2025无人水电站运行风险分析与应急管控策略研究

无人水电站运行风险分析与应急管控策略研究目录TOC\o"1-3"\h\u11341无人水电站运行风险分析与应急管控策略研究 130886 引言 327705 329336１２ 415209２ 43997２１ 532701２ 516150２ 54109２ 530097２ 火 527517２ 518243２ 510372２ 624438２ 616688 61095３ 620064泄洪设施是水电站防汛保坝的关键部分ꎬ 74453３３ 74631３４ 727055３ 828943３ 87909３ 815922３ 818379３ 83759 8106４２ 817333４ 911604 结论 11 引言水电站一般地处偏僻地段ꎬ生产环境十分艰苦ꎬ对无人化运行的诉求尤为强烈ꎮ相较于有人值守的水电站ꎬ无人水电站正常运行的经济性和工作的可靠性都有很大提升ꎮ近年来ꎬ自动化[１]、数字化、智能化技术的发展ꎬ也为实现无人水电站奠定了基础ꎮ但是ꎬ水电站异常事故的发生ꎬ不仅会对正常发电产生影响ꎬ甚至还会影响周边城镇和下游城市的安全ꎬ因此ꎬ开展无人水电站的运行风险研究十分必要ꎮ诸多学者针对无人水电站开展了研究ꎬ如蒋亮[２]研究了无人化运行条件下的水电站自动控制系统ꎻ周佳铭等[３]探讨了保障水电站无人化运行的多系统联动控制模式ꎻ伍英伟[４]针对无人水电站的运行管理模式进行了深入研究ꎮ上述研究多关注无人水电站的正常运行ꎬ而较少针对其面临的风险开鉴于此ꎬ笔者拟以风险分析、预防措施和应急响应为切入点ꎬ研究无人水电站的异常状态和风险防范ꎻ从风险识别分析出发ꎬ以深溪沟水电站为例ꎬ并以无人水电站的运行管理模式为基础ꎬ以确保４大安全为前提ꎬ提出对应性的风险预防措施ꎬ设计应急响应流程ꎬ建立风险分级管控机制ꎬ以期为保障无人水电站安全运行提供一定的参考ꎮ １ 国能大渡河公司围绕流域梯级水电站群的开发建设与运行ꎬ提出以风险量化、危险分级、责任定人为主要内容的安全风险分级管控体系ꎬ围绕危险源感知识别、风险等级评价、预防和应急分级管控多方面开展了大量研究ꎬ有效解决了环境灾害监测、作业安全监督等方面的安全管理问题[５]ꎮ大渡河公司的深溪沟水电站作为一般水电站的典型代表性ꎬ具有河流性气候难以预测、山体坡度陡峭、峡谷风大易落石、防洪库容小等特点ꎮ同时ꎬ深溪沟水电站在智慧电厂建设的基础上ꎬ已具备无人电站新型水电生产管理模式的技术条件ꎬ智能自主运行能力日趋成熟ꎮ

综上ꎬ在水电站无人化运行条件下ꎬ针对极端因素影响形成的系统性风险防范与应急响应研究尚处空白ꎬ亟待通过进一步的风险识别分析ꎬ制定更为适用的预防措施和应急策略ꎮ１２基于大渡河公司整体安全管控体系建设ꎬ以深溪沟无人水电站为例ꎬ开展极端条件和无人值守情况下ꎬ无人水电站的运行风险的识别分析、预防措施、应急响应３个方面的研究ꎮꎮ构建以过去－现在－将来”间维度ꎬ考虑安全隐患等外在因素ꎬ以人－机－管为内在基本要素建立运行安全风险识别分析模型[６]①因素分析ꎮ选取包括时间维度、空间维度、对象维度、状态维度进行综合评价分析ꎮ②指标选择ꎮ基于系统性和层次性、全面性和概括性、定量和定性、动态和静态、科学性和可比性结合的原则开展风险定义和选择ꎮ③分级评估ꎮ根据预警事件对安全、健康、环境影响开展定性定量分析ꎬ并结合概率分析抽取形成安全风险事件ꎮ在无人水电站风险识别分析基础上ꎬ对应性地制定预防措施ꎬ主要思路为:①确定保护目标ꎮ基于水电站无人值守情况确定各类风险条件下要达到的防范目标ꎮ②确定风控类别ꎮ根据各类风险特性ꎬ制定合适的预防、控制、转移以及应急措施ꎮ③制定具体预防措施ꎮ制定合适３)应急响应机制ꎮ风险事件发生时ꎬ建立无人水电站条件下应急响应机制的主要思路为:①响应机制研究ꎮ分系统自主、远程协助和现场指挥３道内容ꎮ②应急流程研究ꎮ制定不同类型风险的应急响应流程和分工体系ꎮ③分级管控指挥ꎮ在风险事２无人水电站风险分类如图１所示ꎬ在极端条件与无人值守情况下ꎬ考虑深溪沟实际并基于因素－时间－状态－空间多维度ꎬ建立包括洪水漫坝、设备故障、９大类多维度－多因子－全要素”运行风险指标ꎬ并在此基础上开展风１２１１)泄洪设施故障或未及时启动正常运行方式下水电站带满负荷时ꎬ根据入库流量及时调整泄洪设施闸门开度ꎬ确保入库流量等于出库流量ꎮ若水轮发电机组事故停机ꎬ不及时调整泄洪设施闸门开度ꎬ易造成漫坝ꎮ根据深溪沟库容、设计水位、来水、以及机组停机分析ꎬ其漫坝的时间分析详见表１ꎬ不同情况下的漫坝时间见表２ꎮ１Ｔａｂ.１ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｏｖｅｒｆｌｏｗｔｉｍｅｏｆＳｈｅｎｘｉｇｏｕ正常蓄水位/６６０设计洪水位/６５５校核洪水位/６５９总库容０设计洪水ｍ３ｓ９１００校核洪水ｍ３ｓ１０１０００２Ｔａｂ.２Ｏｖｅｒｆｌｏｗｔｉｍｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ上游水位/机组事故停机漫坝时间

２)送出线路跳闸送出线路跳闸造成机组甩负荷ꎬ下泄流量急剧将低导致漫坝ꎮ深溪沟水电站安控装置切机导致机组甩２ 水淹厂房风险原因:①排水系统故障ꎮ如水位传感器、排水泵、控制系统等故障ꎬ将引起集水井水位持续上涨导致水淹厂房ꎮ②设施损坏ꎮ如机组蜗壳人孔门、尾水人孔门、真空破坏阀、主轴密封等损坏ꎮ③尾水倒灌ꎮ自然灾害等可能引发下游河道堵塞ꎬ造成尾水位快速上涨倒灌厂房ꎮ④厂用电消失ꎮ２ 送出线路跳闸风险原因:①自然灾害ꎮ发生冰雪、泥石流、塌方等自然灾害时造成倒塔、断线等事故ꎮ②设备故障ꎮ一次设备严重故障ꎬ可能导致线路保护动作ꎮ③人为因素ꎮ人员误操作或事故处理不当等ꎮ上述原因均可引起线路跳闸ꎮ２ 全厂失电风险原因:①送出线路跳闸造成机组甩负荷ꎬ导致全厂失电ꎮ②设备故障:一次设备出现严重故障ꎬ如２台主变同时故障时引起保护动作ꎬ导致全厂失电ꎮ③人为因素:人员误操作或事故处理不当等ꎬ导致全厂失电ꎮ２ 火火灾风险原因主要包括:①电气设备设施的绝缘老化ꎮ②电气设备设施发生故障或短路ꎮ③生产区域内的油气设施发生泄露ꎮ④人员消防意识不强ꎬ疏于管理引起火灾ꎮ一旦发生火灾ꎬ可能造成设施设备损坏、全厂停电和人员伤亡等严重后果ꎮ２ 地震及地质灾害风险原因分析如下:①局部暴雨及不良地质条件ꎬ将可能引起山体垮塌、滑坡、泥石流灾害ꎮ②非可控风险:地震灾害可能引起地质灾害的发生ꎬ主要包括山体滑坡、崩塌、泥石流等灾害类型ꎮ２ 设备故障可能影响大坝、厂房安全和系统稳定运行ꎬ其风险原因分析如下:①水轮发电机故障或着火ꎬ造成人身伤害和经济损失ꎮ②变压器等变送电停电、系统稳定破坏等严重后果ꎮ③辅助设备故障２ 在水电站无人化运行模式下ꎬ要求将运行方式从现地控制模式转变为远程控制为主、现地控制为辅的模式ꎮ水电站环境、厂房、设备、运行工况及人员的监测都采取远程形式ꎬ高度依赖生产控制网的通信可靠性ꎮ为防止对外通信发生中断ꎬ各通信链路均采用多通道冗余配置ꎬ将极大地降低通信中断风险ꎮ如果在极端情况下出现所有通信方式失效ꎬ将按照３道防线的原则启动现场应急流程ꎮ２ 断ꎬ且恢复时间不可估计ꎮ深溪沟水电应急响应人员从生活营地赶往现场需要１５ｍｉｎꎮ若从营地至现场的路线发生中断且无法及时恢复ꎬ将导致营地人场应急值守人员将对事故进行初步应急处置ꎬ负责 风险预防是在识别分析的基础上ꎬ根据风险发生的概率与影响程度而制定的规避、降低、分担和接受等防范措施ꎬ以求将风险降至可接受程度ꎮ风险预防主要考虑４个因素:可规避性、可缓解性、可转移性和可接受性ꎬ针对前述无人水电站９大类运行风险ꎬ制定对应性的预防措施ꎮ３ 无人水电站的风险预防措施的制定应基于其运行管理模式ꎮ因此ꎬ在研究风险预防前ꎬ首先定义无人水电站的运行管理模式ꎬ如图２所示ꎮ图２中ꎬｎ为无人水电站编号数ꎮ无人水电站的运行分为现场智能运行、远程生产指挥和区域应急响应３层管理模式ꎮ１)现场智能自主运行层ꎬ即水电站生产现场基２)远程生产指挥层ꎬ即面向水电站群进行统一３)区域应急响应中心层ꎬ即考虑水电站间的地理位置构建区域性的应急响应中心ꎬ保障人员可快

２Ｆｉｇ.２Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｕｎｍａｎｎｅｄｐｏｗｅｒ速到达现场进行风险处置和应急响应要有:①以保库坝、保厂房、保设备和保人员作为风列措施ꎬ最大限度将各类风险控制在可预防的范围内ꎮ②以９大类运行风险为基础ꎬ综合工程技术、专３２ 泄洪设施是水电站防汛保坝的关键部分ꎬ过以下措施强化洪水漫坝风险的预防能力:①智能泄洪应急控制系统ꎮ实时监测水库水位ꎬ采集当前全站总有功和各泄洪闸门开度ꎮ当水库水位达到警控制水库水位ꎮ②应急电源自动切换系统ꎮ在泄洪闸门处设置柴油发电机系统ꎬ在全厂失电情况下自３３基于对水淹厂房的风险分析ꎬ分别面向导致水淹厂房的４大原因设计预防措施ꎬ主要包括:①防止排水系统故障ꎮ深溪沟水电站排水系统主要为渗漏排水和顶盖排水ꎬ每个系统设置３~４台水泵ꎬ由可编程控制器及水位传感器自动控制运行ꎮ②防止设施损坏ꎮ可靠关闭并定期检查人孔门、真空破坏阀等状况ꎬ完善厂房进水的隔离措施ꎮ③防止尾水倒灌ꎮ在倒灌区域设置加常闭防洪门ꎻ机组全停时落工作门和尾水门ꎬ全关泄洪闸门ꎬ开启泄洪洞闸门ꎮ④防止厂用电消失ꎮ合理设置柴油发电机系统ꎬ为３４送出线路跳闸主要由自然灾害和设备故障导恢复设备ꎮ在现场智能运行层ꎬ实现监控系统智能故障发生时能快速抵达现场ꎬ完成对故障设备的检３ 全厂失电风险预防措施ꎬ可分为厂用电可恢复和厂用电不可恢复２种场景ꎮ①厂用电可恢复ꎮ当外来电源中断、启动柴油发电机提供应急电源、不间断电源提供备用电源、发电机未故障等判断条件具备时ꎬ机组黑启动系统自动启动恢复供电ꎮ②厂用电不可恢复ꎮ通过应急柴油发电机提供排水系统应急电源ꎬ自动启动排水泵排水ꎮ３ 传统水电站火灾风险的预防ꎬ需设置专职消防员ꎬ每天对重点防火部位开展防火巡查ꎬ并定期对消防器材和设施开展全面巡查[７]ꎮ无人水电站可通过智能化手段提升火灾风险的预防能力ꎮ主要手段有:①系统消防监控ꎮ通过水电站主厂房、副厂房、设备间等场所的探测器进行不间断监视ꎮ②系统联动ꎮ主要包括工业电视联动和消防应急联动ꎬ当各个部位的火灾探测器在检测到火情时ꎬ自动向火灾报警控制器报警ꎬ报警控制器在接收到报警后ꎬ能够自动显示出火灾的部位编号及该层的平面布置图ꎬ并控制防火排烟设备及灭火设备正确动作ꎮ３ 主要应对措施有:①通过站内应急广播提示现场人员避险ꎻ②迅速组织全站资源开展抢险救灾工３ 设备故障预防措施包括:①通过监控系统智能自主处理设备故障ꎻ②继电保护和监控保护动作ꎬ自动对故障设备进行隔离ꎬ生产指挥中心远程辅助ꎻ③对故障设备检修维护ꎬ消除故障后恢复设备运行３ 深溪沟对外通信线路主要有３类ꎬ分别与成都生产指挥中心(生产控制网)、四川省调(调度数据ꎮ当调度数据网中断后ꎬ由生产指挥中心转发调度数据网数据至省调ꎻ深溪沟水电站到成都生产指挥中心的生产控制网络有二主一备的３条通道ꎻ若极端情况发生ꎬ３条通道全部中断ꎬ

应急调度３ 交通中断风险的主要预防措施有:①通过智能自主系统实现现场自动应急响应ꎬ智能自主系统主要包括:继电保护系统、监控系统、泄洪闸应急控制系统、应急调度系统、厂用电智能倒闸系统、机组黑启动系统等ꎮ②应急值守人员在营地值守ꎬ当需要应急处置时ꎬ赶往现场配合应急处置[９]ꎮ 协助、现场指挥３道应急防线为核心ꎬ以保库坝、保厂房、保设备、保人员４个优先为层次ꎬ以风险可控度为４１ 应急响应３道防线无人水电站的３运行、远程生产指挥中心和区域应急响应中心ꎮ分别为水电站提供应急响应的３道防线ꎬ分别为系统１)系统自主应急ꎮ当水电站发生故障时ꎬ系统自主应急处置ꎮ同时现场智能运行层与远程生产指挥中心和区域应急响应中心实现联动工业电视系统等自动联动ꎮ２)远程指挥应急ꎮＯｎ￣Ｃａｌｌ告警后ꎬ对应急事件加强远程监视[１０]ꎬ制定解决方案ꎻ若系统自主应急１０ｍｉｎ后仍未解决ꎬ生产指挥ꎮ在生产指挥中心远程应急操作未见好转的情况下ꎬ应急指令将发送至区域应急响应中心ꎬ应急响应人员接到Ｏｎ￣Ｃａｌｌ告警通知的１５ｍｉｎ内达到现场ꎬ执行后续的应急操作ꎬ根据具４２基于３道防线设计风险应急响应流程ꎬ不失一般性ꎬ在此仅以洪水漫坝、水淹厂房、全厂失电为例ꎬ研究无人水电站的风险应急响应流程设计ꎮ１)洪水漫坝应急流程ꎮ漫坝的应急场景ꎬ是在洪水发生的情况下ꎬ通过采取应急措施减少风险损失ꎬ确保极端情况下不发生漫坝ꎮ入库流量报警触发应急事件ꎬ应急流程如图所示ꎮ２)水淹厂房应急流程厂房水位信号报警触发应急事件ꎬ水淹厂房风险应急流程如图所示ꎮ３)全厂失电应急流程ꎮ送出线路跳闸且厂用３Ｆｉｇ.３Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｆｏｒｆｌｏｏｄｅｄ４Ｆｉｇ.４Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｆｏｒｆｌｏｏｄｅｄ电消失触发应急事件ꎬ应急流程如图５所示４ 采用以风险可控度为导向的思想建立应急响应分级管控机制[]ꎮ

１)风险可控度ꎮ风险可控度以道防线为核心设计３级的定级策略ꎬ针对每一类风险ꎬ可以在第１道防线被控制和恢复的ꎬ其可控度为高ꎻ无法在第道防线被控制和恢复ꎬ但可以在第２道防线被５Ｆｉｇ.５Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｆｏｒｐｏｗｅｒｌｏｓｓｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔｔｈｅ控制和恢复的ꎬ其可控度为中ꎻ只能在第３道防线被控制和恢复的ꎬ其可控度为低ꎮ２)应急响应定级ꎮ针对每一类风险ꎬ

别为低、中、高的风险事件ꎬ其应急响应的定级分别为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级ꎮ基于上述定级机制ꎬ以上应急响应事件的定级见表３ꎮ３通过泄洪应急控制系统动作