葉 劍，范小波

(四川華能康定水電有限責(zé)任公司，四川 甘孜 626000)

0 引言

滲漏排水系統(tǒng)一般由滲漏集水井、可編程控制器(programmable logic controller，PLC)控制系統(tǒng)、滲漏排水泵及其配套管路閥門等組成，用于將廠房內(nèi)水工建筑物滲水、機(jī)組頂蓋與主軸密封漏水、壓力鋼管伸縮節(jié)漏水及供排水閥門管件滲漏水等及時(shí)排至廠房外，其可靠運(yùn)行是水電站安全運(yùn)行的前提和保障。隨著新型水電的建設(shè)和發(fā)展，提高滲漏排水系統(tǒng)及其水位監(jiān)視設(shè)備設(shè)置的合理性和可靠性，可在一定程度上防止發(fā)生水淹廠房事故。

1 滲漏排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 系統(tǒng)主要設(shè)備及控制方式

1.1.1 滲漏排水PLC控制屏

滲漏排水PLC控制屏由PLC、繼電器、接觸器、低壓配電器等設(shè)備組成，PLC的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)系統(tǒng)信號(hào)的采集、邏輯判斷、輸出控制信號(hào)，并與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)通過通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換后為運(yùn)行人員提供運(yùn)行監(jiān)視信號(hào)。

1.1.2 滲漏集水井水位控制信號(hào)

滲漏集水井水位控制信號(hào)由4只浮子開關(guān)(開關(guān)量信號(hào))和1只液位變送器(模擬量信號(hào))組成，詳見圖1。模擬量和開關(guān)量信號(hào)均直接接入PLC，為自動(dòng)啟停滲漏排水泵提供水位控制信號(hào)，當(dāng)集水井水位上升到H1處時(shí)，主用水泵啟動(dòng);集水井水位上升到H2處時(shí)，輔助水泵啟動(dòng);集水井水位上升到H3處時(shí)，備用水泵啟動(dòng)且系統(tǒng)發(fā)出水位過高報(bào)警;集水井水位下降到H0處時(shí)，水泵停止運(yùn)行。

圖1 滲漏集水井水位控制信號(hào)

1.1.3 滲漏排水泵控制方式

滲漏排水泵設(shè)置有“自動(dòng)”“手動(dòng)”和“切除”三種控制方式，通過控制把手進(jìn)行切換，三種控制方式均通過可編程控制器進(jìn)行邏輯判斷后發(fā)出啟動(dòng)/停止命令。在“自動(dòng)”方式下，水泵通過浮子開關(guān)和液位變送器提供的水位信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)啟停；在“手動(dòng)”方式下，只要滲漏集水井水位不低于H0(停泵水位)，水泵即啟動(dòng)運(yùn)行，直至水位降低至H0時(shí)停止運(yùn)行；在“切除”方式下，水泵停止運(yùn)行。

1.2 存在的不足

(1) 滲漏集水井水位監(jiān)視和報(bào)警信號(hào)均接入同一PLC裝置，在PLC系統(tǒng)故障或與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)通信中斷時(shí)，運(yùn)行值班人員將失去對(duì)滲漏集水井水位及滲漏排水泵運(yùn)行情況的監(jiān)視。特別是在PLC假在線的情況下，會(huì)向計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)發(fā)送假數(shù)據(jù)，給運(yùn)行值班人員監(jiān)視造成干擾。

(2) 滲漏排水泵“手動(dòng)”“自動(dòng)”兩種控制方式未相互獨(dú)立，均由PLC進(jìn)行控制，即使在控制電源、動(dòng)力電源正常的情況下，一旦遇到PLC系統(tǒng)故障，現(xiàn)場也無法直接通過控制方式切換把手啟動(dòng)水泵，不利于緊急情況下的故障處理。

(3) 因季節(jié)性差異，在豐水期和枯水期豐水期包括雨天，廠房滲漏水量有所不同，水泵運(yùn)行時(shí)間間隔也不盡相同，但PLC控制程序未對(duì)滲漏排水泵設(shè)置運(yùn)行超時(shí)報(bào)警、運(yùn)行時(shí)間間隔過長報(bào)警等提示信息，不利于運(yùn)行值班人員掌握當(dāng)前滲漏水情況和滲漏排水泵運(yùn)行效率情況。

2 優(yōu)化措施

水電站的滲漏排水系統(tǒng)的控制相對(duì)比較簡單，但卻起到了非常重要的作用。若滲漏集水井積水不能及時(shí)有效地排出廠房外，極易造成水淹廠房事故，經(jīng)濟(jì)損失不可估量，所以提出以下優(yōu)化措施。

(1) 增設(shè)設(shè)備。目前，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)均配置有公用現(xiàn)地控制單元(local control unit，LCU)，用于對(duì)全廠公用輔助設(shè)備的控制監(jiān)視?？稍跐B漏集水井內(nèi)再增設(shè)一只液位變送器，將水位信號(hào)直接傳送至公用LCU系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)滲漏集水井水位信號(hào)的雙重監(jiān)視，這樣在面對(duì)滲漏排水PLC系統(tǒng)故障或通信中斷時(shí)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)仍能對(duì)集水井實(shí)際水位進(jìn)行監(jiān)視，可大大提升水位信號(hào)監(jiān)視的可靠性。

(2) 改進(jìn)滲漏排水泵控制方式。將滲漏排水泵的“手動(dòng)”和“自動(dòng)”兩種控制方式完全獨(dú)立，取消滲漏排水泵的“手動(dòng)”方式接入PLC程序控制，增加手動(dòng)硬接線控制回路，這樣在面對(duì)PLC故障等應(yīng)急處置情況時(shí)，能夠及時(shí)通過控制方式切換把手直接啟動(dòng)水泵，大幅縮短緊急情況下的故障處理時(shí)間。

(3) 改變運(yùn)行信號(hào)接線方式。利用通信或硬接線方式將滲漏排水泵的“運(yùn)行”信號(hào)接入公用LCU系統(tǒng)，由公用LCU系統(tǒng)對(duì)滲漏排水泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行二次邏輯判斷，對(duì)現(xiàn)場滲漏排水泵的實(shí)際運(yùn)行間隔和運(yùn)行時(shí)長進(jìn)行比較，在達(dá)到設(shè)定的閾值后提醒運(yùn)行值班人員滲漏排水泵已長時(shí)間未運(yùn)行或滲漏排水泵運(yùn)行時(shí)間超時(shí)。

(4) 完善報(bào)警程序設(shè)計(jì)。針對(duì)滲漏排水泵超時(shí)未運(yùn)行報(bào)警邏輯設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)內(nèi)增加滲漏排水泵超時(shí)未運(yùn)行時(shí)間設(shè)定窗口(系統(tǒng)重啟后自動(dòng)置默認(rèn)值)和顯示窗口，由運(yùn)行值班人員根據(jù)豐水期、枯水期或天氣等實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。程序中增加相應(yīng)的邏輯判斷，即：設(shè)置“滲漏排水泵超時(shí)未運(yùn)行”報(bào)警邏輯、“滲漏排水泵運(yùn)行超時(shí)”報(bào)警邏輯以及“滲漏水量較大”報(bào)警邏輯。

① 若在設(shè)定時(shí)間內(nèi)公用LCU系統(tǒng)未收到任意一臺(tái)滲漏排水泵的運(yùn)行信號(hào)，則發(fā)出“滲漏排水泵超時(shí)未運(yùn)行” 報(bào)警信號(hào)，具體邏輯見圖2，3。

圖2 滲漏排水泵超時(shí)未運(yùn)行時(shí)間閾值設(shè)定邏輯

② 在公用LCU系統(tǒng)中設(shè)定每臺(tái)泵的運(yùn)行時(shí)間閾值(根據(jù)滲漏排水泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)間設(shè)定)，任意一臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)間超過設(shè)定閾值，即發(fā)出“滲漏排水泵運(yùn)行超時(shí)報(bào)警”信號(hào)，提醒運(yùn)行值班人員可能是滲漏水量增加或滲漏排水泵效率降低，具體判斷邏輯見圖4。

圖3 滲漏排水泵超時(shí)未運(yùn)行報(bào)警邏輯

圖4 滲漏排水泵運(yùn)行超時(shí)報(bào)警邏輯

③ 在公用LCU系統(tǒng)內(nèi)增加廠房滲漏水量計(jì)算邏輯，定時(shí)計(jì)算(例如：每10 min計(jì)算一次)滲漏水量，當(dāng)滲漏水量大于單臺(tái)水泵排水流量時(shí)，則發(fā)出“滲漏水量較大報(bào)警”信號(hào)，提醒運(yùn)行人員提前手動(dòng)啟動(dòng)主用或備用滲漏排水泵，消除因滲漏水量過大而滲漏排水泵排水不及時(shí)引起滲漏集水井水位繼續(xù)上漲甚至水淹廠房事故。計(jì)算公式如下：

式中，S為滲漏集水井的截面積(m2)；H1為10 min前滲漏集水井水位(m)；H2為當(dāng)前滲漏集水井水位(m)；Qp為單臺(tái)滲漏排水泵的額定排水量(m3/h)。

3 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國對(duì)水電站水淹廠房面臨風(fēng)險(xiǎn)的不斷關(guān)注和重視，在設(shè)法阻斷外因(自然災(zāi)害等)造成水淹廠房的基礎(chǔ)上，提出綜合應(yīng)用上述優(yōu)化措施，可在很大程度上消除水電站廠房滲漏排水系統(tǒng)存在的安全隱患，有效解決因滲漏集水井排水不及時(shí)造成的水淹廠房問題，在維護(hù)水電站正常、安全、穩(wěn)定的工作運(yùn)轉(zhuǎn)方面發(fā)揮積極的推動(dòng)作用，也可推廣應(yīng)用至其他排水工程控制系統(tǒng)中。