提高水電站防范水淹廠房事故能力的措施

蔣志照

(浙江華電烏溪江水力發(fā)電廠，浙江 衢州 324000)

提高水電站防范水淹廠房事故能力的措施

蔣志照

(浙江華電烏溪江水力發(fā)電廠，浙江 衢州 324000)

針對(duì)水電站因設(shè)備老化、環(huán)境變化而增大的事故隱患，從4個(gè)方面提出了廠房的改進(jìn)措施，包括：確保閘門控制電源的可靠，裝設(shè)廠房溢水系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)閘門遠(yuǎn)方快降功能以及提高水泵排水的可靠性，從而實(shí)現(xiàn)水電站的運(yùn)行安全監(jiān)督管理，提高水電站安全管理的水平。

水電站；水淹廠房；防范措施

1 概述

某水電廠有3座廠房，其中甲站的裝機(jī)容量為1×120 MW、4×50 MW，總?cè)萘繛?20 MW，二級(jí)乙站的裝機(jī)容量為2×26 MW。甲站1～4 號(hào)機(jī)房于1978年開始發(fā)電，引水遂洞總長(zhǎng)1 400 m，設(shè)計(jì)額定水頭90 m；另外2座廠房的引水管道長(zhǎng)約100 m。

防范水淹廠房是設(shè)計(jì)水電站時(shí)必須考慮的項(xiàng)目，但隨著水電站運(yùn)行時(shí)間的增加，設(shè)備逐漸老化或運(yùn)行環(huán)境不斷改變，仍可能產(chǎn)生事故隱患，危及水電站的安全。2009-08-17，俄羅斯薩揚(yáng)-舒申斯克水電站發(fā)生特別重大安全事故，水淹廠房，造成大量人員死亡和嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失；2011-11-17，福建萬(wàn)安溪公司在檢修1號(hào)機(jī)主閥接力器時(shí)，主閥活門動(dòng)作，出現(xiàn)間隙，造成主閥大量漏水，水淹廠房至水輪機(jī)層，導(dǎo)致運(yùn)行中的2號(hào)、3號(hào)機(jī)組停運(yùn)。因此，一定要認(rèn)真吸取事故教訓(xùn)，積極開展對(duì)照檢查和整改工作，全面完善防止水淹廠房的措施，堅(jiān)決杜絕此類事故的發(fā)生。

2 防止水淹廠房的措施

2.1 確保閘門控制電源可靠

對(duì)進(jìn)水口閘門、尾水閘門的電源配置進(jìn)行完善。當(dāng)廠用電中斷時(shí)，要確保進(jìn)水口閘門、尾水閘門備用電源的可靠性；當(dāng)廠用電消失后，要通過(guò)柴油機(jī)直接進(jìn)行供電，確保水電站的安全風(fēng)險(xiǎn)始終處于可控、在控的狀態(tài)。

2.2 裝設(shè)廠房溢水報(bào)警系統(tǒng)

在各廠房的最低處設(shè)置浮球液位開關(guān)，當(dāng)廠房發(fā)生少量溢水時(shí)，可及時(shí)發(fā)出防范廠房溢水的報(bào)警信號(hào)，并將該信號(hào)發(fā)送至機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，提醒運(yùn)行值班人員，防止水淹廠房事故的發(fā)生。

2.2.1 基本組成

防范廠房溢水報(bào)警系統(tǒng)的組成如圖1所示。

圖1 防范廠房溢水報(bào)警系統(tǒng)的組成

2.2.2 工作原理

用LS-L連桿式浮球液位開關(guān)，檢測(cè)廠房?jī)?nèi)最低處的少量溢水，并發(fā)出開關(guān)量信號(hào)，通過(guò)機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將該信號(hào)送梯調(diào)監(jiān)控上位機(jī)報(bào)警。

LS-L連桿式浮球液位開關(guān)的工作原理：在不銹鋼導(dǎo)管內(nèi)，對(duì)應(yīng)各控制液位點(diǎn)裝有磁感應(yīng)真空開關(guān)。浮球內(nèi)裝有特殊磁鐵組，只有在一個(gè)層面產(chǎn)生強(qiáng)磁力。當(dāng)沒(méi)有浮力作用時(shí)，浮球接點(diǎn)保持常態(tài)；當(dāng)有浮力作用時(shí)，浮球上移，接點(diǎn)狀態(tài)改變。浮球上、下不銹鋼環(huán)起接點(diǎn)保持作用，控制浮球移動(dòng)范圍，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 LS-L連桿式浮球液位開關(guān)結(jié)構(gòu)

LS-L連桿式浮球液位開關(guān)的特點(diǎn)是：液位信號(hào)只與浮球位置有關(guān)，動(dòng)作可靠，不怕潮濕，抗干擾能力強(qiáng)。

2.2.3 可靠性措施

(1) 雙浮球設(shè)計(jì)。一個(gè)限位在15 cm，另一個(gè)限位在30 cm處，兩者報(bào)警信號(hào)相“或”輸出，以增強(qiáng)可靠性。

(2) 為防止溢水較深導(dǎo)致接線端子短路，不能輸出報(bào)警信號(hào)，需要將不銹鋼導(dǎo)管沿長(zhǎng)至1.5 m，信號(hào)引線與連接到LCU的導(dǎo)線直接相接，不經(jīng)過(guò)接線端子，再將不銹鋼導(dǎo)管兩端密封，保證電氣回路可靠工作。

(3) 在正常情況下，浮球處無(wú)液體。為避免碰觸浮球，設(shè)置了不銹鋼浮球控制器保護(hù)裝置，既方便浮球的安裝，又隔絕了外圍的影響，保證不會(huì)誤發(fā)信號(hào)。

技術(shù)管理人員制定安裝試驗(yàn)方案，確定安裝位置。檢修和運(yùn)行人員負(fù)責(zé)安裝和試驗(yàn)，在相關(guān)LCU、甲站站調(diào)、乙站梯調(diào)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控的上、下位機(jī)上逐一核對(duì)，確保信號(hào)動(dòng)作可靠。

2.3 實(shí)現(xiàn)閘門遠(yuǎn)方快降功能

機(jī)組引水管道一旦出現(xiàn)問(wèn)題，就可能導(dǎo)致大量水涌入廠房，發(fā)生水淹廠房的事故。閘門快降功能就是為了防止此類事故的發(fā)生而設(shè)計(jì)的。當(dāng)機(jī)組引水管道或機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，現(xiàn)地和遠(yuǎn)方采取進(jìn)水口的閘門快降操作是防止水淹廠房事故發(fā)生的最有效措施。

在俄羅斯薩揚(yáng)-舒申斯克水電站發(fā)生水淹廠房重大安全事故后，我國(guó)電監(jiān)安全[2010] 2號(hào)文件明確規(guī)定：水電站設(shè)計(jì)有快速事故閘門的，應(yīng)當(dāng)在中控室能夠進(jìn)行人工緊急關(guān)閉。其控制方式如下。

(1) 閘門現(xiàn)地操作。閘門控制裝置中除了控制快降功能的直流操作電源保持在投狀態(tài)外，平時(shí)閘門的控制裝置電源保持在斷開狀態(tài)，當(dāng)需要操作時(shí)，才可投電進(jìn)行操作。

(2) 閘門遠(yuǎn)方操作。只有當(dāng)需要閘門快降時(shí)，才在控制室投入直流220 V電源開關(guān)和閘門遠(yuǎn)方快降按鈕操作回路隔離開關(guān)，以防止設(shè)備誤操作。在閘門現(xiàn)地快降操作時(shí)，回路直流一直處于220 V電源狀態(tài)，以防機(jī)組過(guò)速，確保閘門快降操作。

2.3.1 遠(yuǎn)程閘門快降控制設(shè)備

以甲站裝機(jī)1×120 MW機(jī)組的快速閘門為例。通過(guò)操作安裝在控制室反饋屏上的快降閘門按鈕，控制安裝在該機(jī)組旁的繼電器(兩者相距約2 000 m)，再將接點(diǎn)送至快速閘門控制柜內(nèi)的延時(shí)繼電器(相距約500 m)，驅(qū)動(dòng)抱閘線圈松抱閘。

因控制室距大壩快門約2 500 m，為確保安全，控制室在常規(guī)操作時(shí)設(shè)計(jì)了隔離措施?，F(xiàn)采用如下的隔離方法。

(1) 選用帶塑料蓋板的按鈕開關(guān)，控制直流220 V高阻值繼電器的隔離。

(2) 繼電器接點(diǎn)延時(shí)1 s輸出，防止長(zhǎng)線分布電容耦合或雷電等干擾。

(3) 選用繼電器型號(hào)：JTX-3C，線包電阻20 kΩ、工作電壓直流220 V。從控制室到該機(jī)組的導(dǎo)線長(zhǎng)度約2 000 m，其電阻實(shí)測(cè)為213 Ω，為了克服長(zhǎng)導(dǎo)線引起的電壓降落和電抗干擾，必須選擇線包電壓高和線包電阻很大的繼電器，以抵消長(zhǎng)導(dǎo)線的影響。這樣，使得長(zhǎng)導(dǎo)線引起的相對(duì)壓降較小。

從控制室到閘門控制柜約2 500 m都設(shè)有電纜溝，屏蔽接地較好，在此基礎(chǔ)上應(yīng)做好電纜本身的屏蔽接地，遠(yuǎn)程閘門快降控制設(shè)備如圖3所示。

2.3.2 閘門快降軟件流程

閘門快降控制流程如圖4所示。

2.4 提高水泵排水可靠性

在該水電站的3座廠房?jī)?nèi)，均設(shè)有檢修集水井和滲漏集水井，在集水井之間設(shè)有聯(lián)通閥。在各集水井中分別設(shè)有2臺(tái)水泵，相互冗余，具有自動(dòng)啟動(dòng)和報(bào)警功能，2臺(tái)大泵需定期輪換工作、定期檢修，防止廠房溢水事故的發(fā)生。

圖3 遠(yuǎn)程閘門快降控制設(shè)備

圖4 遠(yuǎn)程閘門快降控制流程

集水井水位信號(hào)器是正確控制排水泵啟停的關(guān)鍵裝置。根據(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在控制回路上采用了可以保證水泵可靠工作的技術(shù)措施，并選用較優(yōu)質(zhì)的元件。同時(shí)，在集水井內(nèi)裝設(shè)紅外攝像探頭，用工業(yè)電視遠(yuǎn)方監(jiān)視集水井內(nèi)的水位情況。

2.5 提高水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性

機(jī)組過(guò)速保護(hù)的轉(zhuǎn)速信號(hào)器，采用電氣過(guò)速保護(hù)和機(jī)械過(guò)速保護(hù)的冗余配置。電氣測(cè)控裝置采用可編程控制器控制，4通道并行冗余的測(cè)量方式，2路霍爾開關(guān)和2路PT信號(hào)，以測(cè)頻率和測(cè)周期2種方式工作，此控制器具有硬件看門狗，軟件差分抗干擾等功能。機(jī)械過(guò)速保護(hù)采用軸與軸相連接的離心力開關(guān)，具有抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。多年的運(yùn)行實(shí)踐證明：過(guò)速保護(hù)系統(tǒng)十分可靠，從未發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)現(xiàn)象，確保了水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全。

結(jié)合機(jī)組大修，檢查機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分、基礎(chǔ)緊固件、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、密封件以及過(guò)水流道等各部件，消除缺陷和隱患，按照工藝要求完成檢修項(xiàng)目并嚴(yán)格驗(yàn)收。認(rèn)真做好機(jī)組過(guò)速、事故低油壓等緊急停機(jī)聯(lián)鎖動(dòng)作試驗(yàn)，確保自動(dòng)和保護(hù)裝置正常，滿足安全運(yùn)行要求。

為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控，除用計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控外，還需要在不同地點(diǎn)安裝工業(yè)電視探頭，以方便日常巡檢和遠(yuǎn)方監(jiān)視，確保萬(wàn)無(wú)一失。

3 結(jié)束語(yǔ)

要深刻吸取俄羅斯薩揚(yáng)-舒申斯克水電站水淹廠房的教訓(xùn)，強(qiáng)化水電站運(yùn)行安全監(jiān)督管理，定期進(jìn)行設(shè)備安全檢查和檢修維護(hù)，完善機(jī)組安全保護(hù)和自動(dòng)控制功能，扎實(shí)做好防止全廠停電、水淹廠房等的技術(shù)措施。

2012-08-08)