0 引言

内蒙古呼和浩特抽水蓄能电站（以下简称呼蓄电站）枢纽主要由上水库、水道系统、地下厂房系统、下水库等组成，电站厂房系统布置在上、下水库之间的山体中，处于整个电站系统的最低位置。厂房内的所有来水均汇入集水井，依靠渗漏排水泵排入下水库。这种布置方式一旦发生管道破裂、阀门损坏等问题，将会造成厂房来水量突增，若超过排水泵的排水能力，或排水系统电源、电动机、水泵及管路等存在故障无法排水，就可能引发水淹厂房事故，甚至造成设备损坏、人身伤亡及重大经济损失^[1-2]。因此，通过对水淹厂房的各种风险进行全面辨识，采取有效的防控措施，制订事故应急处置方案，对保障电站安全有非常重要的意义。

1 地下厂房系统介绍

呼蓄电站地下厂房系统包括主副厂房、主变压器洞、4条母线洞、低压电缆洞、主变压器运输洞、出线洞、交通洞、通风洞、排风平洞、排风竖井、排水廊道等，示意图见图 1。

1.1 主副厂房

主副厂房由安装场、主机间和副厂房组成，断面为城门洞形。主机间开挖尺寸为96.0 m×23.5 m× 51.0 m（长×宽×高，下同），布置4台机组，从上至下分为发电机层、母线层、水轮机层和蜗壳层、尾水管层。安装场在主机间左端，开挖尺寸为31.0 m×23.5 m×25.0 m。副厂房在主机间右端，开挖尺寸为24.0 m×23.5 m×37.0 m，分为8层，布置中央控制室、计算机房以及配电系统、控制系统、直流系统等设备。

1.2 主变压器洞

主变压器洞平行布置在主副厂房下游侧，两洞间净距47.0 m，由4条母线洞和低压电缆洞、主变压器运输洞连接。主变压器洞分为2部分，左端为主变压器开关室，布置主变压器、GIS开关站。右端为主变压器副厂房，分为7层，布置10 kV配电、静止变频器（Static Frequency Converter，SFC）。主变压器洞开挖尺寸为122.0 m×18.0 m×32.5 m，其中主变压器开关室长为92.0 m，主变压器副厂房长为30.0 m。

1.3 排水廊道与集水井

环绕主副厂房、主变压器洞周边设有3层排水廊道，断面尺寸为4.0 m×3.0 m，用于排除围岩渗水，兼做人行通道。第1层排水廊道设在主厂房顶拱部位；第2层排水廊道设在主厂房发电机层高程；第3层排水廊道设在主厂房尾水管层。

1.4 渗漏排水系统

地下厂房渗漏排水系统在厂房最低位置，设有1个渗漏集水井，有效容积364 m³，安装5台渗漏排水泵，每台流量450 m³/h，最大排水量2250 m³/h。其中3台工作，2台备用。厂内渗漏集水井的水排至下水库，共设2条排水管，1、2、3号渗漏排水泵共用1条排水管，4、5号渗漏排水泵共用1条排水管。渗漏排水泵正常运行时由控制盘PLC或监控系统自动控制，也可就地手动启停。

1.5 防水淹厂房保护系统

为了在发生水淹厂房时保障设备和人身安全，尽量减小损失，设置了防水淹厂房保护系统；该系统一旦动作，将发出全厂机械事故停机命令，使运行机组立即停机，同时直接落下上水库和尾水闸门。

2 水淹厂房风险分析 2.1 风险源分析 2.1.1 内部风险

（1）机电设备漏水。进水阀、蜗壳进人门、尾水管进人门、供排水系统设备及阀门等出现破损、密封失效等故障，造成大量渗水涌入厂房。

（2）设备设计缺陷。水轮机顶盖、压力钢管、蜗壳强度设计裕量不足，机组事故跳机时在水锤作用下，导致压力钢管爆管，水轮机顶盖、蜗壳产生裂纹，大量有压水从流道中涌入，造成水淹厂房^[3]。

（3）水轮机长期在不稳定运行区内工作。水轮机流道内流态紊乱，导致水轮机顶盖紧固螺栓疲劳损坏、断裂，大量有压水从流道中涌入水车室并漫出，造成水淹厂房。

（4）厂内控制及保护系统失灵。机组监控或保护系统、渗漏排水控制系统、防水淹厂房保护系统等出现故障，功能丧失或错误动作造成水淹厂房。

2.1.2 外部风险

（1）洪水超设计标准。流域上游有强降水或其他特殊原因导致洪水超设计（校核）洪水位，造成电站水工建筑损坏、厂房进水、全站停电等事故。

（2）降雨量超设计标准。短期集中降雨量超过设计标准时，可能导致厂区积水通过通风洞、出线洞、交通洞或山体渗水大量涌入厂房。

（3）地震超设计标准。超设计标准地震可能造成厂房挡水结构开裂或结构局部破坏导致漏水，也可能造成水轮机封水部件损坏、厂区供电系统跳闸或损坏、厂房排水系统故障，致使水淹厂房。

（4）外部电源故障。当全厂发生停电事故，外部电力供应中断，内部应急电源若不能正常使用，可能导致泄洪及排水设备无法正常运行，造成水淹厂房。

（5）外力破坏。战争、恐怖袭击等蓄意破坏造成水淹厂房。

2.1.3 水工建筑物风险

（1）水文地质条件超预期。厂房基础水文地质条件较预期变化大，厂房地下水渗漏量超预期，导致集水井和水泵容量不足。

（2）水工结构质量事故。引水隧洞、压力钢管、调压室、尾水隧洞和厂房蜗壳、挡水墙、永久堵头等水工结构发生质量事故，导致结构垮塌、爆裂^[4]。

（3）水工结构质量缺陷。引水隧洞、压力钢管、调压室、尾水隧洞和厂房蜗壳、挡水墙、永久堵头等施工结构存在质量缺陷，导致较大漏水。

（4）厂内和厂区排水廊道、排水沟渠结构破坏、堵塞。

2.1.4 运行管理风险

（1）电站管理不善。电站管理混乱，人员能力不足等原因造成生产调度不合理，巡视检查不到位、检修维护不及时、应急措施不完善、信息传递不畅通等，均有可能造成水淹厂房。

（2）信息掌握不准确。水情、雨情和气象信息预测、预报、预警不及时、不准确，水库调度失误，洪水到时来不及开闸宣泄导致漫坝。

（3）设备故障。如保护误动、拒动，厂用电消失，电缆着火，压力钢管爆破，应急设备故障等，导致水淹厂房。

（4）误操作。机组运行、检修中的误操作，如机组检修时在蜗壳进人门或尾水管进人门开启状态下误提闸门、误开阀门，导致水淹厂房。

2.2 风险分级

从风险发生可能性程度与损失严重性程度两方面进行水淹厂房风险分级，风险发生可能性程度的等级标准见表 1，风险损失严重性程度的等级标准见表 2。将风险发生的可能性和风险损失等级进行组合，水淹厂房风险评价等级分为4级，其风险等级划分标准见表 3。

根据风险源发生的可能性程度等级标准、风险损失严重性程度等级标准和风险等级标准，识别出地下厂房水淹风险等级（见表 4）。

3 水淹厂房预防及应急措施 3.1 日常管理预防措施 3.1.1 安全检查

呼蓄电站在蒙西电网中起着重要作用，且机组布置在地下厂房内，一旦发生水淹厂房事故，损失将极为严重。为防止水淹厂房事故的发生，必须做好防水淹厂房安全检查工作，及时发现异常现象和隐患缺陷，并采取处理措施，以保证电站安全可靠。

安全性检查范围主要包括：厂房结构、引水系统、水力过渡过程、尾水系统、金属结构、机组及其附属设备、排水系统、控制保护通信系统、厂用电系统、工业电视系统及水淹厂房应急预案等，检查时需特别注意隐蔽部位、重点部位和设备。

3.1.2 运行维护

（1）加强地下厂房设备及水工建筑物的日常巡视、监测、检查和维护，当发现监测数据异常时，应及时分析原因，并立即处理，确保电站设备能够正常使用。

（2）在汛前和汛期应严格按照防汛方案进行拦沙库水位的调节和控制；在汛前和汛期应将上、下水库总库容控制在780万m³以内。

（3）对厂区的排水设备、排水沟、排水孔、排水廊道等加强巡视和维护，防止堵塞，保持排水畅通。若有堵塞，应及时疏通。

（4）加强厂房内渗漏流量观测，当发现渗漏流量大幅增加时，应及时反馈信息，分析原因并采取应对措施。

（5）注意监视地下厂房集水井水位信号及排水泵工作情况，通过分析厂房排水系统的启停间隔、排水时间的变化情况，判断排水系统工作状况。

（6）做好对机组振动、摆度的监测，加强日常运行分析，及时了解各机组的运行情况；及时调整各机组的运行工况，确保机组在运行时避开振动区；加强水轮机蜗壳进人门、尾水管进人门、水轮机顶盖等紧固螺栓及进水阀连接螺栓的观测检查，防止其本体及密封损坏。

（7）检修时按要求更换顶盖及尾水进人门、蜗壳进人门等连接螺栓。

（8）按要求开展设备技改和年检预试工作，确保设备的完好率，提高设备安全可靠性。

3.2 应急处置措施 3.2.1 处置原则

一旦发生水淹厂房风险或事件，要遵守以下原则进行处置：

（1）及时组织厂房内人员疏散，按照正确线路逃生，确保人身安全；

（2）立即执行水淹厂房应急处置方案，根据来水区域和部位，采取相应处置措施尽快隔断水源，并启动一切可行的排水设施排水；

（3）及时向上级单位汇报情况，必要时立即启动水淹厂房应急预案；

（4）现场人员要准确判断险情，正确进行处置，做好自身安全防护措施，避免发生人身伤害；

（5）尽量减少设备损失，避免次生灾害。

3.2.2 处置方法与措施

（1）通过监控及工业电视监视系统快速判断故障情况，必要时安排人员就地检查漏水情况，查明漏水部位及漏水量大小，及时向中控室汇报。到现场要带好照明手电、通信设备，必要时穿救生衣，禁止乘坐电梯。

（2）若判断可通过关闭漏水点前、后隔离阀门控制漏水，可迅速关闭相关阀门，注意关闭阀门对相关设备的影响，必要时提前停运有关设备。

（3）若漏水情况无法通过操作控制（比如管路已爆裂），应及时向调度中心汇报，立即落下相应流道上、下库进出水口闸门（闸门全关需30 min左右），并启动渗漏排水泵全力排水。

（4）通知厂房内人员迅速从通风洞撤离，并提醒不得乘坐电梯，避免因厂用电系统失电或倒换、电梯故障等造成乘坐人员困在电梯内。

（5）在现场紧急处置的同时，值长要将已掌握的情况及时向调度中心、公司主要负责人、应急值班人汇报。必要时启动电站水淹厂房应急预案。

（6）尽力保证事故照明可靠供电，事故照明自动切换失灵时，手动切换地下厂房事故照明系统。

（7）密切关注集水井水位变化情况及渗漏排水泵运行方式，保证水泵供电正常，必要时手动控制5台渗漏排水泵启停，增大排水能力。

（8）需根据水位上升高程和速度，及时确定相应停电范围，在操作过程中确保自身安全。在水位升至蜗壳层前，及时断开蜗壳层相关负荷的上级电源，防止事故扩大。

（9）在水位上升过程中，被淹的配电盘柜、设备极可能造成短路跳闸或烧毁、控制系统瘫痪，厂房的供电系统将受到严重威胁，因此需要提前停电，防止短路、漏电，保护人身安全^[5]。

（10）当水位上升至母线层，渗漏排水泵控制盘柜也将被淹，运行人员应立即断开10 kV、400 V厂用电各电源开关，防止设备短路损坏，申请调度中心（情况紧急时可以先操作）拉开相关开关。

（11）当水位上升至发电机层后，值长应清点人数，组织大家带好照明工具，穿好救生衣，从中控室撤离。撤离时要到副厂房UPS室、直流盘柜室等处拉开直流电源开关，然后从通风洞撤离厂房。

4 结语

虽然水电行业水淹厂房事件鲜有发生，但其危害性非常大，行业各级主管部门、企业及从业人员应高度重视。电站水淹厂房的风险因素较多，应通过全面辨识，加强检修维护（特别是水工建筑物和重要设备），以提高设备可靠性，确保电站安全稳定运行。日常管理方面，电站需根据自身特点制订防止水淹厂房的反事故措施，完善应急预案体系，提高应急处置能力；要重视水淹厂房风险预控和安全预报预警系统建设，提升预防预警和先期处置水平，防止水淹厂房事件的发生。