梯级流域电厂防水淹厂房联动报警系统的设计与应用

何祥瑜 田申 吴逸康 周和国 章志恒

摘要：近些年受地震、泥石流、极端暴雨等自然灾害的影响，电力行业水淹厂房事件时有发生，电站安全运行受到极大影响，经济损失严重，甚至造成人员伤亡。特别是一些流域梯级“无人值守、少人值班”的水电站建立一套完善的系统是十分必要的，本文介绍了芭蕉河梯级水电站的防水淹厂房报警系统的实施与应用。

引言

湖北能源集团溇水水电有限公司芭蕉河水电厂共辖两级水电站，一级水电站安装两台容量为2*17000kW的混流式机组、一台容量为1000kW的卧室机组，于2005年投入运行。二级水电站共两有台容量为2*8000kW的混流式机组，于2002年投入运行。目前两级电站实行“无人值守、少人值班”运行管理模式，电站集控值班室设在一级站，二级站受远程控制，不设人员值班，留有一人值守。两级水电站建站之初均无防水淹厂房预警系统。需设计独立的防水淹厂房报警系统，并能一体化监控。

1 、事故水源分析

水电站水淹厂房的风险因素较多，按照风险源分析，将风险分为外部条件、机组或设备故障、水工建筑物缺陷、施工期的质量缺陷、电站运行中的误操作。

芭蕉河梯级水电厂属于中小型电站电站结构简单，结合实际情况来分析，本次设计水淹厂房事故水源可能主要由以下几点：

（1）水轮机部分：蝶阀层蜗壳进人门、尾水管进人门、蜗壳排水阀崩裂造成压力钢管里的水迅速涌出导致水淹厂房;顶盖顶起，水从水车室涌出导致水淹厂房。

（2）供排水系统：机组开机时技术供水部分阀门、接头、法兰损坏导致水淹厂房;检修排水、渗漏排水泵或阀门、法兰损坏，检修井、渗漏井水溢出造成水淹厂房。

（3）汛山洪暴发，洪水从发电机层倒灌厂房。

2、检测系统要求

2.1水位传感器的基本要求

防水淹厂房报警系统作为“无人值守、少人值班”水电站安全生产的一项重要技术保证措施，在出现水淹厂房时应能及时可靠报警，并且能直接发令让机组紧急停机或落下快速闸门。防水淹厂房报警系统由水位传感器单元、PLC控制单元、报警输出单元等几部分组成。其中最容易产生误报的是水位传感器单元，这就要求水位传感器探测数据必须真实可靠，在选择水位传感器时应避免只使用一种类型传感器。

根据现有技术，水位传感器有超声波液位变送器、投入式液位变送器、浮球式液位开关、音叉式液位开关、电极式液位开关等。

超声波液位变送器的原理是由超声波探头发出高频超声波脉冲，遇到被测介质表面被反射回来，部分反射回波被同一探头接收，转换成4-20mA的电信号。其优点在于具有精度高、寿命长、稳定可靠等特点，缺点是超声波液位计测试容易有盲区，且购买费用高。

投入式液位变送器是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感元件，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准4-20mA电信号。

浮球式液位开关的原理是根据被测介质的浮力让浮子浮动从而接通液位计内部的输出电路，输出开关量。具有价格便宜、稳定可靠的特点。

在本次设计中每一个测量点都装设一组含三种不同类型水位传感器，分别是连杆浮球液位开关（开关量型）、电容式液位开关（开关量型）、投入式液位变送器（模拟量型）。

2.2水位传感器布置要求

防水淹厂房报警系统不仅要求能够报警，还需要能告知水淹厂房事故水源出现位置，这就对水位传感器的布置地点提出要求，根据事故水源分析本次设计共有以下几个位置布置水位传感器：

（1）蝶阀层，每台蝶阀旁装设一组水位传感器用来检测蝶阀层蜗壳进人门、尾水管进人门、蜗壳排水阀崩裂压力钢管水涌出导致的水淹厂房。

（2）每台机组水车室装设一组水位传感器用来测量顶盖顶起，水从水车室涌出导致的水淹厂房。

（3）集水井位置装设一组水位传感器用来检测检修排水、渗漏排水泵或阀门、法兰损坏，检修井、渗漏井水溢出造成的水淹厂房。

3、总体设计方案

总体设计方案要求芭蕉河梯级水电站防水淹厂房报警系统由一、二级水电站独立的报警控制系统构成，两套系统除了水位传感器组数不一样其他均相同;报警系统采用PLC根据水位传感器输入的信号来进行信号处理做出逻辑判断，并根据预先设置好的程序发出水位过高告警和事故水位告警。两级电站的报警系统PLC控制柜都装设在水轮机层;整个系统的人机监视交互系统装设在一级水电站集控值班室内，各站的控制柜体上也需安装一块触摸屏显示本站系统各测点状态，方便现场巡检维护人员查看系统是否正常;两级水电站地理位置距离8公里，电站间通过光纤传输数据实现两套报警系统互相交换数据，方便在一级站集控值班室既能监测本站防水淹厂房情况，又能监测二级水电站内防水淹厂房情况，真正为二级水电站“无人值班、少人值守”提供安全保障。

4、控制策略

每个测量点装设三种类型的水位传感器向PLC传送三路信号，每一个传感器各整定水位过高告警和事故水位告警两个报警值，水位过高报警水位整定值低于事故告警水位整定值。

4.1水位过高报警策略

当一组传感器向PLC输入三路水位过高信号后，PLC进行逻辑判断，首先是任意两个水位信号经过“与逻辑”运算得出三个信号，然后“与运算”后的三个信号又经过“或运算”动作输出，经过这样的信号处理保证了三个传感器中只要有任意两个传感器有水位过高信号时就会触发报警;

4.2事故水位报警策略

另外如果一组传感器中水位过高告警全部失灵，当该位置水位继续上涨至三个传感器的任意一个传感器的事故水位時PLC也会开出信号触发报警。

5、结语

芭蕉河水电厂防水淹厂房联动报警系统的设计与实施提高了芭蕉河水电厂对水淹厂房事件的应急响应和处理能力。当芭蕉河水电厂有水淹厂房事故发生时，防水淹厂房联动报警系统能够第一时间为集控值班室发出警报，为现场紧急处理争取有利条件，避免或降低了因水淹厂房迫使机组停机造成的重大经济损失和政治影响 ， 避免了因水淹厂房事故对芭蕉河水电厂可能造成的重大设备损坏。

联动报警系统的建设符合公司《水电厂无人值班管理规定》 标准的相关要求，为“无人值班”少人值守的发展提供了可靠的技术支撑，设备的运行提供一个稳定、安全环境。