翁昕
福建水口发电集团有限公司尤溪流域分公司，福建三明 365100
摘要：本文介绍街面电站地下厂房施工支洞排水控制系统工作原理，通过PLC控制排水泵自动启停实现施工支洞水位控制，提高排水泵日常运行的可靠性，并实现对排水系统的安全监控，避免水淹厂房等严重安全事故的发生，保障水电站发电机组设备的正常稳定运行。
关键词：水电站 排水泵 PLC控制 浮球液位开关 水位调节
1 概述
街面电站位于福建省三明市尤溪县西南部——尤溪上游均溪支流上，为尤溪流域开发的第一级龙头水电站。坝址以上流域面积1604km2，总库容18.24亿m3，为多年调节水库。电站装机2台，总装机容量300MW，设计多年平均发电量为3.6亿kW·h，枢纽主要建筑物包括拦河大坝、岸边溢洪道、引水发电系统，地下厂房及开关站等。
街面电站地下厂房施工支洞1号洞和2号洞均位于主交通洞内，工程完工后进行封堵，利用地势形成蓄水池。在山洞内道路两侧设排水沟与蓄水池连通，将山体渗漏水及厂房部分排水引排至蓄水池中，再用排水泵将蓄水排至洞外尾水处。若施工支洞出现异常来水或排水泵发生故障，蓄水池中水位上升过快，未能及时排水，将直接威胁水电站机组设备的安全，可能造成水淹厂房等严重安全事故。
2 排水系统设备布置
施工支洞蓄水池内汇集的山体渗漏水为酸性水。为适应该环境，在每个施工支洞泵房内装有2台防酸自吸泵（80FZB-45L）和1台防酸应急潜水泵（QS32-45/3-7.5）。其中1台自吸泵作为日常运行排水，另1台作为备用排水，每周轮换一次主备用水泵，潜水泵作为故障时紧急排水使用。共计6台排水泵分别通过6路长约450m的亚通PE110（耐压1.6MPa）排水管将蓄水排至主交通洞外尾水处。自吸泵流量为50m3/h,扬程为45m，功率为15kW,潜水泵流量为32 m3/h,扬程为45m，功率为7.5kW。1号洞自吸排水泵启动间隔为8h,运行时间为40min。2号洞自吸排水泵启动间隔为5h,运行时间为30min。
3 排水控制系统
3.1 排水控制系统简介
为确保排水系统的安全可靠运行，将可编程控制器PLC应用于施工支洞排水控制系统。PLC可通过控制4台自吸泵的自动启停，调节洞内蓄水池水位在设定范围内。该系统主要由排水泵控制屏和浮球液位开关组成。控制屏内装有PLC、电源空开、交流接触器、继电器等设备。排水泵控制屏作为街面电站的一个辅机现地LCU，通过光纤将PLC数据传送给计算机监控系统中的地下厂房公用LCU，实现数据的采集和处理，以及对系统运行的安全监控。
3.2 排水泵启停控制方式
施工支洞1号、2号洞共4台自吸排水泵均设有“手动控制”和“PLC控制”两种启停方式，可通过排水泵控制屏上的转换开关实现启停方式的切换。转换开关设有水泵运行的四种状态：手动、自动、备用和切除。若切换为“手动”运行状态即选择“手动控制”，可直接控制主回路使自吸排水泵启动，切换为“切除”则手动停泵。若切换为“自动”或“备用”这两种运行状态即选择“PLC控制”。
3.3 PLC控制排水泵启停原理
PLC作为以微处理器为基础的控制装置，通过数字量输入、输出模块将外部电气部件和处理器单元CPU相联系，由输入模块接收和采集输入信号，再由输出模块实现设备监控。本例中，排水泵控制屏上:转换开关、水泵运行指示灯、水泵电源监视、浮球液位开关及故障复归按钮等器件提供开关量输入信号，开关量输出信号通过继电器输出，可控制自吸排水泵电动机启停，也可通过控制屏上指示灯显示故障信号及水位状态。
3.4 施工支洞蓄水池水位信号采集
根据所设定的自吸排水泵启动与停止的水位差，分别在施工支洞1号、2号洞蓄水池中悬挂安装三个不同高度的单点式控制浮球（诺尔塔M2）。如图示，1号、2号浮球控制排水泵启动，3号浮球控制排水泵停机。浮球中的液位开关均为常开接点开关，当水位上升至2号浮球倾倒，开关导通，向PLC发信 “水位升高”；当水位继续上升至1号浮球倾倒，开关导通，向PLC发信“水位过高”；当水位下降至3号浮球恢复悬直状态，开关导通，向PLC发信“水位恢复”，这三个水位信号作为PLC的开关量输入信号。分别用2根7芯控制电缆，将1号、2号洞的浮球液位开关的水位信号输出端连接至PLC开关量的输入接口，经过CPU处理，PLC再通过继电器输出控制自吸排水泵的启停。
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3.5 排水泵启停控制流程
（1）首先，PLC需判断当前自吸排水泵的工作方式，并确认每台排水泵是设定为工作泵或备用泵；
（2）当水位上升至2号浮球液位开关导通时，PLC接收到“水位升高”信号，启动工作泵；
（3）当水位上升至1号浮球液位开关导通时，PLC接收到“水位过高”信号，向监控系统发信：水位过高，同时启动工作泵；
（4）当水位到达工作泵启动水位时，若出现工作泵故障无法启动，则PLC立即启动备用泵并向监控系统发信：工作泵启动异常；
（5）若工作泵启动后，在运行过程中出现电机异常、或长时间运行后水位仍未恢复，则向监控系统发信，并停止工作泵、启动备用泵；
（6）若备用泵无法启动，则向监控系统发信：备用泵控制回路断线；
（7）若备用泵启动后，在运行过程中出现电机异常、或长时间运行后水位仍未恢复，则向监控系统发信，并停止备用泵；
（8）若工作泵或备用泵运行一段时间后，水位下降至3号浮球液位开关导通， PLC接收到“水位恢复”信号，工作泵或备用泵停机。
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4 结语
将PLC自动控制技术应用于街面电站地下厂房施工支洞排水控制系统，使系统具有较高的可靠性和灵活性，并能时时监控系统的安全运行。目前该系统排水效果良好，能有效控制施工支洞蓄水池水位。之后将继续完善对排水控制系统的管理，加强水淹厂房等安全事故的防范措施，为维护水电站的安全稳定运行起到积极作用。
参考文献
[1] 王颖.浅析南水北调洪泽泵站积水廊道水位控制系统[J].居舍，2018,33：167
[2] 叶亮.水电站渗漏排水系统的升级改造[J].科技创新与应用，2020，06：123-124