提高水电站渗漏排水系统可靠性措施

叶 剑，范小波

(四川华能康定水电有限责任公司，四川 甘孜 626000)

0 引言

渗漏排水系统一般由渗漏集水井、可编程控制器(programmable logic controller，PLC)控制系统、渗漏排水泵及其配套管路阀门等组成，用于将厂房内水工建筑物渗水、机组顶盖与主轴密封漏水、压力钢管伸缩节漏水及供排水阀门管件渗漏水等及时排至厂房外，其可靠运行是水电站安全运行的前提和保障。随着新型水电的建设和发展，提高渗漏排水系统及其水位监视设备设置的合理性和可靠性，可在一定程度上防止发生水淹厂房事故。

1 渗漏排水系统现状

1.1 系统主要设备及控制方式

1.1.1 渗漏排水PLC控制屏

渗漏排水PLC控制屏由PLC、继电器、接触器、低压配电器等设备组成，PLC的主要任务是负责系统信号的采集、逻辑判断、输出控制信号，并与计算机监控系统上位机通过通信方式进行数据交换后为运行人员提供运行监视信号。

1.1.2 渗漏集水井水位控制信号

渗漏集水井水位控制信号由4只浮子开关(开关量信号)和1只液位变送器(模拟量信号)组成，详见图1。模拟量和开关量信号均直接接入PLC，为自动启停渗漏排水泵提供水位控制信号，当集水井水位上升到H1处时，主用水泵启动;集水井水位上升到H2处时，辅助水泵启动;集水井水位上升到H3处时，备用水泵启动且系统发出水位过高报警;集水井水位下降到H0处时，水泵停止运行。

图1 渗漏集水井水位控制信号

1.1.3 渗漏排水泵控制方式

渗漏排水泵设置有“自动”“手动”和“切除”三种控制方式，通过控制把手进行切换，三种控制方式均通过可编程控制器进行逻辑判断后发出启动/停止命令。在“自动”方式下，水泵通过浮子开关和液位变送器提供的水位信号进行自动启停；在“手动”方式下，只要渗漏集水井水位不低于H0(停泵水位)，水泵即启动运行，直至水位降低至H0时停止运行；在“切除”方式下，水泵停止运行。

1.2 存在的不足

(1) 渗漏集水井水位监视和报警信号均接入同一PLC装置，在PLC系统故障或与计算机监控系统上位机通信中断时，运行值班人员将失去对渗漏集水井水位及渗漏排水泵运行情况的监视。特别是在PLC假在线的情况下，会向计算机监控系统上位机发送假数据，给运行值班人员监视造成干扰。

(2) 渗漏排水泵“手动”“自动”两种控制方式未相互独立，均由PLC进行控制，即使在控制电源、动力电源正常的情况下，一旦遇到PLC系统故障，现场也无法直接通过控制方式切换把手启动水泵，不利于紧急情况下的故障处理。

(3) 因季节性差异，在丰水期和枯水期丰水期包括雨天，厂房渗漏水量有所不同，水泵运行时间间隔也不尽相同，但PLC控制程序未对渗漏排水泵设置运行超时报警、运行时间间隔过长报警等提示信息，不利于运行值班人员掌握当前渗漏水情况和渗漏排水泵运行效率情况。

2 优化措施

水电站的渗漏排水系统的控制相对比较简单，但却起到了非常重要的作用。若渗漏集水井积水不能及时有效地排出厂房外，极易造成水淹厂房事故，经济损失不可估量，所以提出以下优化措施。

(1) 增设设备。目前，水电站计算机监控系统均配置有公用现地控制单元(local control unit，LCU)，用于对全厂公用辅助设备的控制监视。可在渗漏集水井内再增设一只液位变送器，将水位信号直接传送至公用LCU系统，实现计算机监控系统对渗漏集水井水位信号的双重监视，这样在面对渗漏排水PLC系统故障或通信中断时，计算机监控系统上位机仍能对集水井实际水位进行监视，可大大提升水位信号监视的可靠性。

(2) 改进渗漏排水泵控制方式。将渗漏排水泵的“手动”和“自动”两种控制方式完全独立，取消渗漏排水泵的“手动”方式接入PLC程序控制，增加手动硬接线控制回路，这样在面对PLC故障等应急处置情况时，能够及时通过控制方式切换把手直接启动水泵，大幅缩短紧急情况下的故障处理时间。

(3) 改变运行信号接线方式。利用通信或硬接线方式将渗漏排水泵的“运行”信号接入公用LCU系统，由公用LCU系统对渗漏排水泵的运行状态进行二次逻辑判断，对现场渗漏排水泵的实际运行间隔和运行时长进行比较，在达到设定的阈值后提醒运行值班人员渗漏排水泵已长时间未运行或渗漏排水泵运行时间超时。

(4) 完善报警程序设计。针对渗漏排水泵超时未运行报警逻辑设计，在计算机监控系统上位机内增加渗漏排水泵超时未运行时间设定窗口(系统重启后自动置默认值)和显示窗口，由运行值班人员根据丰水期、枯水期或天气等实际情况进行设置。程序中增加相应的逻辑判断，即：设置“渗漏排水泵超时未运行”报警逻辑、“渗漏排水泵运行超时”报警逻辑以及“渗漏水量较大”报警逻辑。

① 若在设定时间内公用LCU系统未收到任意一台渗漏排水泵的运行信号，则发出“渗漏排水泵超时未运行” 报警信号，具体逻辑见图2，3。

图2 渗漏排水泵超时未运行时间阈值设定逻辑

② 在公用LCU系统中设定每台泵的运行时间阈值(根据渗漏排水泵实际运行时间设定)，任意一台水泵运行时间超过设定阈值，即发出“渗漏排水泵运行超时报警”信号，提醒运行值班人员可能是渗漏水量增加或渗漏排水泵效率降低，具体判断逻辑见图4。

图3 渗漏排水泵超时未运行报警逻辑

图4 渗漏排水泵运行超时报警逻辑

③ 在公用LCU系统内增加厂房渗漏水量计算逻辑，定时计算(例如：每10 min计算一次)渗漏水量，当渗漏水量大于单台水泵排水流量时，则发出“渗漏水量较大报警”信号，提醒运行人员提前手动启动主用或备用渗漏排水泵，消除因渗漏水量过大而渗漏排水泵排水不及时引起渗漏集水井水位继续上涨甚至水淹厂房事故。计算公式如下：

式中，S为渗漏集水井的截面积(m2)；H1为10 min前渗漏集水井水位(m)；H2为当前渗漏集水井水位(m)；Qp为单台渗漏排水泵的额定排水量(m3/h)。

3 结束语

综上所述，随着我国对水电站水淹厂房面临风险的不断关注和重视，在设法阻断外因(自然灾害等)造成水淹厂房的基础上，提出综合应用上述优化措施，可在很大程度上消除水电站厂房渗漏排水系统存在的安全隐患，有效解决因渗漏集水井排水不及时造成的水淹厂房问题，在维护水电站正常、安全、稳定的工作运转方面发挥积极的推动作用，也可推广应用至其他排水工程控制系统中。