摘要：對(duì)水電站水淹廠房的危害和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，結(jié)合灘坑水電站的防水淹廠房水力機(jī)械設(shè)備控制保護(hù)回路設(shè)計(jì)上存在的不足和實(shí)際運(yùn)行過程存在的問題，提出有針對(duì)性的措施并付諸于實(shí)踐，為國(guó)內(nèi)外大中型水電站在防水淹廠房設(shè)計(jì)和改造提供借鑒。

關(guān)鍵詞：水電站;防水淹廠房;風(fēng)險(xiǎn)分析;優(yōu)化改造

1、 引言

灘坑水電站位于浙江省青田縣境內(nèi)甌江支流小溪中游河段，工程主要任務(wù)為發(fā)電，兼顧防洪。水庫正常蓄水位160m，總庫容41.9億m?，調(diào)節(jié)庫容21.26億m?，為多年調(diào)節(jié)水庫。電站總裝機(jī)容量為604MW，保證出力87.8MW，多年平均發(fā)電量10.23億kWh，電站于2009年7月全部投產(chǎn)發(fā)電。2009年8月17日俄羅斯薩楊—舒申斯水電站發(fā)生的水淹廠房事故，導(dǎo)致變壓器發(fā)生爆炸、水電站墻體損毀、機(jī)房進(jìn)水，造成75人死亡、130億美元的巨大經(jīng)濟(jì)損失和廣泛的社會(huì)負(fù)面影響。此次事件后，國(guó)內(nèi)外水電界針對(duì)此次事故進(jìn)行分析，提出了一系列的防止水淹廠房事故的建議和措施，并在相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)制度修訂時(shí)提出一系列新的要求。本文針對(duì)近些年關(guān)于水淹廠房新的要求重點(diǎn)梳理了灘坑水電站防水淹廠房水力機(jī)械設(shè)備控制保護(hù)回路設(shè)計(jì)上存在的不足和實(shí)際運(yùn)行過程存在的問題，并結(jié)合日常改造對(duì)這些問題提出改進(jìn)措施，提高水機(jī)和閘門保護(hù)動(dòng)作的可靠性，降低灘坑水電站上游側(cè)來水量大導(dǎo)致水淹廠房的風(fēng)險(xiǎn)性。

2、 原防水淹廠房水力機(jī)械系統(tǒng)保護(hù)邏輯及配置

灘坑水電站引水發(fā)電系統(tǒng)主要由電站進(jìn)水口、引水隧道、引水式地面廠房系統(tǒng)等組成，發(fā)電引水洞采用單洞單機(jī)布置，機(jī)組選用混流式機(jī)組，主閥采用筒形閥，進(jìn)水口配置事故檢修閘門。防水淹廠房水力機(jī)械方面保護(hù)回路邏輯為：當(dāng)安裝在廠房上游側(cè)廊道（廠房最低高程）的浮球水位計(jì)動(dòng)作后，水淹廠房報(bào)警信號(hào)送到電站監(jiān)控系統(tǒng)，由運(yùn)行人員人為判斷，在監(jiān)控系統(tǒng)中手動(dòng)操作緊急事故停機(jī)關(guān)閉機(jī)組導(dǎo)葉和機(jī)組筒形閥，同時(shí)通過進(jìn)水口LCU發(fā)出緊急關(guān)閉閘門指令到進(jìn)水口事故檢修閘門啟閉機(jī)控制柜關(guān)閉閘門，以實(shí)現(xiàn)快速截?cái)嗌嫌蝹?cè)來水，防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。

3、 原設(shè)計(jì)存在的問題及風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

3.1水位計(jì)設(shè)置不合理

原設(shè)計(jì)只在廠房上游側(cè)廊道（廠房最低高程）設(shè)置2只浮球水位計(jì)，每只水位計(jì)輸出1付報(bào)警節(jié)點(diǎn)信號(hào)至公用設(shè)備LCU，當(dāng)其中一個(gè)浮球動(dòng)作后，發(fā)出水淹廠房報(bào)警信號(hào)。因水位計(jì)安裝在交通廊道旁，如果水位計(jì)發(fā)生故障或在此區(qū)域工作不小心碰到浮球都有可能觸發(fā)信號(hào)報(bào)警，極易造成信號(hào)誤報(bào)。

3.2機(jī)組未設(shè)置獨(dú)立的水機(jī)保護(hù)

當(dāng)機(jī)組發(fā)生水力機(jī)械故障時(shí)，只是單純通過水電廠監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)組緊急停機(jī)，實(shí)現(xiàn)快速關(guān)閉導(dǎo)葉和筒形閥功能，但是當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)控制單元冗余系統(tǒng)發(fā)生故障或工作電源全部失去時(shí)，就無法實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)緊急停機(jī)，只能靠運(yùn)行人員到各個(gè)現(xiàn)地控制裝置去手動(dòng)操作停機(jī)，不能及時(shí)有效地快速隔離故障，可能造成事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.3進(jìn)水口未設(shè)置獨(dú)立關(guān)閉閘門的硬回路

電站未配置獨(dú)立于監(jiān)控系統(tǒng)之外硬布線（包括獨(dú)立電纜）防止水淹廠房緊急操作系統(tǒng)，在發(fā)生水淹廠房時(shí)，中控室運(yùn)行人員只能通過監(jiān)控系統(tǒng)操作進(jìn)水口LCU發(fā)出緊急落門指令，如果監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生控制單元冗余系統(tǒng)發(fā)生故障、工作電源全部失去時(shí)或通訊故障時(shí)，就不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方快速落進(jìn)水口事故檢修閘門。

3.4進(jìn)水口配電系統(tǒng)未配置備用電源

進(jìn)水口閘門啟閉機(jī)及控制系統(tǒng)采用單路供電，電源取自電廠廠用電10.5kVⅠ段，通過一臺(tái)型號(hào)為SGB10-400/10的干式變壓器降壓至400V后供電。一旦廠房進(jìn)水、廠用電失電、變壓器、電纜檢修或發(fā)生事故，將導(dǎo)致進(jìn)水口配電系統(tǒng)失電，機(jī)組進(jìn)水口事故檢修閘門無法正常工作。進(jìn)水口機(jī)組事故檢修閘門如果在事故情況下不能及時(shí)關(guān)閉，將對(duì)機(jī)組和大壩安全形成嚴(yán)重的威脅，影響電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.5調(diào)速系統(tǒng)不具備失電關(guān)閉功能

在2014版《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》之前，從維持電網(wǎng)穩(wěn)定的角度考慮，當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組的保護(hù)和控制回路電壓消失時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)都是要求導(dǎo)葉保持失電前的狀態(tài)，機(jī)組保持原狀態(tài)運(yùn)行，不設(shè)置失電自動(dòng)關(guān)閉導(dǎo)葉功能。但是隨著我國(guó)電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大和技術(shù)的進(jìn)步，單臺(tái)機(jī)組突然跳機(jī)對(duì)電網(wǎng)頻率和電壓影響越來越小，當(dāng)電廠發(fā)生故障時(shí)，快速關(guān)閉導(dǎo)葉，截?cái)嗌嫌蝸硭?，防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)電站的安全運(yùn)行有著重要意義。

4防水淹廠房功能及方案優(yōu)化

4.1水位信號(hào)裝置和邏輯優(yōu)化

原有兩只浮球水位計(jì)只有一副接點(diǎn)輸出，現(xiàn)在上游側(cè)廊道兩個(gè)地點(diǎn)分別選用兩種不同原理的水位計(jì)，一套采用浮球式水位計(jì)，一套采用電極式水位計(jì)，每套水位計(jì)帶2付獨(dú)立接點(diǎn)輸出，各設(shè)置1個(gè)低限位報(bào)警，1個(gè)高限停機(jī)落閘門接點(diǎn)，將這些信號(hào)送到水淹廠房PLC。為了防止誤動(dòng)采用低限閉鎖高限的方式，全廠采用4取2的控制方式，且不同型式的水位計(jì)至少1套動(dòng)作，并在兩套水位計(jì)外部加裝EC套管防止誤碰。

4.2增設(shè)獨(dú)立的水機(jī)事故停機(jī)系統(tǒng)

按照《水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（DL/T5065-2009）》要求，灘坑水電站在2019年進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)改造時(shí)，在機(jī)組現(xiàn)地控制單元之外，單獨(dú)設(shè)置了一套獨(dú)立的PLC用于水機(jī)保護(hù)停機(jī)，該系統(tǒng)包含獨(dú)立繼電器、獨(dú)立電源、獨(dú)立輸入輸出信號(hào)，可在發(fā)生重要的水機(jī)事故、現(xiàn)地控制單元監(jiān)控系統(tǒng)LCU冗余系統(tǒng)全部故障、工作電源全部失去等故障時(shí)，確保機(jī)組可靠停機(jī)。

4.3增設(shè)獨(dú)立的水淹廠房系統(tǒng)

電站新配置1套獨(dú)立于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之外硬布線（包括獨(dú)立電纜）防水淹廠房緊急操作系統(tǒng)，在發(fā)生水淹廠房時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)緊急停機(jī)和快速落進(jìn)水口事故檢修閘門功能。該系統(tǒng)配置獨(dú)立光端機(jī)、獨(dú)立光纖回路、中控室設(shè)置緊急停機(jī)和落進(jìn)水口閘門按鈕、獨(dú)立水淹廠房PLC、獨(dú)立繼電器和出口動(dòng)作回路等設(shè)備，作為獨(dú)立于監(jiān)控系統(tǒng)以外的備用通道。當(dāng)水淹廠房PLC判斷滿足水淹廠房條件時(shí)，緊急停機(jī)信號(hào)送到監(jiān)控系統(tǒng)各機(jī)組LCU和水機(jī)保護(hù)PLC系統(tǒng)，機(jī)組執(zhí)行事故停機(jī)流程，關(guān)閉機(jī)組導(dǎo)葉和筒形閥;同時(shí)水淹廠房PLC將水淹廠房信號(hào)送到監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)水口LCU和新增的水淹廠房光端機(jī)，監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)水口LCU和水淹廠房光端機(jī)同時(shí)把緊急落閘門信號(hào)開出到進(jìn)水口閘門現(xiàn)地控制柜，實(shí)現(xiàn)緊急落進(jìn)水口事故檢修閘門。增設(shè)的水淹廠房硬布線回路，作為監(jiān)控系統(tǒng)的備用回路，進(jìn)一步提高機(jī)組緊急停機(jī)和緊急關(guān)閉閘門動(dòng)作的可靠性。

4.4增加進(jìn)水口配電系統(tǒng)備用電源

為了提高進(jìn)水口配電系統(tǒng)供電可靠性，在進(jìn)水口配電室新增加一臺(tái)功率為600kW的柴油發(fā)電機(jī)組作為進(jìn)水口配電系統(tǒng)的備用電源，并對(duì)進(jìn)水口400V配電盤進(jìn)行改造，使之具備柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)和配電盤電源自動(dòng)切換功能。改造后的柴油發(fā)電機(jī)開關(guān)與進(jìn)水口400V配電盤進(jìn)線開關(guān)進(jìn)行電氣閉鎖，當(dāng)進(jìn)水口400V配電盤母線電壓失壓時(shí)，經(jīng)3秒延時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組向進(jìn)水口400V配電盤供電。當(dāng)檢測(cè)到進(jìn)水口400V配電盤工作電源恢復(fù)時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組斷路器自動(dòng)分閘并自動(dòng)停機(jī)，進(jìn)水口恢復(fù)正常供電運(yùn)行。

4.5設(shè)置調(diào)速系統(tǒng)停電動(dòng)作功能

按照新的要求，電站結(jié)合現(xiàn)有調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)機(jī)組的緊急停機(jī)回路進(jìn)行改造，增設(shè)失電關(guān)閉回路，以實(shí)現(xiàn)調(diào)速器控制回路具備得電關(guān)閉和失電關(guān)閉導(dǎo)葉功能。得電關(guān)閉油路和失電關(guān)閉油路采用并聯(lián)方式，任一油路動(dòng)作都可使水輪機(jī)組緊急關(guān)閉。得電關(guān)閉控制部分利用原有的緊急停機(jī)回路，當(dāng)緊停電磁閥帶電后，緊停液動(dòng)閥A與主配壓閥控制腔相通，實(shí)現(xiàn)機(jī)組關(guān)機(jī)。失電關(guān)閉控制部分以串聯(lián)方式依次連接的失電動(dòng)作閥A、失電動(dòng)作閥B、失電切除閥、失電聯(lián)動(dòng)閥、緊停液動(dòng)閥B，失電動(dòng)作閥A的輸入口與壓力油連接，緊停液動(dòng)閥B的輸入口與主配壓閥控制腔相連，只有失電動(dòng)作閥A和失電動(dòng)作閥B兩個(gè)閥門全部失電，此油路才會(huì)接通去關(guān)閉導(dǎo)葉，防止單個(gè)失電動(dòng)作閥線圈燒毀或信號(hào)線故障造成機(jī)組誤停機(jī)，起到非正常動(dòng)作容錯(cuò)功能，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5、結(jié)語

水淹廠房是水電站重大風(fēng)險(xiǎn)之一，水淹廠房事故的特點(diǎn)是突發(fā)性、發(fā)展快，造成的后果極其嚴(yán)重。正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)，如何保證水力機(jī)械設(shè)備動(dòng)作的可靠性就尤為重要，防水淹廠房保護(hù)回路一旦發(fā)生誤動(dòng)作或拒動(dòng)將給電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益帶來重大影響。灘坑水電站根據(jù)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定新的要求，結(jié)合本電站具體類型的實(shí)際情況，制定了切合本電站實(shí)際的防止水淹廠房應(yīng)對(duì)措施并付諸實(shí)施，進(jìn)一步提高了水力機(jī)械設(shè)備動(dòng)作的可靠性，有效的降低了上游側(cè)來水造成的水淹廠房風(fēng)險(xiǎn)，值得國(guó)內(nèi)外大中型水電站在設(shè)計(jì)和改造過程中借鑒使用。

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作者簡(jiǎn)介：劉峰（1982—），男，湖北廣水人，工程師，工學(xué)碩士，主要從事為水電廠運(yùn)行、維護(hù)和診斷。