控制柜控制方式切换为模拟量，如果模拟量出现不正常的情况，就切换为开关量，实现该控制过程，离不开投入式液位变送器，以及浮球开关。

2.2 控制系统

水电站渗漏排水系统的自动控制是通过手动以及可编程控制器来实现的。在对控制方式进行切换时，可以通过把手的切换来实现。泵的启停式通过控制信号来实现，该过程会使用开关量浮球开关。集水井水位情况可以通过模拟量液位传感器显示出来。若工作泵的水位达到一定程度，水就会自动地被抽到停泵水位。自动抽水过程是由工作泵来实现的，假如工作泵自动启动系统出现问题，水位会上升到备用泵位置，这时两台备用泵会同时进行抽水。如果该过程也出现问题，那么水位会继续升高，这时有关人员一旦没有及时收到信号，就会发生水淹厂房事故，从而对水电站的安全稳定运行产生影响。

2.3 控制系统的重要作用

可编程控制系统为渗漏排水控制柜的主要元素，系统的自动控制是通过控制柜浮球液位开关以及投入式液位变送器来实现的。水泵的不同状态是由控制柜进行设置的，分别为手动状态、工备自转状态以及切除状态。为了更精准地显示水位，可以使用具有触摸功能的液晶显示器，为了更好地控制液位，液位控制点对应的液位可以实现直接的设定和调整，倘若出现断电情况，数据也不会丢失。另外，控制柜触摸屏上还要显示泵的运行状态以及故障等情况。为了最大限度地延长排水泵的使用时间，可编程控制器可以根据实际情况切换工作泵和备用泵。若是主排水泵出现故障，该泵的主用状态会停止，这时候控制柜会起到一定的传递和警报作用，从而使另一台水泵正常运行。有关人员要重视对系统的运行状态以及故障等情况的监视，并且要做好详细的记录。

3 实例分析

以某河干流上的水电站为例，该电站的发电机为利州混流式水轮发电机组，容量分别为9MW和5MW，发电机的出线额定电压不高，在扩大单元接线时，会使用三机一变的方式。副厂房蝶阀层是水电站集水井的位置，深度为5m。该系统主要是收集渗漏水以及排水，排水的来源主要三台机组顶盖通过深井潜水泵送出的尾水，深井潜水泵的数量为2台，功率为15kW。该电站排水系统的开关量，使用的是浮球式液位开关，模拟量使用的是投入式液位变送器，液位开关为上海凡宜FLA生产，模拟量为北京昆仑海岸生产，并且型号为JYB-KO-LAG 0～5m，该系统的PLC型号为GE versamax。

4 渗漏和检修排水系统存在的不足

4.1 渗漏排水系统

（1）控制系统不集中。为了更好地实现对排水系统的控制，控制柜会被分别放置在3个不同地方。当出现水淹厂房事故时，很难做到统一指挥。

（2）泵房排水控制系统的设计存在问题。电厂的最低处会放置泵房渗漏排水控制柜，距离电厂的最低处90m的位置是电厂的控制室。一旦出现水淹厂房的事故，就不能够保证及时的处理，如果以最快的速度到达泵房，也要5min的时间，在此过程中，如果出现电梯停运的情况，那么水淹厂房事故造成的影响会更大。除此之外，泵房渗漏排水控制柜的周围环境不好，湿度比较大，这给渗漏排水控制柜的正常工作带来了一定的影响。

4.2 控制系统的工作受环境的影响

渗漏排水系统的控制柜工作环境非常恶劣，湿度比较大，这主要是因为其位于厂房的最低处泵房，泵房廊道环境不好，这对电气设备的正常安全运行，产生了很大的威胁。电站从运行到现在，出现了多次端子锈蚀，以及继电器打火等现象，这主要是环境潮湿造成的，除此之外检修排水泵时，还可能出现泵启动不了的问题。

5 集水井控制系统优化设计

由上述可知，水电站渗漏排水系统存在一定的安全隐患，为了最大限度地减少安全隐患，该电站实施了相应的解决措施。例如，在蝶阀层的集水井上安装浮球开关或液位传感器、在中控室安装报警器等，通过实施上述措施，能够很好地减少该系统的安全隐患。假如集水井的水位过高，报警器就会起到作用，会及时提醒相关人员，这有利于及时解决问题，从而避免造成水淹厂房的事故。相关人员要重视对电站的日常运行维护，只有维护工作做到位，才能够很好地降低该系统的安全风险。

5.1 系统设计

排水系统在水电站的工作过程中起着重要的作用。一旦排水系统出现问题，就很容易出现水淹厂房的现象，造成非常严重的经济损失。因此，设计人员在对排水系统进行设计时，要保证集水井内水泵的控制具有一定的可靠性，并且要在保证安全的基础上最大限度地提升排水效率。另外，渗漏排水系统的控制方式要实现相互独立，要把自动和手动控制方式分开。手动控制能够很好地实现对实际情况的控制，该回路主要由PLC、选择把手以及停止开关等设备组成，通过这些设备，运行人员能够及时地对渗漏排水泵进行手动控制。自动控制回路中也有选择把手，除此之外还有可编程控制系统、浮球液位开关以及投入式液位变送器设备。在使用自动控制系统时，需要手切到自动位置，该系统一经启动，手动系统就会停止，自动系统能够很好地对集水井水位信号、故障信号等进行收集和传输。水淹厂房事故对水电站的安全工作有很大的影响，故应在蝶阀层集水井上安装常开节点以及液位传感器等，以降低水淹厂房事故的发生率。倘若遇到汛期，该措施就不能较好低发挥功效，这时需要额外增加临时排水泵，这样才能保证大水来临时能够高效地将洪水排出，从而最大限度地防止水淹厂房事故的发生。如果想要最大限度地降低水淹厂事故的发生率，有关人员一定要做好水电站的日常运行维护工作。

5.2 设计方案

（1）对硬件系统的设计。在对该系统进行建模时，要依照无人值守的标准。该排水系统的两种控制方式，应该彼此分开，做到相互独立。一旦切换到自动状态，手动状态就要停止运行。渗漏排水泵的水位过高会造成水淹厂房事故，而水位过低会造成排水泵的损坏。为了防止水位过低产生影响，要安装停泵浮球开关，该设备在水位过低时，能够有效传达信号，从而使排水泵自动停止。浮球开关及投入式液位计能够较好地控制水位，从而有效避免水淹厂房事故的发生。模拟量变送器是一种液位计，它利用了超声波技术，工作的量长是5m，输出的电流为4～20mA，通过该技术能够实现对两种介质界面的测量。投入式液位变送器比模拟量变送器更具备可靠性，且精准度更高，并且不会受水质的影响。浮球式液位开关的结构比较简单，并且有利于维护工作进行，不过在选择浮球式液位开关时，要保证生产厂家的可靠性。

（2）对软件系统进行设计。控制系统中的基本控制器是可编程控制器，该控制器被广泛应用于工业设计生产中。随着技术的不断发展，PLC被广泛应用于控制系统中，这在一定程度上增强了可编程控制器的性能。该系统能够较好地实现数据的收集和处理，通过了解集水井水位及泵的运行状态，能够把有效信息传递给相关人员。系统的泵一般有两台，这样能够很好地保证系统的稳定运行，即使有一台处于检修状态，那么另一台也可以正常运行。另外要重视对界面的设计，包括人机界面和附加界面，将状态表以及原理图等清晰地显示在对话框里，并且在PLC中保留扩展槽。

6 结束语

综上所述，水电站面临的主要风险是水淹厂房风险。文章对水电站渗漏排水系统进行了详细的分析，并且对风险因素进行了总结。有关人员要重视对风险的防范工作，采用科学合理的防范措施来降低水淹厂房事故的发生率，从而保证水电站的安全稳定运行。