水電廠防止水淹廠房事故的措施

林海波

（廣西桂冠電力股份有限公司大化水力發(fā)電總廠，廣西 桂林 530800)

1 概述

某水電廠的主廠房共安裝6臺單機容量均為32 MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量192 MW。電廠壩址以上的流域面積112 500 km2，其中電廠之間流域面積300 km2。電廠樞紐由混凝土重力壩、開敞式溢流壩、河床式廠房、船閘上閘首、船閘沖沙閘、砼刺墻壩、右岸接頭土石壩和開關(guān)站等組成，按50年一遇洪水設(shè)計、500年一遇洪水校核，永久建筑為3級建筑物。電廠正常蓄水位126 m，對應庫容僅6 950萬 m3，正常死水位125 m，尾水位116.7 m。大壩未設(shè)閘門，自由溢流。同時，水庫需對上游水電廠的日調(diào)節(jié)流量進行適當反調(diào)節(jié)，反調(diào)節(jié)庫容4 700萬 m3。

該水電廠廠房主要由94 m高程廊道、115 m高程運行下層、120 m高程運行上層、145 m高程電纜層、151 m高程控制層和160.1 m高程進廠壩頂?shù)冉M成。其中， 94 m高程廊道是廠房最低的部位之一，是防止水淹廠房的重點防范部位。151 m高程控制層則是設(shè)備控制、保護層，是電廠的中樞高程。該層上游側(cè)天井為敞開式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部經(jīng)樓梯、通道直接通往廠房，是發(fā)生特大暴雨天氣時防止水淹廠房的薄弱地帶。94 m高程廊道與115 m高程運行下層一起主要用于布置水輪發(fā)電機組過流部分設(shè)備以及廠房滲漏排水系統(tǒng)、檢修排水系統(tǒng)設(shè)備。

2 廠房排水系統(tǒng)組成

廠房排水系統(tǒng)由檢修排水系統(tǒng)、滲漏排水系統(tǒng)、雨水排水系統(tǒng)、生活污水排水系統(tǒng)等組成，各系統(tǒng)履行各自功能。其中，滲漏泵、檢修排水泵作為日常和檢修期的主要排水設(shè)備，安置在廠房最底層，極易發(fā)生水淹事故。

檢修排水系統(tǒng)主要負責抽排機組檢修時過水流道內(nèi)的積水。機組開展檢修前，首先關(guān)閉流道上、下游閘門，再打開機組上、下游流道的排水閥，這樣機組過水流道內(nèi)的水就通過流道排水閥排往檢修排水廊道，再由檢修排水泵將檢修排水廊道的水排往下游。該檢修排水系統(tǒng)共安裝了3臺排量為485 m3/h、揚程為34 m的離心式檢修水泵和1臺泥漿泵。水泵安裝在 93 m高程檢修排水泵房內(nèi)，水泵不設(shè)底閥。當待檢修排水廊道的水淹沒過檢修排水泵葉輪時，只有采用真空泵抽真空的方法，才可使檢修排水系統(tǒng)實現(xiàn)排水。

滲漏排水系統(tǒng)主要負責抽排廠房的滲漏水、機組及其他設(shè)備的漏水。廠房、機組的滲漏水通過各層地漏集中排到滲漏集水井內(nèi)，再由滲漏泵或深井泵將集水井的積水自動排往下游。該系統(tǒng)共安裝了2臺排量為160 m3/h、揚程為80 m的離心式水泵和2臺排量為130 m3/h、揚程為84 m的深井泵。離心式水泵安裝在93 m高程滲漏排水泵房內(nèi)，深井泵安置在115 m高程深井泵房。離心式水泵和深井泵通過水位傳感器實現(xiàn)自動排水功能。

雨水排水系統(tǒng)主要負責抽排145 m高程以上樓層和天井的雨水，151 m層天井的雨水則通過地漏自流到設(shè)在145 m高程的雨水集水井內(nèi)。當上游水位低于134 m高程時，雨水集水井內(nèi)的積水可自流至上游；當上游水位高于134 m高程時，關(guān)閉雨水集水井自流閥門，雨水集水井內(nèi)的積水可通過雨水泵排往上游。

生活污水排水系統(tǒng)主要負責抽排廠房內(nèi)各層的生活污水。各層的生活污水通過排污管路匯集至污水集水井內(nèi)，再通過110 m高程的1臺污水泵和2臺潛污泵排至下游。污水泵和潛污泵通過水位傳感器實現(xiàn)自動排水功能，方便可靠。

3 水淹廠房的可能性分析

根據(jù)燈泡貫流式廠房及機組的結(jié)構(gòu)，可知發(fā)生大量漏水造成水淹廠房的可能情況如下：

(1) 水輪機內(nèi)導環(huán)與內(nèi)導水錐的48顆把合螺栓整體斷裂；

(2) 單機主軸密封止水整體失效；

(3) 機組檢修期發(fā)生閘門水封崩脫特大事故；

(4) 機組水輪機重錘墜落，導致機組上、下游流道排水管破壞；

(5) 轉(zhuǎn)輪室人孔門的螺桿整體斷裂，或轉(zhuǎn)輪室人孔門全部打開；

(6) 發(fā)電機吊物孔蓋板的螺桿整體斷裂，致使上游河水從吊物孔蓋縫隙中流出；

(7) 電廠區(qū)域發(fā)生特大暴雨天氣，且持續(xù)時間較長，雨水通過廠房門口、廠房地漏、樓梯口等倒灌入廠房。

4 防止水淹廠房的措施

電廠發(fā)生漏水時，滲漏泵、深井泵僅能控制水進廠房造成的水位緩慢上漲等情況，對突發(fā)性大量漏水事故無法控制，特別是在滲漏泵被淹后，僅剩2臺深井泵能夠排水，將不可避免水淹廠房的情況出現(xiàn)。因此，工作人員亟需研究應對措施，以盡量減少或避免水淹廠房造成的損失。

4.1 提升機組運行工況監(jiān)控手段

實時掌握機組的運行工況，特別是加強對機組主要受力部件、關(guān)鍵轉(zhuǎn)動部件、過水流道部件的日常監(jiān)控檢查和檢修維護力度，確保機組各關(guān)鍵部件安全，使其健康運行。

(1) 增設(shè)機組在線實時監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測機組的振擺情況。機組投產(chǎn)后曾出現(xiàn)運行水頭低、機組振動大的情況，為了實時掌握機組運行工況的變化趨勢，及時發(fā)現(xiàn)機組運行的異常情況，增設(shè)了機組在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測機組發(fā)導、水導、燈泡頭等重點部位的振動和擺度。當機組振動和擺度超標時，在線監(jiān)測系統(tǒng)會及時發(fā)信告警，從而方便運行人員迅速采取措施。

(2) 增設(shè)工業(yè)電視系統(tǒng)，全方位監(jiān)控機組重點關(guān)鍵部位的運行工況。由于該水電廠的建廠理念是“無人值班、少人值守”，正常生產(chǎn)前只有2名運行人員值班，常規(guī)的監(jiān)控手段無法滿足日益提高的安全需求，因此在廠房內(nèi)部增設(shè)了工業(yè)電視系統(tǒng)。運行人員只要輕觸工業(yè)電視系統(tǒng)監(jiān)盤的按鈕，就可全方位監(jiān)控設(shè)備的運行情況。該廠設(shè)置了48個工業(yè)電視監(jiān)控點，其中用于監(jiān)控機組部分的工業(yè)電視攝像頭20個，并在發(fā)生漏水的部位，如主軸密封部位、機組機坑部位等處，增加了漏水報警探頭和自動送工業(yè)電視畫面功能，確保發(fā)生機組漏水時監(jiān)控系統(tǒng)能及時報警，從而方便運行人員及時發(fā)現(xiàn)和處置。

(3) 對機組主要受力部件螺栓進行定位處理，方便日常監(jiān)控。為全面把控機組主要受力部件螺栓的變化情況，結(jié)合機組檢修狀況，電站對機組所有主要受力部件的螺栓進行定位標志，方便運行、檢修維護人員在日常的巡回檢查過程中監(jiān)視螺栓的緊固情況。若發(fā)現(xiàn)螺栓定位標志有變化，說明螺栓可能有所松動，應根據(jù)變化情況及時制定處理措施，避免設(shè)備異常擴大。

(4) 在機組檢修期間，將機組主要受力部件螺栓的疲勞情況、松動情況、無損探傷等作為重點監(jiān)控項目進行處理。根據(jù)監(jiān)控情況，結(jié)合機組大、小修周期，制定機組主要受力部件螺栓的檢修項目，保證機組主要受力螺栓不帶病運行、不超期服役。

(5) 加強日常運行分析，及時了解機組運行工況。做好機組振動、擺度的日常趨勢分析，根據(jù)運行趨勢的發(fā)展過程及時調(diào)整運行工況，確保機組在最佳工況下運行；做好機組漏水量的日常分析，及時分析判斷出機組漏水部位的運行狀況；做好排水系統(tǒng)的日常分析，通過分析廠房排水系統(tǒng)的啟停間隔、排水時間的變化情況，判斷排水系統(tǒng)的工作狀況好壞，確保時刻跟進機組的運行狀況。

4.2 完善關(guān)鍵部位螺栓的監(jiān)控方法

對容易發(fā)生螺栓斷裂的重點部位，進行技術(shù)革新和技術(shù)攻堅，不斷完善關(guān)鍵部位螺栓的監(jiān)控方法，降低發(fā)生水淹廠房的風險。

(1) 在內(nèi)導環(huán)與內(nèi)導水錐把合螺栓處加裝螺栓護環(huán)，將內(nèi)導水錐與內(nèi)導環(huán)緊固的48顆把合螺栓做限位保護，防止把合螺栓斷裂或松脫后從螺孔脫出，以達到限制螺栓斷裂后的漏水量、降低水淹廠房風險的目的。

(2) 為方便監(jiān)控水輪機與大軸連接螺栓斷裂，在主軸密封支撐板上增設(shè)1套實時探測水輪機與大軸連接螺栓的裝置，以判定兩者是否斷裂松脫。采用密封并有破斷口水管作探頭，一旦連接螺栓斷裂松脫時打斷水管，水流通過水管引出啟動傳感器后直接噴出，并將信號接入監(jiān)控系統(tǒng)報警，方便運行人員提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，提早采取應急措施，防止事故發(fā)展、擴大。

(3) 在重錘和調(diào)速環(huán)連接桿處加裝1組承重鋼絲繩，確保重錘與調(diào)速環(huán)連接桿斷裂后仍然有鋼絲繩承受重錘的重力，防止重錘跌落砸破機組流道排水管，進而造成水淹廠房。

4.3 優(yōu)化排水系統(tǒng)電源的供電方式

增設(shè)柴油發(fā)電機組，提高排水系統(tǒng)電源供電的可靠性，確保水進廠房時排水系統(tǒng)水泵的用電安全。

為防止全廠停電造成水淹廠房，該水電廠在160 m高程增設(shè)了1臺容量為260 kW的柴油發(fā)電機組，并將其接入廠用系統(tǒng)400 VⅠ和Ⅳ段。當全廠停電時，可通過啟動柴油發(fā)電機組發(fā)電，保證廠房排水系統(tǒng)的臨時供電。同時，為降低排水系統(tǒng)電機電源被淹的風險，并實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，該廠對滲漏排水系統(tǒng)、 檢修排水系統(tǒng)的電源屏進行了優(yōu)化改造，抬高滲漏排水泵、檢修排水泵的電源屏安裝位置，優(yōu)化電源的變頻啟動和軟啟動。

4.4 提高廠房排水系統(tǒng)的排水能力

通過改造升級廠房的排水系統(tǒng)，確保發(fā)生廠房漏水時能有效控制廠房積水，降低發(fā)生水淹廠房的風險，避免發(fā)生重大事故。

(1) 對檢修排水泵系統(tǒng)進行了如下改造，使檢修排水泵能充分發(fā)揮其排水量大的作用。

① 將檢修排水泵的揚程提高，由原來的34 m改為現(xiàn)在的53 m，使水泵排量增大。

② 將檢修排水泵由無底閥改為有底閥，實現(xiàn)檢修排水泵快速啟動抽排水的功能。

③ 將檢修排水泵由原來只能現(xiàn)場手動啟動，改為現(xiàn)場手/自動和遠程手動啟動等多種控制方式，實現(xiàn)對檢修排水泵的多方式控制。

④ 提高檢修排水泵房門口進水高度，改造檢修排水泵房的地漏結(jié)構(gòu)，降低水進廠房時水淹檢修排水泵房的概率。

(2) 在廠房內(nèi)增設(shè)應急排水泵，提高廠房應急排水的能力。通過對發(fā)生水淹廠房漏水情況、現(xiàn)有排水泵排量以及排水系統(tǒng)管路走向的綜合分析，制定出在廠房內(nèi)利用現(xiàn)有排水管路和排水渠道的方式，增設(shè)12臺應急排水泵的方案，從根本上提高廠房排水系統(tǒng)的排水能力。

5 結(jié)束語

自然災害、發(fā)電設(shè)備設(shè)施故障均可導致水流大量涌入廠房，倘若處理不當就會造成水淹廠房，引起重、特大人身傷亡和設(shè)備嚴重損壞事故。該水電廠通過總結(jié)水淹廠房事故的經(jīng)驗教訓，加強日常管理、技術(shù)監(jiān)控和技術(shù)改造，給出切合實際的應對措施，提高防止水淹廠房事故的能力，并制定了相應的預案，也為其他電廠提供了參考。

1 DL/T5066—1996．水力發(fā)電廠水力機械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S]．北京：中國標準出版社，1996．