水電站水淹廠房風(fēng)險(xiǎn)要素分析及處理方案

黃赟軻

（廣東粵電新豐江發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 河源 517000）

在水電站運(yùn)行過(guò)程中水淹廠房危害極大，易造成裝置浸水、設(shè)備短路或線路停運(yùn)，其停電時(shí)間長(zhǎng)、故障損失大，嚴(yán)重時(shí)甚至造成人員傷亡。尤其是我國(guó)東南部沿海地區(qū)，其梅雨季節(jié)降雨量較多，山洪、泥石流災(zāi)害頻發(fā)。一旦沖擊水電站，可引起突發(fā)性水患，造成水淹廠房事故。基于此，應(yīng)針對(duì)水電站的地理空間信息，設(shè)計(jì)水淹廠房監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)防控和應(yīng)急處置，以提升水電站運(yùn)行的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 水電站概況

新豐江水電站位于廣東省河源市，于1960年10月建成并投入使用，共裝有4臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)355 MW。

新豐江水電站是廣東省最大的常規(guī)水力發(fā)電站，其中，發(fā)電機(jī)層高程為44.75 m，水輪機(jī)層高程為39.00 m，伸縮節(jié)廊道高程為31.00 m，集水井高程為25.50 m；水泵最大排水能力為1 177 m3/h。

2 水電站水淹廠房風(fēng)險(xiǎn)要素分析

新豐江水電站投入運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，排水管路老化情況較為嚴(yán)重，在惡劣天氣或管道銹蝕后，很容易引發(fā)水淹廠房事故。梳理近5年來(lái)的水電站事故臺(tái)賬，發(fā)現(xiàn)水電站重大事故災(zāi)害中水淹廠房概率達(dá)到5.8%，遠(yuǎn)超水電站其他事故類(lèi)別。上述事故中約70%為暴雨導(dǎo)致，30%為管路漏水造成。新豐江水電站水淹廠房風(fēng)險(xiǎn)要素具體情況如表1所示。

表1 新豐江水電站水淹廠房風(fēng)險(xiǎn)要素

環(huán)境要素。暴雨天氣容易導(dǎo)致新豐江水電站上下游水位上漲，超過(guò)安全水位后可能導(dǎo)致水淹廠房。同時(shí)，暴雨天氣還容易造成山體滑坡、泥石流等，使新豐江水電站排水溝阻塞，導(dǎo)致水電站水位暴漲，致使水淹廠房。

設(shè)備要素。新豐江水電站已投入使用達(dá)64年，水路管道及排水裝置檢修更換中存在諸多隱蔽風(fēng)險(xiǎn)，在檢修過(guò)程中須全面重視。

人員要素。人員操作不當(dāng)時(shí)可能導(dǎo)致管道破裂、孔隙漏水等，進(jìn)而導(dǎo)致水淹廠房。這類(lèi)事故在同類(lèi)水電站中屢次發(fā)生，須進(jìn)一步加強(qiáng)檢修培訓(xùn)，保證操作的科學(xué)性和規(guī)范性。

3 水電站水淹廠房監(jiān)測(cè)處理方案

3.1 在線監(jiān)測(cè)

新豐江水電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合供水管道和排水管道情況，設(shè)置8類(lèi)水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)。然后再利用智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)判斷水淹廠房的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)[1-2]。

明確水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)集水井水位；伸縮節(jié)廊道水位；水車(chē)室頂蓋水位；水電站旁通閥廊道供水管道，90 m高程處的平臺(tái)供水管道，大壩左右岸供水管道水位；廠房排水溝水位；廠房尾水水位；伸縮節(jié)鋼管或供水管路水位；鋼管人孔或尾水人孔水位[3]。

構(gòu)建在線監(jiān)測(cè)站。監(jiān)測(cè)站由信號(hào)采集、通信傳輸和應(yīng)用系統(tǒng)3部分組成。在線監(jiān)測(cè)時(shí)將水位傳感器分別置于8類(lèi)水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用于采集實(shí)時(shí)水位數(shù)據(jù)[4]。前端信號(hào)經(jīng)無(wú)線傳輸模塊上傳到ARM處理器，由專(zhuān)家診斷系統(tǒng)評(píng)估，診斷是否存在水淹廠房的風(fēng)險(xiǎn)，如圖1所示。

圖1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

采集模塊主要包括水位傳感單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)放大器。在水位傳感器獲取水位信息后，須進(jìn)行信號(hào)放大并降噪處理，最大限度降低由環(huán)境引起的信號(hào)干擾[5]。該操作過(guò)程中應(yīng)根據(jù)信號(hào)處理流程選擇對(duì)應(yīng)接口，同時(shí)設(shè)置client/server通信服務(wù)模式實(shí)現(xiàn)內(nèi)外通信傳輸，利用ACSI標(biāo)準(zhǔn)與變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接，從而形成完整的信號(hào)采集通道，以提升水位監(jiān)測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，在信號(hào)采集過(guò)程中還采集地理信息系統(tǒng)中關(guān)鍵數(shù)據(jù)，結(jié)合環(huán)境參數(shù)、空間參數(shù)等，為水淹廠房診斷提供全面參考依據(jù)。

通信單元主要包括UART接口、ZigBee無(wú)線接口、USB接口、Wi-Fi接口等。水電站中采用有線通信施工難度大、成本高，故本次水淹廠房在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用ZigBee和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)無(wú)線信號(hào)發(fā)射器和接收器，實(shí)現(xiàn)信息的可靠傳輸。同時(shí)，為保證接收效果，在信號(hào)傳輸過(guò)程中對(duì)模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過(guò)ARM處理器將傳輸?shù)降哪M量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，并通過(guò)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行8類(lèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位數(shù)據(jù)整理和打包[6]。

應(yīng)用單元主要包括ARM處理器、存儲(chǔ)模塊、電源模塊和用戶終端。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸RM處理器后直接預(yù)處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)歸集和分類(lèi)。然后再傳輸?shù)接脩艚K端中，通過(guò)專(zhuān)家診斷模型和水淹廠房歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能診斷，確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)及水淹廠房特征值，判斷是否存在水淹廠房的可能性，展開(kāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和事故處置[7]。

3.2 防控處理

3.2.1 事前防控

建立水淹廠房風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制，對(duì)水電站運(yùn)行情況進(jìn)行日常性檢查和階段性檢修，消除水電站供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)的漏水隱患；形成水淹廠房后勤搶險(xiǎn)小組，由3級(jí)管理人員參與，選取經(jīng)驗(yàn)豐富的檢修人員為主力，就歷年來(lái)的水淹廠房事故進(jìn)行演習(xí)，對(duì)應(yīng)急演練情況進(jìn)行打分，增強(qiáng)人員風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)和事故處理能力，最大限度避免同類(lèi)事故發(fā)生。

如2023年新豐江水電站針對(duì)“1號(hào)機(jī)鋼管排水閥法蘭爆裂，大量噴水，水泵室大量進(jìn)水，集水井水位快速上升并很快淹沒(méi)水泵室地面”的險(xiǎn)情展開(kāi)應(yīng)急演練，按照“判斷—匯報(bào)—緊急處理—指揮組織—人員安排—事故處理—人員疏散—現(xiàn)場(chǎng)管制—應(yīng)急預(yù)案”流程進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定各項(xiàng)完成情況，指出應(yīng)急演練中的不足之處，從而提升水淹廠房事故的防控效果。

3.2.2 事中管控

水電站運(yùn)行過(guò)程中若出現(xiàn)排水不暢、滲水冒水等問(wèn)題時(shí)，應(yīng)針對(duì)具體情況及時(shí)展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)管控，如：

排水溝阻塞時(shí)，搶險(xiǎn)人員應(yīng)第一時(shí)間關(guān)閉發(fā)電機(jī)層安裝間上游側(cè)卷閘門(mén)和下游2個(gè)側(cè)門(mén)，對(duì)廠房及外部水溝進(jìn)行疏通，加快排水速度。

尾水水位過(guò)高時(shí)，搶險(xiǎn)人員應(yīng)及時(shí)用木頭、沙包等對(duì)水輪機(jī)層排水口進(jìn)行封堵，將蓄電池室門(mén)前至尾水門(mén)側(cè)、蓄電池室下尾水門(mén)嚴(yán)密封堵，避免出現(xiàn)漏水和冒水現(xiàn)象。

集水井淹沒(méi)時(shí)，運(yùn)行當(dāng)值人員應(yīng)將LCU7柜上的1、2、3、4號(hào)排水泵操作條件開(kāi)關(guān)放“切”位，啟動(dòng)伸縮節(jié)廊道的緊急備用泵排水；若排水效果欠佳，則須進(jìn)一步人工排水。

伸縮節(jié)鋼管或供水管路、鋼管人孔或尾水人孔爆裂大量漏水時(shí)，運(yùn)行當(dāng)值迅速判斷是哪臺(tái)機(jī)組鋼管或尾水人孔破裂，立即手按中央控制室或LCU柜的“緊急停機(jī)下閘”按鈕，進(jìn)行緊急停機(jī)和下閘門(mén)，并關(guān)閉水系統(tǒng)和伸縮節(jié)鋼管處供水閥，啟動(dòng)排水泵和緊急備用泵。

尾水人孔或鋼管人孔大量漏水時(shí)，應(yīng)逐一檢查工作閘門(mén)和旁通閥是否就位，然后啟用排水泵和緊急備用泵。若漏水量太大，須切斷來(lái)水并停機(jī)，直至檢修完畢后重新投入運(yùn)行。

水輪機(jī)室大量冒水、水從水輪機(jī)室溢出時(shí)，運(yùn)行當(dāng)值人員應(yīng)立即在中央控制室或LCU柜遠(yuǎn)方落下該臺(tái)機(jī)組進(jìn)水口工作閘門(mén)至底部，切開(kāi)機(jī)組漏油泵動(dòng)力電源開(kāi)關(guān)；然后再安裝臨時(shí)抽水泵，直至積水全部排走后，進(jìn)行水輪機(jī)組檢修。

在旁通閥廊道供水管道、90 m高程處的平臺(tái)供水管道、大壩左、右岸供水管道爆裂大量漏水時(shí)，應(yīng)先確定供水管道破裂區(qū)域，然后到現(xiàn)場(chǎng)檢查積水情況，有針對(duì)性地停機(jī)檢修。

3.2.3 事后處理

水淹廠房事故發(fā)生后應(yīng)建立專(zhuān)項(xiàng)臺(tái)賬，對(duì)本次事故情況、風(fēng)險(xiǎn)要素、管控措施等進(jìn)行詳細(xì)記錄，以便于同類(lèi)型事故再次發(fā)生時(shí)有效應(yīng)對(duì)，最大限度降低由該類(lèi)事故造成的水淹損失。此外，在事故處理完畢后，還須進(jìn)行事故反思，就水淹廠房處置方式進(jìn)行交流和總結(jié)，不斷優(yōu)化和完善風(fēng)險(xiǎn)防控預(yù)案，為水電站運(yùn)維管理提供有效參考依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

水電站運(yùn)維管理過(guò)程中應(yīng)全面重視水淹廠房事故，構(gòu)建水淹廠房在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，就水電站水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水位變化情況，分析是否存在水淹廠房的風(fēng)險(xiǎn)并及時(shí)應(yīng)對(duì)。針對(duì)水淹廠房事故，不斷規(guī)范和完善應(yīng)急處置程序，建立快速、有效的應(yīng)急救援機(jī)制，形成科學(xué)、高效的應(yīng)急處置預(yù)案，這樣才能夠確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)防和減少突發(fā)事件造成的人身傷害、財(cái)產(chǎn)損失和社會(huì)影響。