一、背景与必要性

1.1项目背景

水电站作为国家重要的能源基础设施，其安全稳定运行关乎电网安全、区域经济发展和人民生命财产安全。水电站厂房是整个电站的核心，集中了发电机组、主变压器、控制系统等核心设备。然而，由于水电站依水而建，其厂房多位于大坝下游且低于上游水库水位，始终面临来自上游水库、周边山体及尾水系统的水淹风险。

历史上，国内外曾发生多起水淹厂房重大事故，造成机组停运、设备损毁、厂房坍塌，甚至引发人身伤亡和电网震荡，教训极其惨痛。随着我国水电事业迈向“无人值班、少人值守”的智能化管理模式，传统的人工巡检和经验判断已无法满足对水淹风险实时、精准、自动化预警的需求。因此，构建一套集监测、预警、分析和应急联动于一体的水淹厂房安全监测系统，是提升水电站本质安全水平、实现智慧水电的必然要求。

1.2建设的必要性

1.2.1预防灾难性事故：水淹厂房是水电站的毁灭性事故之一。通过监测系统，可以第一时间发现渗漏、管涌、水位异常等初期征兆，将事故遏制在萌芽状态，避免“小隐患”演变为“大灾难”。

1.2.2保障设备与资产安全：厂房内发电设备价值高昂，一旦被淹，修复周期长、成本巨大。系统能为核心设备提供宝贵的应急响应时间，最大限度地减少财产损失。

1.2.3保障人身安全：系统能实现自动报警和联动控制，在危险发生时及时通知人员撤离，并自动启动防洪设施，为运行和检修人员构建一道生命安全保障线。

1.2.3.4实现智能化运维：该系统是水电站状态检修和智能运维体系的重要组成部分。通过对长期监测数据的分析，可以评估厂房的健康状态，指导设备的维护保养，实现从“被动抢险”到“主动防御”的转变。

1.2.3.5满足法规监管要求：国家能源局、国家电网等监管机构对水电厂的安全运行有明确的强制性规定。建设完善的安全监测系统是水电站合法合规运营的基本前提。

二、相关法规条例与案例

2.1相关法规条例

本方案的设计严格遵循以下国家及行业标准与规范：

《中华人民共和国安全生产法》：强调生产经营单位必须健全安全管理制度，装备必要的防护设施和监测仪器。

《水电站大坝运行安全管理规定》（国家发改委令第17号）：要求对大坝及附属设施进行安全监测。

《水力发电厂机电设计规范》（NB/T35071-2015）：对厂区排水、防渗排水设计提出了具体要求。

《水力发电厂计算机监控系统设计规范》（DL/T5065-2017）：为监测系统接入全厂计算机监控系统提供了技术依据。

《国家能源局关于加强水电站水淹厂房防范工作的通知》等系列安全监管文件：明确要求各水电企业排查隐患，完善监测预警设施。

2.2案例警示

2.2.1俄罗斯萨扬-舒申斯克水电站事故（2009年）

概况：该事故是世界水电史上最严重的事故之一，造成75死13伤。直接原因是2号水轮机长期超负荷运行，固定螺帽疲劳断裂，导致机组顶盖被冲毁，压力水从机组涌出。

水淹过程：高压水流瞬间淹没厂房发电机层，造成75人死亡，机组、厂房和桥梁严重损毁，电站瘫痪。

教训：若当时在蜗壳、顶盖或厂房关键部位安装了高灵敏度的水浸/流量监测装置，并能在第一时间联动切断进水口事故闸门，完全有可能避免灾难的发生或减轻其后果。

2.2.2中国沟后水库垮坝事故（1993年）

概况：青海省共和县沟后水库发生特大垮坝事故，造成255人死亡、336人受伤，直接经济损失约1.53亿元。虽然只是一座水库，但其教训对水电站同样深刻。坝体渗漏导致垮坝，下游地区被淹。

教训：暴露出在渗流监测方面的严重缺失。对于水电站而言，坝基、廊道、厂房的渗漏监测是防止水淹厂房的第一道防线。

三、系统总体设计方案

3.1系统设计目标

构建一个“全面感知、智能预警、高效联动、统一管理”的水淹厂房安全监测与预警平台，实现对水淹风险源的全天候、多层次、立体化监控。

3.2系统架构

系统采用分层分布式架构，包括感知层、传输层、平台层和应用层。

3.2.1感知层（数据采集）：

水位监测：

厂房渗漏集水井水位：采用投入式静压水位计或超声波水位计，实时监测集水井水位变化，这是判断厂房渗漏情况最直接的指标。

排水廊道水位：在关键廊道低洼处布设水位计。

蜗壳、尾水管压力/流量：监测异常压力波动或流量，作为机组流道异常的辅助判断。

水浸/漏水监测：

点式水浸传感器：布设在电缆沟、电缆夹层、母线洞、技术供水层、机组保护罩等关键设备底部。

线式水浸传感电缆：布设在厂房墙壁四周、进出口通道，用于监测水位上涨线。

视频监控：

高清网络球机：在集水井、排水泵房、主要廊道、机组关键部位安装带云台的摄像机，实现远程可视化巡检和报警复核。

水泵状态监测：

泵运行状态、启停次数、电流：监测渗漏排水泵和检修排水泵的工作状态，判断其是否正常启停。

3.2.2传输层（网络通信）：

采用工业以太网+工业交换机组建环网，保证数据传输的可靠性和实时性。

对于不便布线的位置，可采用LoRa、ZigBee等无线通信技术作为补充。

3.2.3平台层（数据处理与存储）：

部署中心服务器，安装数据库和系统软件。

负责数据的接收、存储、分析和处理，建立预警模型。

3.2.4应用层（功能实现与展示）：

提供Web端和移动端的人机交互界面，实现数据可视化、报警管理、报表生成、远程控制等功能。

3.3系统主要功能

3.3.1实时监测与可视化：以厂区平面图、三维模型等形式，动态展示所有监测点的实时数据、设备状态和视频画面。

3.3.2多级智能预警：

一级预警（注意）：集水井水位超过日常基准线、点式水浸传感器报警。系统记录事件，在操作员站发出声光提示。

二级预警（警告）：集水井水位持续快速上涨、排水泵连续启动、多处水浸传感器报警。系统发出强烈声光报警，并自动推送短信/App通知给相关责任人。

三级预警（事故）：水位超过危险阈值、关键区域被淹。系统触发全厂紧急广播，并可联动控制（见下）。

3.3.3联动控制：

自动启泵：根据集水井水位，自动启动/停止备用排水泵。

联动视频：报警时，自动调用预设点的摄像机画面并录像，供运行人员确认。

事故门联动（需与监控系统协同）：在极端情况下，经授权或自动逻辑判断，可向计算机监控系统发出指令，紧急落下进水口事故闸门或快速门。

切断电源：联动切断被淹区域的非消防电源，防止触电事故。

3.3.4历史数据与报表分析：记录所有历史数据、报警事件和操作日志，生成趋势曲线和分析报表，为安全评估和优化运行提供数据支撑。

四、实施计划与预期效益

4.1实施步骤

4.1.1第一阶段（勘察设计）：现场勘查，确定监测点布设方案，完成施工图纸设计。

4.1.2第二阶段（设备采购与安装）：采购符合要求的传感器、控制器和服务器，进行现场安装与接线。

4.1.3第三阶段（系统集成与调试）：完成软件部署、网络配置、逻辑编程和联动测试。

4.1.4第四阶段（试运行与培训）：系统投入试运行，对电站运行和维护人员进行全面培训。

4.1.5第五阶段（竣工验收）：完成最终验收，交付全部技术资料。

4.2预期效益

安全效益：极大降低水淹厂房事故发生概率，保障人身和设备安全，社会效益显著。

经济效益：避免因事故造成的巨额设备维修费、停产发电损失费。

管理效益：提升电站的智能化、精细化管理水平，减轻运行人员负担，为状态检修提供科学依据。