徑流式電站引水式開(kāi)發(fā)排水設(shè)施安全運(yùn)行分析

姜泉泉 何明 郭波

摘 要：徑流式電站引水式開(kāi)發(fā)排水設(shè)施的運(yùn)行工程無(wú)法在開(kāi)展機(jī)組的同時(shí)進(jìn)行甩負(fù)荷真實(shí)演練，僅能為預(yù)演或人為干預(yù)演練。發(fā)生機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)可能造成的安全影響非常大，應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制與處置程序也需清晰。為確保徑流式電站引水式開(kāi)發(fā)無(wú)側(cè)向堰體前池水工建筑物的安全運(yùn)行，文章通過(guò)分析各個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前危險(xiǎn)性因素及疊加，確定可能發(fā)生的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，綜合不同系統(tǒng)的功能，進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的綜合處置方式。按照水電站前池的啟閉機(jī)設(shè)置型式、供電與通訊方式，提出了在不利運(yùn)行方式下各種處置措施，主要在設(shè)備配置和改造提出了部分理解與建議，能夠?yàn)檎w工程安全運(yùn)行提供改造與運(yùn)行方式的建議。

關(guān)鍵詞：安全運(yùn)行 負(fù)荷 徑流式電站 電源 通訊

徑流式電站引水式開(kāi)發(fā)通常具備長(zhǎng)渠道引水系統(tǒng)，設(shè)置壓力前池，形成集中水頭差發(fā)電。由于大部分渠道為動(dòng)力渠道引水，且前池基本處于全開(kāi)放，水電站逐步趨于智能化，發(fā)電出力受區(qū)域分布限制情況不一，各區(qū)域負(fù)荷分配也呈現(xiàn)早晚高峰，也對(duì)徑流式電站的各種調(diào)整提出了要求，對(duì)其引水量也提出了相應(yīng)變化。引水量在滿足水電站產(chǎn)生效益的同時(shí)，渠道超高庫(kù)容均不大，也是一個(gè)較大的隱患。在發(fā)生全場(chǎng)失電，設(shè)備黑啟動(dòng)失效，設(shè)備可靠性與人為處理時(shí)出現(xiàn)失誤，將可能造成較大事故。

無(wú)溢流排水設(shè)施壓力前池，基本建筑物為進(jìn)水閘、沖沙閘、攔污柵、泄水閘門，布置方式基本為側(cè)向引水，正向排沙，泄水。正常運(yùn)行渠道引水應(yīng)通過(guò)進(jìn)水閘進(jìn)入發(fā)電機(jī)組，然后由尾水排出。未通過(guò)機(jī)組排出的水應(yīng)通過(guò)泄水閘排出，泄水閘門動(dòng)作的可靠性尤為突出。

1.前池泄水排冰閘門可靠運(yùn)行

前池閘門電源及通訊設(shè)置方式：通常情況下為舌瓣閘門、平板閘門、弧形閘門，啟閉機(jī)分為液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)。電源通常情況分為廠用電，外來(lái)電源作為備用電源，柴油發(fā)電機(jī)作為事故電源。通訊為控制電纜，光纖通訊為主。根據(jù)建設(shè)方式，基本為一主一備，且分別位于不同區(qū)域，位置條件，安全可靠。由于各類通訊出發(fā)點(diǎn)與源頭均需進(jìn)入機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)或前池監(jiān)控系統(tǒng)，電源系統(tǒng)通常也為廠用電由廠房提供（備用電源也可能從廠房提供），備用電源基本地方電源提供，其進(jìn)入的節(jié)點(diǎn)均為啟閉機(jī)操作電源。即通訊與電源均存在共同進(jìn)入系統(tǒng)的同一點(diǎn)，就可能存在主備用通道與電源通道同時(shí)消失的可能。

2.運(yùn)行電站機(jī)組甩負(fù)荷條件分析

所有響應(yīng)時(shí)間為渠道及前池安全超水量與可泄流通道水量之間差值與來(lái)水所用時(shí)間約束。

機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)相應(yīng)廠用電系統(tǒng)運(yùn)行方式分為分段運(yùn)行方式和聯(lián)絡(luò)運(yùn)行方式兩種。

2.1廠站內(nèi)部運(yùn)行導(dǎo)致

在正常運(yùn)行情況下，所有引取水量均可按照機(jī)組發(fā)電泄流進(jìn)入尾水，以下為幾種運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)因素：

（1）單臺(tái)機(jī)組或多臺(tái)機(jī)組甩負(fù)荷情況

僅為內(nèi)部原因機(jī)組甩負(fù)荷，送出線路完好，廠用電可由機(jī)組或有送出線路返送電供給。前池廠供電未消失，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)或手動(dòng)將前池排水閘門啟動(dòng)，通過(guò)前池閘門泄流情況進(jìn)行開(kāi)度設(shè)置，作為安全運(yùn)行預(yù)警方式。

（2）單臺(tái)機(jī)組或多臺(tái)機(jī)組甩負(fù)荷，廠用電系統(tǒng)消失

機(jī)組甩負(fù)荷后，廠用電消失，直流系統(tǒng)為監(jiān)控系統(tǒng)供電，前池應(yīng)設(shè)置10kV或相應(yīng)等級(jí)的備自投裝置，啟動(dòng)備用電源；前池排水閘門啟閉機(jī)監(jiān)控操作系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置直流備用電源。

如外來(lái)電源或廠房系統(tǒng)第二回備用電源消失，柴油發(fā)電機(jī)事故電源需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)，自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)間及自動(dòng)化響應(yīng)時(shí)間需要小于渠道漫渠風(fēng)險(xiǎn)時(shí)間。柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后作為啟動(dòng)電源，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況與泄流情況進(jìn)行泄流，并同時(shí)關(guān)閉樞紐進(jìn)水閘門，如機(jī)組甩負(fù)荷全停后。

（3）引水渠道引水量及大壩或樞紐部位進(jìn)水閘啟閉機(jī)、前池啟閉機(jī)同步操作，操作方式根據(jù)負(fù)荷情況與處理情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

2.2廠外因素分析

接入電源消失，送出線路電源消失即機(jī)組全部負(fù)荷無(wú)法送出，即廠用電與外來(lái)電源同時(shí)消失，機(jī)組正常情況下均轉(zhuǎn)入空轉(zhuǎn)態(tài)，可持續(xù)機(jī)組可通過(guò)空轉(zhuǎn)泄出部分水量。機(jī)組通過(guò)黑啟動(dòng)方式直流向勵(lì)磁供電，機(jī)組進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，可恢復(fù)廠房用電。前池柴油發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)，可通過(guò)前池監(jiān)控操作系統(tǒng)打開(kāi)排水閘門，進(jìn)行安全排水。

2.3極端方式

大風(fēng)、暴雨線路甩負(fù)荷，廠用電消失，前池外來(lái)電源消失，通訊線路中斷情況。

該方式下柴油發(fā)電機(jī)仍可自啟動(dòng)，但由于外來(lái)通訊設(shè)備也無(wú)法提供控制操作信號(hào)，閘門無(wú)法操作，前池監(jiān)控系統(tǒng)也可通過(guò)直流蓄電池供電，具備動(dòng)作功能。在該方式下設(shè)置一緊急按鈕，設(shè)置于廠房?jī)?nèi)，通過(guò)相關(guān)外來(lái)信號(hào)或在廠站內(nèi)部設(shè)置區(qū)域無(wú)線控制系統(tǒng)，再通過(guò)監(jiān)控操作系統(tǒng)發(fā)出開(kāi)啟排水閘功能。

3.探討解決方式

3.1通過(guò)工程措施解決

此方式基本為在前池部位設(shè)置溢流堰體，超過(guò)引取流量的水量通過(guò)溢流堰體匯集到泄水通道中，該方式可避免環(huán)境不可靠因素、設(shè)備不可靠因素與人為不可靠因素。但部分工程已完成建設(shè)，無(wú)法進(jìn)行相應(yīng)工程改建，需要通過(guò)加強(qiáng)設(shè)備可靠性增強(qiáng)工程整體安全。

3.2通過(guò)設(shè)備方式解決

（1）對(duì)于前池電源系統(tǒng)基本采用均采用交流電源，前池所有啟閉設(shè)備通常配備交流電動(dòng)機(jī)，對(duì)于關(guān)鍵部位，可能存在柴油發(fā)電機(jī)不不具備失電自動(dòng)啟動(dòng)并向前池各交流電動(dòng)機(jī)供電情況的，可設(shè)置直流蓄電池，并通過(guò)將關(guān)鍵排水閘門電機(jī)改變?yōu)橹绷麟姍C(jī)，設(shè)置逆變，可在廠用電交流電、外來(lái)交流電與柴油發(fā)電機(jī)均無(wú)法正常工作時(shí)，依靠外來(lái)電源。

（2）對(duì)于通訊中斷情況，需要通過(guò)GSM、GPRS、北斗及其他方式向前池監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出指令，開(kāi)啟排水閘門，確保甩負(fù)荷多余水量安全排出。

以上兩項(xiàng)方式適合前池排水閘門為開(kāi)啟方式采用電動(dòng)機(jī)開(kāi)啟，即提升開(kāi)閘排水。

（3）對(duì)于舌瓣門，可通過(guò)在啟閉機(jī)抱箍側(cè)增加直流電機(jī)，直流電機(jī)采用直流蓄電池供電，或采用消防用不間斷EPS向啟閉機(jī)抱箍供電。在出現(xiàn)極端危險(xiǎn)因素時(shí)，通過(guò)區(qū)域內(nèi)可用移動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)直流電機(jī)，松開(kāi)抱箍，閘門自動(dòng)落下，保證閘門安全落下進(jìn)行排水，通過(guò)設(shè)置時(shí)間繼電器確定閘門抱箍撬動(dòng)時(shí)間，閘門全開(kāi)時(shí)合上抱箍。

3.3加強(qiáng)人員培訓(xùn)以及設(shè)備巡檢

通過(guò)現(xiàn)象對(duì)事故預(yù)判，經(jīng)常性開(kāi)展演練工作，做到應(yīng)急響應(yīng)，做出正確操作。

設(shè)備運(yùn)行中難免存在運(yùn)行方式單一，存在磨損與消耗，需要生產(chǎn)運(yùn)行人員定期檢查，并對(duì)電源線路，通訊線路，啟閉機(jī)，監(jiān)控系統(tǒng)端子等部位進(jìn)行檢查，維護(hù)，確保各部位設(shè)備安全可靠。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，規(guī)范提出非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道電站前池的泄水建筑物，宜采用側(cè)堰式泄水道，其泄流能力應(yīng)滿足電站全部機(jī)組丟棄負(fù)荷時(shí)的最大流量要求。對(duì)計(jì)劃建設(shè)的電站增加溢流設(shè)施、地形等其他因素導(dǎo)致無(wú)法建設(shè)的，在設(shè)備可靠性上需加強(qiáng)相對(duì)應(yīng)設(shè)備及監(jiān)控操作的可行性，增加電源可靠性評(píng)價(jià)與實(shí)施。已建成徑流式電站若具有壓力前池部位，需通過(guò)水量分析前池風(fēng)險(xiǎn)因素控制時(shí)間，并設(shè)置設(shè)備開(kāi)啟保證時(shí)間與人員分析每一步流程時(shí)間，確保設(shè)備判斷啟動(dòng)時(shí)間最少，設(shè)備運(yùn)行邏輯合適，人員預(yù)判到位，確保運(yùn)行中的電站在出現(xiàn)特殊情況下的安全泄水，確保整體工程安全。對(duì)于通訊方式，則應(yīng)根據(jù)目前電廠智能水平，逐漸增加通訊的備用通道與接收方式，以最終確保徑流式電站引水式開(kāi)發(fā)排水設(shè)施安全運(yùn)行。

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