寧夏中衛(wèi)縣沙坡頭水利樞紐工程事故分析

寧夏中衛(wèi)縣沙坡頭水利樞紐工程事故分析

1綜合水利工程沙頭水利樞紐位于寧夏中衛(wèi)縣的黃河支流，距中衛(wèi)縣20公里。沙坡頭樞紐工程是以灌溉、發(fā)電為主的綜合水利工程。裝機容量120.3MW,樞紐電站保證出力51.0MW。南干渠電站安裝1臺軸伸式水輪發(fā)電機組,單機為1.2MW;河床電站安裝4臺燈泡貫流式水輪發(fā)電機組,單機容量29MW;北干渠電站安裝1臺燈泡貫流式機組,單機容量為3.1MW。2機組啟動及測試2004年12月8日河床電站2號機組啟動前的各項檢查工作全部完成后,經試運行領導小組同意2號機組啟動試運行。2004年12月8日晚20:00,在機組各部位檢測人員到位后,指揮長下令開機。運行人員手動頂起高壓油頂起裝置,手動開機,機組一次啟動成功。機組啟動后通過觀察和測試,機組各部位運行正常、穩(wěn)定,各部參數(shù)滿足設計和相關規(guī)程規(guī)范技術要求。21:41左右機組各部瓦溫開始穩(wěn)定,已無明顯變化,其它各部位運行正常。2004年12月9日00:30,運行人員對運行參數(shù)記錄完畢后,開始對整個機組進行巡視檢查,巡查結束返回機旁后,突然發(fā)現(xiàn)高位油箱油位低于取油口,同時發(fā)現(xiàn)瓦溫監(jiān)測盤柜上瓦溫急劇升高,值長立即組織運行人員進行緊急事故停機,停機后對水輪機、發(fā)電機導軸承進行檢查后發(fā)現(xiàn),兩部軸承已出現(xiàn)不同程度的燒瓦事故。3原因三:油路壓力較大,轉速閥開度較高機組軸承潤滑油中斷是造成本次事故的直接原因。機組軸承在斷油狀態(tài)下發(fā)生干磨擦,從而引起水輪機導軸承、發(fā)電機導軸承瓦溫急劇升高,導致燒瓦。而造成機組軸承潤滑油中斷的原因是因為高位油箱缺油,高位油箱缺油的原因是低位油箱的兩臺螺桿泵相繼故障退出運行而造成。機組低位油箱設有2臺22KW的交流電動油泵,其中1臺為主用,另外1臺為備用,此外還設有1臺7.5KW的直流油泵,作為機組黑啟動用。原廠家設計低位油箱油泵開機過程控制流程為:(詳見圖解)河床電站機組的軸承供油路徑是:由低壓油箱經供油泵加壓后輸送到高位油箱,再由高位油箱分別向水輪機軸承、發(fā)機軸承供油,熱油回流至低位油箱,形成閉環(huán)供油循環(huán)系統(tǒng)。高位油箱進油管直徑為108mm,溢油管直徑為89mm,發(fā)電機軸承供油管直徑為108mm,水輪機軸承供油管直徑為45mm,在1號機組調試過程中,調試人員與廠家自動化人員發(fā)現(xiàn),在閥門開度一定時,不同的潤滑油油溫和機組在不同的運行狀態(tài)下,低位油箱主油泵向高位油箱輸送的油與水輪機軸承潤滑油、發(fā)電機軸承潤滑油及溢流管直接回流油的油達到供需不平衡時,就會引起高位油箱溢油,對于此情況,調試人員與各廠家及業(yè)主單位,決定在高于溢流管上的油位加入1個停泵信號,防止?jié)櫥鸵绯龈呶挥拖洹膹S家設計和現(xiàn)場調試情況可知,機組在自動正常運行過程中,始終有1臺油泵在運行,另1臺油泵作為備用,2臺油泵按啟動次數(shù)相互切換,互為備用。從低位油箱油泵控制邏輯回路看,低位油泵控制邏輯回路沒有問題,而增加的停泵液位接點只是防止高位油箱溢油。在機組投入正常運行時,高位油箱的潤滑油油溫在低于20℃時,電加熱器自動投入,當油溫高于23℃時,電加熱器自動切除。如果高位油箱油溫高于30℃時,潤滑油冷卻水閥自動開啟,當潤滑油油溫低于25℃時,潤滑油冷卻水閥自動關閉。因此,潤滑油的溫度變化不是很大,并且機組在正常運行時,正向推力瓦的間隙也變小,潤滑油的流量也隨之變小,如果將潤滑油手動閥門開度進行調節(jié),使1臺油泵輸入高位油箱的油量等于水輪機軸承潤滑油、發(fā)電機軸承潤滑油、溢油管溢油三者的排油量,那么,機組在正常運行時,始終有1臺油泵供油,不至于停泵,從而不會引起2臺油泵的頻繁啟動。而造成機組低位油箱油泵故障退出的原因是:開機前機組潤滑油油溫很低,機組首次手動開機空轉運行后,隨著機組運轉時間的推移,油溫隨著瓦溫的升高逐漸升高,潤滑油的流速逐漸加快,在沒有對潤滑油手動調節(jié)或調節(jié)不平衡時,必然會造成潤滑油的供油不足或過剩。如果油泵供油量大于機組需油量和溢油量,高位油箱油位高而停泵,這樣反復啟停油泵,就會使油泵軟啟動進行熱系數(shù)累加,當達到油泵1小時啟停6次,軟啟動就會報故障退出運行,兩臺供油泵停止工作,導致機組潤滑油中斷燒瓦,根據(jù)機組監(jiān)控系統(tǒng)的操作、故障、事故一覽表,也能看出上述的分析原因成立。3.2發(fā)電機電氣事故水機常規(guī)保護設計不完善是造成這次事故的內在原因。設計應配置的水機常規(guī)保護有:機械過速保護(155%);事故停機過程中導葉發(fā)卡;壓力油罐油壓過低;壓力油罐油位過低;115%Ne+主配壓閥拒動;電氣過速(155%);發(fā)電機電氣事故;機旁事故停機按鈕、緊急事故停機按鈕。高位油箱油位過低動作、水導軸承潤滑油中斷、組合軸承潤滑油中斷、瓦溫監(jiān)測沒有常規(guī)表頭、瓦溫過高沒有設計接入直接作用于停機保護回路,致使事故發(fā)生后機組沒有事故停機。而根據(jù)DL/T827-2002《燈泡貫流式水輪發(fā)電機組啟動試驗規(guī)程》規(guī)定,機組自動開停機流程應在機組過速試驗完后才做,在2#機組首次手動開機時,所有管路的閥門和自動化元件均處于手動位置,因此首次手動開機時,計算機監(jiān)控系統(tǒng)只作為運行監(jiān)視,不作用于機組事故停機,因此計算機監(jiān)控系統(tǒng)在調試運行階段不能發(fā)揮作用。3.3號不及時和未及時試運行人員責任心不強、麻疲大意、發(fā)現(xiàn)光字牌等故障信號不及時和未能及時采取措施處理,造成事故的擴大;試運行工作的組織安排不嚴謹,調試運行特殊過程階段技術措施、管理措施不到位,是造成這次事故的重要原因。4高位油箱控制方式的探討(1)對于這種強迫油循環(huán)潤滑冷卻的貫流式機組,按常理兩臺油泵為主備用工作方式。在機組運轉期間,應始終保持一臺油泵處于連續(xù)運轉工作制,以保證油泵源源不斷地向機組各部軸承提供潤滑冷卻用油,維持機組運轉時各部軸承潤滑冷卻工作需要,另一臺油泵作為備用。沙坡頭河床電站高位油箱管路設計是:進油管直徑為108mm,溢油管直徑為89mm,發(fā)電機軸承供油管直徑為108mm,水輪機軸承供油管直徑為45mm。單純的從油管直徑考慮,高位油箱的供油量與排油量應該可以很容易的調節(jié)達到平衡。但是,根據(jù)現(xiàn)場實際情況,各排油管的安裝高程不同,以及各部瓦的調整間隙不同,從而引起回油量的流速和流量不同,致使在現(xiàn)場對供排油量進行調節(jié)時很難達到供需平衡,因此,對溢油管管徑進行設計時,盡量考慮得粗些,便于增大溢流量;其次,在油泵出口設計一根支管和手動調節(jié)閥直接到低位油箱,直接調整進入高位油箱供油量。通過這些方式可以對供排油量進行多方位的調節(jié),便于現(xiàn)場安裝、調試和機組安全可靠運行。(2)在低位油泵出口如果設計有油過濾器,油溫很低的情況下,油很稠,其流動性不好,從而,油在過濾器處流動不暢通。因此造成供油量不穩(wěn)定,并且有可能使低位油箱油泵過載燒毀。從設計單位和廠家解決此問題的方法是:投入加熱器。通過調試人員在現(xiàn)場的工作發(fā)現(xiàn),機組在停機狀態(tài)時,僅靠廠家配置的加熱器加熱效果不理想,在溫度比較低的寧夏冬季,加熱一天只能達到2度左右。加熱器容量和加熱方式有待改進,尤其是在冬季,啟動長時間備用機組時,運行人員必須高度重視油溫。(3)在高位油箱上安裝1只油位變送器,直接引入到軸承油控制屏內作為低位油箱油泵的控制用,又可以在軸承油控制屏的人機界面上能清楚地看出高位油箱的油位。在PLC控制輔機系統(tǒng)比較廣泛的今天,如果從變送器引入模擬量到PLC模件,即可很方便地改變低位油箱油泵的控制方式,高位油箱油位降至低油位時,備用泵啟動,主備用油泵供油,當高位油箱油位逐漸高于溢流管液位時,停止1臺油泵,由1臺油泵向高位油箱供油,如果高位油箱油位繼續(xù)上升,再切除另1臺油泵。這種控制方式即可以確保供油量、各軸承用油量、溢流量三者不平衡時,潤滑油不溢出高位油箱,又能減少油泵的啟停次數(shù)。(4)目前計算機監(jiān)控系統(tǒng)在水力發(fā)電廠的應用比較廣泛,作為常規(guī)的水力機械保護也有它獨有的特點和用途,因此,在電廠的水力機械常規(guī)保護設計上,也要注意它的保護種類完整性,使水力機械保護常規(guī)回路與計算機監(jiān)控系統(tǒng)事故、緊急停機流程互為備用。在河床電站的機組水力機械保護常規(guī)回路中,增加高位油箱油位過低、水輪機軸承潤滑油中斷、發(fā)電機軸承潤滑油中斷,使機組監(jiān)控系統(tǒng)與水力機械保護常規(guī)回路雙重保護機組的安全穩(wěn)定運行。尤其是在初投運和大修后首次啟動,計算機監(jiān)控系統(tǒng)未發(fā)揮功效的情況下,顯得極為必要。(5)加強試運行人員的技術水平,明確運行人員的職責、