2025無人水電站運行風險分析與應急管控策略研究

無人水電站運行風險分析與應急管控策略研究目錄TOC\o"1-3"\h\u11341無人水電站運行風險分析與應急管控策略研究 130886 引言 327705 329336１２ 415209２ 43997２１ 532701２ 516150２ 54109２ 530097２ 火 527517２ 518243２ 510372２ 624438２ 616688 61095３ 620064泄洪設(shè)施是水電站防汛保壩的關(guān)鍵部分? 74453３３ 74631３４ 727055３ 828943３ 87909３ 815922３ 818379３ 83759 8106４２ 817333４ 911604 結(jié)論 11 引言水電站一般地處偏僻地段?生產(chǎn)環(huán)境十分艱苦?對無人化運行的訴求尤為強烈?相較于有人值守的水電站?無人水電站正常運行的經(jīng)濟性和工作的可靠性都有很大提升?近年來?自動化[１]、數(shù)字化、智能化技術(shù)的發(fā)展?也為實現(xiàn)無人水電站奠定了基礎(chǔ)?但是?水電站異常事故的發(fā)生?不僅會對正常發(fā)電產(chǎn)生影響?甚至還會影響周邊城鎮(zhèn)和下游城市的安全?因此?開展無人水電站的運行風險研究十分必要?諸多學者針對無人水電站開展了研究?如蔣亮[２]研究了無人化運行條件下的水電站自動控制系統(tǒng)?周佳銘等[３]探討了保障水電站無人化運行的多系統(tǒng)聯(lián)動控制模式?伍英偉[４]針對無人水電站的運行管理模式進行了深入研究?上述研究多關(guān)注無人水電站的正常運行?而較少針對其面臨的風險開鑒于此?筆者擬以風險分析、預防措施和應急響應為切入點?研究無人水電站的異常狀態(tài)和風險防范?從風險識別分析出發(fā)?以深溪溝水電站為例?并以無人水電站的運行管理模式為基礎(chǔ)?以確保４大安全為前提?提出對應性的風險預防措施?設(shè)計應急響應流程?建立風險分級管控機制?以期為保障無人水電站安全運行提供一定的參考? １ 國能大渡河公司圍繞流域梯級水電站群的開發(fā)建設(shè)與運行?提出以風險量化、危險分級、責任定人為主要內(nèi)容的安全風險分級管控體系?圍繞危險源感知識別、風險等級評價、預防和應急分級管控多方面開展了大量研究?有效解決了環(huán)境災害監(jiān)測、作業(yè)安全監(jiān)督等方面的安全管理問題[５]?大渡河公司的深溪溝水電站作為一般水電站的典型代表性?具有河流性氣候難以預測、山體坡度陡峭、峽谷風大易落石、防洪庫容小等特點?同時?深溪溝水電站在智慧電廠建設(shè)的基礎(chǔ)上?已具備無人電站新型水電生產(chǎn)管理模式的技術(shù)條件?智能自主運行能力日趨成熟?

綜上?在水電站無人化運行條件下?針對極端因素影響形成的系統(tǒng)性風險防范與應急響應研究尚處空白?亟待通過進一步的風險識別分析?制定更為適用的預防措施和應急策略?１２基于大渡河公司整體安全管控體系建設(shè)?以深溪溝無人水電站為例?開展極端條件和無人值守情況下?無人水電站的運行風險的識別分析、預防措施、應急響應３個方面的研究??構(gòu)建以過去－現(xiàn)在－將來”間維度?考慮安全隱患等外在因素?以人－機－管為內(nèi)在基本要素建立運行安全風險識別分析模型[６]①因素分析?選取包括時間維度、空間維度、對象維度、狀態(tài)維度進行綜合評價分析?②指標選擇?基于系統(tǒng)性和層次性、全面性和概括性、定量和定性、動態(tài)和靜態(tài)、科學性和可比性結(jié)合的原則開展風險定義和選擇?③分級評估?根據(jù)預警事件對安全、健康、環(huán)境影響開展定性定量分析?并結(jié)合概率分析抽取形成安全風險事件?在無人水電站風險識別分析基礎(chǔ)上?對應性地制定預防措施?主要思路為:①確定保護目標?基于水電站無人值守情況確定各類風險條件下要達到的防范目標?②確定風控類別?根據(jù)各類風險特性?制定合適的預防、控制、轉(zhuǎn)移以及應急措施?③制定具體預防措施?制定合適３)應急響應機制?風險事件發(fā)生時?建立無人水電站條件下應急響應機制的主要思路為:①響應機制研究?分系統(tǒng)自主、遠程協(xié)助和現(xiàn)場指揮３道內(nèi)容?②應急流程研究?制定不同類型風險的應急響應流程和分工體系?③分級管控指揮?在風險事２無人水電站風險分類如圖１所示?在極端條件與無人值守情況下?考慮深溪溝實際并基于因素－時間－狀態(tài)－空間多維度?建立包括洪水漫壩、設(shè)備故障、９大類多維度－多因子－全要素”運行風險指標?并在此基礎(chǔ)上開展風１２１１)泄洪設(shè)施故障或未及時啟動正常運行方式下水電站帶滿負荷時?根據(jù)入庫流量及時調(diào)整泄洪設(shè)施閘門開度?確保入庫流量等于出庫流量?若水輪發(fā)電機組事故停機?不及時調(diào)整泄洪設(shè)施閘門開度?易造成漫壩?根據(jù)深溪溝庫容、設(shè)計水位、來水、以及機組停機分析?其漫壩的時間分析詳見表１?不同情況下的漫壩時間見表２?１Ｔａｂ.１ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｏｖｅｒｆｌｏｗｔｉｍｅｏｆＳｈｅｎｘｉｇｏｕ正常蓄水位/６６０設(shè)計洪水位/６５５校核洪水位/６５９總庫容０設(shè)計洪水ｍ３ｓ９１００校核洪水ｍ３ｓ１０１０００２Ｔａｂ.２Ｏｖｅｒｆｌｏｗｔｉｍｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ上游水位/機組事故停機漫壩時間

２)送出線路跳閘送出線路跳閘造成機組甩負荷?下泄流量急劇將低導致漫壩?深溪溝水電站安控裝置切機導致機組甩２ 水淹廠房風險原因:①排水系統(tǒng)故障?如水位傳感器、排水泵、控制系統(tǒng)等故障?將引起集水井水位持續(xù)上漲導致水淹廠房?②設(shè)施損壞?如機組蝸殼人孔門、尾水人孔門、真空破壞閥、主軸密封等損壞?③尾水倒灌?自然災害等可能引發(fā)下游河道堵塞?造成尾水位快速上漲倒灌廠房?④廠用電消失?２ 送出線路跳閘風險原因:①自然災害?發(fā)生冰雪、泥石流、塌方等自然災害時造成倒塔、斷線等事故?②設(shè)備故障?一次設(shè)備嚴重故障?可能導致線路保護動作?③人為因素?人員誤操作或事故處理不當?shù)?上述原因均可引起線路跳閘?２ 全廠失電風險原因:①送出線路跳閘造成機組甩負荷?導致全廠失電?②設(shè)備故障:一次設(shè)備出現(xiàn)嚴重故障?如２臺主變同時故障時引起保護動作?導致全廠失電?③人為因素:人員誤操作或事故處理不當?shù)?導致全廠失電?２ 火火災風險原因主要包括:①電氣設(shè)備設(shè)施的絕緣老化?②電氣設(shè)備設(shè)施發(fā)生故障或短路?③生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的油氣設(shè)施發(fā)生泄露?④人員消防意識不強?疏于管理引起火災?一旦發(fā)生火災?可能造成設(shè)施設(shè)備損壞、全廠停電和人員傷亡等嚴重后果?２ 地震及地質(zhì)災害風險原因分析如下:①局部暴雨及不良地質(zhì)條件?將可能引起山體垮塌、滑坡、泥石流災害?②非可控風險:地震災害可能引起地質(zhì)災害的發(fā)生?主要包括山體滑坡、崩塌、泥石流等災害類型?２ 設(shè)備故障可能影響大壩、廠房安全和系統(tǒng)穩(wěn)定運行?其風險原因分析如下:①水輪發(fā)電機故障或著火?造成人身傷害和經(jīng)濟損失?②變壓器等變送電停電、系統(tǒng)穩(wěn)定破壞等嚴重后果?③輔助設(shè)備故障２ 在水電站無人化運行模式下?要求將運行方式從現(xiàn)地控制模式轉(zhuǎn)變?yōu)檫h程控制為主、現(xiàn)地控制為輔的模式?水電站環(huán)境、廠房、設(shè)備、運行工況及人員的監(jiān)測都采取遠程形式?高度依賴生產(chǎn)控制網(wǎng)的通信可靠性?為防止對外通信發(fā)生中斷?各通信鏈路均采用多通道冗余配置?將極大地降低通信中斷風險?如果在極端情況下出現(xiàn)所有通信方式失效?將按照３道防線的原則啟動現(xiàn)場應急流程?２ 斷?且恢復時間不可估計?深溪溝水電應急響應人員從生活營地趕往現(xiàn)場需要１５ｍｉｎ?若從營地至現(xiàn)場的路線發(fā)生中斷且無法及時恢復?將導致營地人場應急值守人員將對事故進行初步應急處置?負責 風險預防是在識別分析的基礎(chǔ)上?根據(jù)風險發(fā)生的概率與影響程度而制定的規(guī)避、降低、分擔和接受等防范措施?以求將風險降至可接受程度?風險預防主要考慮４個因素:可規(guī)避性、可緩解性、可轉(zhuǎn)移性和可接受性?針對前述無人水電站９大類運行風險?制定對應性的預防措施?３ 無人水電站的風險預防措施的制定應基于其運行管理模式?因此?在研究風險預防前?首先定義無人水電站的運行管理模式?如圖２所示?圖２中?ｎ為無人水電站編號數(shù)?無人水電站的運行分為現(xiàn)場智能運行、遠程生產(chǎn)指揮和區(qū)域應急響應３層管理模式?１)現(xiàn)場智能自主運行層?即水電站生產(chǎn)現(xiàn)場基２)遠程生產(chǎn)指揮層?即面向水電站群進行統(tǒng)一３)區(qū)域應急響應中心層?即考慮水電站間的地理位置構(gòu)建區(qū)域性的應急響應中心?保障人員可快

２Ｆｉｇ.２Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｕｎｍａｎｎｅｄｐｏｗｅｒ速到達現(xiàn)場進行風險處置和應急響應要有:①以保庫壩、保廠房、保設(shè)備和保人員作為風列措施?最大限度將各類風險控制在可預防的范圍內(nèi)?②以９大類運行風險為基礎(chǔ)?綜合工程技術(shù)、專３２ 泄洪設(shè)施是水電站防汛保壩的關(guān)鍵部分?過以下措施強化洪水漫壩風險的預防能力:①智能泄洪應急控制系統(tǒng)?實時監(jiān)測水庫水位?采集當前全站總有功和各泄洪閘門開度?當水庫水位達到警控制水庫水位?②應急電源自動切換系統(tǒng)?在泄洪閘門處設(shè)置柴油發(fā)電機系統(tǒng)?在全廠失電情況下自３３基于對水淹廠房的風險分析?分別面向?qū)е滤蛷S房的４大原因設(shè)計預防措施?主要包括:①防止排水系統(tǒng)故障?深溪溝水電站排水系統(tǒng)主要為滲漏排水和頂蓋排水?每個系統(tǒng)設(shè)置３~４臺水泵?由可編程控制器及水位傳感器自動控制運行?②防止設(shè)施損壞?可靠關(guān)閉并定期檢查人孔門、真空破壞閥等狀況?完善廠房進水的隔離措施?③防止尾水倒灌?在倒灌區(qū)域設(shè)置加常閉防洪門?機組全停時落工作門和尾水門?全關(guān)泄洪閘門?開啟泄洪洞閘門?④防止廠用電消失?合理設(shè)置柴油發(fā)電機系統(tǒng)?為３４送出線路跳閘主要由自然災害和設(shè)備故障導恢復設(shè)備?在現(xiàn)場智能運行層?實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)智能故障發(fā)生時能快速抵達現(xiàn)場?完成對故障設(shè)備的檢３ 全廠失電風險預防措施?可分為廠用電可恢復和廠用電不可恢復２種場景?①廠用電可恢復?當外來電源中斷、啟動柴油發(fā)電機提供應急電源、不間斷電源提供備用電源、發(fā)電機未故障等判斷條件具備時?機組黑啟動系統(tǒng)自動啟動恢復供電?②廠用電不可恢復?通過應急柴油發(fā)電機提供排水系統(tǒng)應急電源?自動啟動排水泵排水?３ 傳統(tǒng)水電站火災風險的預防?需設(shè)置專職消防員?每天對重點防火部位開展防火巡查?并定期對消防器材和設(shè)施開展全面巡查[７]?無人水電站可通過智能化手段提升火災風險的預防能力?主要手段有:①系統(tǒng)消防監(jiān)控?通過水電站主廠房、副廠房、設(shè)備間等場所的探測器進行不間斷監(jiān)視?②系統(tǒng)聯(lián)動?主要包括工業(yè)電視聯(lián)動和消防應急聯(lián)動?當各個部位的火災探測器在檢測到火情時?自動向火災報警控制器報警?報警控制器在接收到報警后?能夠自動顯示出火災的部位編號及該層的平面布置圖?并控制防火排煙設(shè)備及滅火設(shè)備正確動作?３ 主要應對措施有:①通過站內(nèi)應急廣播提示現(xiàn)場人員避險?②迅速組織全站資源開展搶險救災工３ 設(shè)備故障預防措施包括:①通過監(jiān)控系統(tǒng)智能自主處理設(shè)備故障?②繼電保護和監(jiān)控保護動作?自動對故障設(shè)備進行隔離?生產(chǎn)指揮中心遠程輔助?③對故障設(shè)備檢修維護?消除故障后恢復設(shè)備運行３ 深溪溝對外通信線路主要有３類?分別與成都生產(chǎn)指揮中心(生產(chǎn)控制網(wǎng))、四川省調(diào)(調(diào)度數(shù)據(jù)?當調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)中斷后?由生產(chǎn)指揮中心轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)數(shù)據(jù)至省調(diào)?深溪溝水電站到成都生產(chǎn)指揮中心的生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)有二主一備的３條通道?若極端情況發(fā)生?３條通道全部中斷?

應急調(diào)度３ 交通中斷風險的主要預防措施有:①通過智能自主系統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)場自動應急響應?智能自主系統(tǒng)主要包括:繼電保護系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、泄洪閘應急控制系統(tǒng)、應急調(diào)度系統(tǒng)、廠用電智能倒閘系統(tǒng)、機組黑啟動系統(tǒng)等?②應急值守人員在營地值守?當需要應急處置時?趕往現(xiàn)場配合應急處置[９]? 協(xié)助、現(xiàn)場指揮３道應急防線為核心?以保庫壩、保廠房、保設(shè)備、保人員４個優(yōu)先為層次?以風險可控度為４１ 應急響應３道防線無人水電站的３運行、遠程生產(chǎn)指揮中心和區(qū)域應急響應中心?分別為水電站提供應急響應的３道防線?分別為系統(tǒng)１)系統(tǒng)自主應急?當水電站發(fā)生故障時?系統(tǒng)自主應急處置?同時現(xiàn)場智能運行層與遠程生產(chǎn)指揮中心和區(qū)域應急響應中心實現(xiàn)聯(lián)動工業(yè)電視系統(tǒng)等自動聯(lián)動?２)遠程指揮應急?Ｏｎ￣Ｃａｌｌ告警后?對應急事件加強遠程監(jiān)視[１０]?制定解決方案?若系統(tǒng)自主應急１０ｍｉｎ后仍未解決?生產(chǎn)指揮?在生產(chǎn)指揮中心遠程應急操作未見好轉(zhuǎn)的情況下?應急指令將發(fā)送至區(qū)域應急響應中心?應急響應人員接到Ｏｎ￣Ｃａｌｌ告警通知的１５ｍｉｎ內(nèi)達到現(xiàn)場?執(zhí)行后續(xù)的應急操作?根據(jù)具４２基于３道防線設(shè)計風險應急響應流程?不失一般性?在此僅以洪水漫壩、水淹廠房、全廠失電為例?研究無人水電站的風險應急響應流程設(shè)計?１)洪水漫壩應急流程?漫壩的應急場景?是在洪水發(fā)生的情況下?通過采取應急措施減少風險損失?確保極端情況下不發(fā)生漫壩?入庫流量報警觸發(fā)應急事件?應急流程如圖所示?２)水淹廠房應急流程廠房水位信號報警觸發(fā)應急事件?水淹廠房風險應急流程如圖所示?３)全廠失電應急流程?送出線路跳閘且廠用３Ｆｉｇ.３Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｆｏｒｆｌｏｏｄｅｄ４Ｆｉｇ.４Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｆｏｒｆｌｏｏｄｅｄ電消失觸發(fā)應急事件?應急流程如圖５所示４ 采用以風險可控度為導向的思想建立應急響應分級管控機制[]?

１)風險可控度?風險可控度以道防線為核心設(shè)計３級的定級策略?針對每一類風險?可以在第１道防線被控制和恢復的?其可控度為高?無法在第道防線被控制和恢復?但可以在第２道防線被５Ｆｉｇ.５Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｆｏｒｐｏｗｅｒｌｏｓｓｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔｔｈｅ控制和恢復的?其可控度為中?只能在第３道防線被控制和恢復的?其可控度為低?２)應急響應定級?針對每一類風險?

別為低、中、高的風險事件?其應急響應的定級分別為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級?基于上述定級機制?以上應急響應事件的定級見表３?３通過泄洪應急控制系統(tǒng)動作