水電廠水淹廠房事故防范措施的探討

陶 榮

(天生橋一級(jí)水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠，貴州 興義 562400)

0 引言

天生橋一級(jí)水力發(fā)電廠(以下簡(jiǎn)稱天一水電廠)位于貴州安龍縣與廣西隆林縣交界的紅水河上游，裝有4臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，容量為4×300 MW。該水電廠是紅水河流域上游龍頭電站，在南方電網(wǎng)系統(tǒng)中承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，是國(guó)家西電東送大通道天廣直流的重要電源點(diǎn)之一，具有水庫(kù)庫(kù)容大、水頭變幅大、振動(dòng)區(qū)范圍受水頭影響大、機(jī)組啟停及負(fù)荷調(diào)整頻繁等特點(diǎn)。

如果天一水電廠發(fā)生水淹廠房事故，其影響范圍會(huì)非常大;特別是汛期發(fā)生水淹廠房事故時(shí)，損失將更為巨大。為了杜絕水淹廠房事故的發(fā)生，該廠建立和完善了一系列的預(yù)防措施，為水電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。

1 水淹廠房風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)天一水電廠的廠房布置、機(jī)組結(jié)構(gòu)、設(shè)備等情況，分析發(fā)生水淹廠房事故的主要原因如下:

(1) 過(guò)水部件發(fā)生嚴(yán)重破裂和損壞，大量漏水導(dǎo)致水淹廠房，如：壓力鋼管破裂、蝸殼進(jìn)人門破裂、錐管進(jìn)人門處破裂、頂蓋破裂、主軸密封嚴(yán)重?fù)p壞等；

(2) 發(fā)電機(jī)組機(jī)械連接部件發(fā)生斷裂、損壞；

(3) 廠房技術(shù)供水設(shè)備、主管路發(fā)生嚴(yán)重破裂或斷裂；

(4) 機(jī)組檢修期間或排水泵系統(tǒng)檢修、維護(hù)、改造期間，檢修排水系統(tǒng)、滲漏排水系統(tǒng)、頂蓋排水系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障，不能正常排水；

(5) 廠房區(qū)域遭遇強(qiáng)降雨或長(zhǎng)時(shí)間降雨，廠房周圍排水不暢造成雨水涌入廠房或通過(guò)廠房外部通風(fēng)孔、穿墻電纜槽進(jìn)入廠房，導(dǎo)致水淹廠房；

(6) 人為誤操作或辦理工作票時(shí)安全措施考慮不周全。

2 防止水淹廠房的安全措施

2.1 完善和加強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)

天一水電廠每臺(tái)機(jī)組都獨(dú)立設(shè)置了1套機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)機(jī)組的上導(dǎo)、下導(dǎo)、推力、水導(dǎo)、上機(jī)架、下機(jī)架、頂蓋等各重點(diǎn)部位的振動(dòng)和擺度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)尾水管壓力、蝸殼壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);同時(shí)將振動(dòng)和擺度超標(biāo)的報(bào)警信號(hào)上送至監(jiān)控系統(tǒng)，并在中控監(jiān)控操作員工作站OP1，OP2彈出報(bào)警簡(jiǎn)報(bào)信息。這樣運(yùn)行人員可以及時(shí)掌握機(jī)組異常運(yùn)行情況并進(jìn)行綜合判斷，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行工況，防止工況不良的區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行造成蝸殼進(jìn)人門破裂、錐管進(jìn)人門處破裂、頂蓋破裂、主軸密封嚴(yán)重?fù)p壞，導(dǎo)致大量漏水。

檢修人員定期對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集匯總，并對(duì)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的各部振擺數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研判，為機(jī)組安全運(yùn)行提供可靠依據(jù)。通過(guò)各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)提前發(fā)現(xiàn)機(jī)組自身缺陷，避免發(fā)生機(jī)組振擺長(zhǎng)期超標(biāo)造成機(jī)組各部件和廠房建筑物的損傷，導(dǎo)致水淹廠房事故的發(fā)生。

天一水電廠根據(jù)對(duì)機(jī)組各部振動(dòng)和擺度的監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)了多臺(tái)機(jī)組振擺超標(biāo)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析并結(jié)合機(jī)組檢修，對(duì)轉(zhuǎn)子圓度及磁極進(jìn)行處理、磁軛拉緊螺桿重新拉緊、頂蓋上止漏環(huán)進(jìn)行磨圓處理，對(duì)機(jī)組進(jìn)行中心度調(diào)整、水平度調(diào)整、間隙調(diào)整、各部軸瓦支撐方式調(diào)整以及上機(jī)架剛度及支撐方式改造，消除了引起機(jī)組振動(dòng)和擺度超標(biāo)的缺陷。通過(guò)上述調(diào)整和改造，機(jī)組各部擺度、振動(dòng)均有了大幅度下降，并達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。

通過(guò)對(duì)機(jī)組振擺超標(biāo)進(jìn)行及時(shí)的綜合治理，有效防止了水淹廠房事故的發(fā)生。

2.2 完善金屬技術(shù)監(jiān)督和建立重要螺栓管理機(jī)制

天一水電廠完善了金屬技術(shù)監(jiān)督體系，定期對(duì)金屬部件進(jìn)行檢查、評(píng)估、分析。通過(guò)金屬技術(shù)監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)廠房?jī)?nèi)技術(shù)供水、消防供水、空調(diào)供水等系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的管道銹蝕嚴(yán)重。因此，在機(jī)組檢修期間，逐步將供水管道由預(yù)埋暗管改造為明管，同時(shí)取消了銹蝕漏水風(fēng)險(xiǎn)極大的尾水充水管，將尾水充水由從尾水引水管至尾水管改造為在尾水閘門上裝設(shè)充水閥的方式進(jìn)行充水；將技術(shù)供水、消防供水系統(tǒng)中銹蝕嚴(yán)重的閥門、連接法蘭、法蘭連接螺栓、法蘭密封進(jìn)行更換，使其具有防銹功能。為防止水管壓力變動(dòng)導(dǎo)致爆管漏水，在主供水管上增加了伸縮節(jié)，并對(duì)技術(shù)供水系統(tǒng)安全閥進(jìn)行定期檢驗(yàn)和更換。另外，在建廠以來(lái)的首輪機(jī)組A修時(shí)，對(duì)4臺(tái)機(jī)組所有頂蓋連接螺栓全部進(jìn)行了更換。

為了防止水淹廠房事故，天一水電廠還組織評(píng)估并建立了重要螺栓清單，涵蓋發(fā)電機(jī)頂軸連接螺栓、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)大軸連接螺栓、發(fā)電機(jī)大軸與水輪機(jī)大軸連接螺栓、水輪機(jī)軸與轉(zhuǎn)輪連接螺栓、頂蓋與底環(huán)連接螺栓、尾水錐管門連接螺栓及蝸殼門連接螺栓；并采用超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷、內(nèi)窺鏡觀察中心孔等手段，對(duì)重要螺栓進(jìn)行定期無(wú)損探傷。同時(shí)明確標(biāo)準(zhǔn)，要求對(duì)硬度超標(biāo)、金相組織有明顯的黑色網(wǎng)狀?yuàn)W氏體晶界、有裂紋、外形嚴(yán)重?fù)p傷的螺栓進(jìn)行更換，杜絕發(fā)生因重要螺栓斷裂、變形導(dǎo)致的嚴(yán)重事故。在機(jī)組檢修期間，對(duì)轉(zhuǎn)輪、活動(dòng)導(dǎo)葉、固定導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)子中心體、上機(jī)架、下機(jī)架、頂蓋等重要部件進(jìn)行無(wú)損探傷和金屬監(jiān)督。

通過(guò)對(duì)上述部件的監(jiān)督，天一水電廠發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)輪葉片根部裂紋、活動(dòng)導(dǎo)葉裂紋等影響機(jī)組安全運(yùn)行的重要缺陷。及時(shí)對(duì)這些導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪進(jìn)行修復(fù)，并改善轉(zhuǎn)輪葉片R角，有效防止轉(zhuǎn)輪葉片根部裂紋，保障了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，防止因金屬部件斷裂或強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致水淹廠房事故。

2.3 加強(qiáng)機(jī)組振動(dòng)區(qū)管理

機(jī)組長(zhǎng)期在振動(dòng)區(qū)運(yùn)行，不利于其安全穩(wěn)定，更增加了水淹廠房的可能性。為了準(zhǔn)確掌握不同水頭下的振動(dòng)區(qū)范圍，天一水電廠組織了機(jī)組振動(dòng)區(qū)實(shí)測(cè)試驗(yàn)，找到了機(jī)組在各特征水頭下的振動(dòng)區(qū)范圍?，F(xiàn)已將機(jī)組振動(dòng)區(qū)實(shí)測(cè)范圍作為AGC調(diào)節(jié)避開(kāi)振動(dòng)區(qū)的依據(jù)，并以此為基礎(chǔ)完善和優(yōu)化了天一水電廠AGC控制策略。

(1) 如果電網(wǎng)下發(fā)有功設(shè)定值在全廠可調(diào)范圍內(nèi),則按正常的避振優(yōu)化策略進(jìn)行負(fù)荷分配，保證全廠AGC的調(diào)節(jié)速度達(dá)到調(diào)度要求。

(2) 如果電網(wǎng)下發(fā)設(shè)定值位于全廠聯(lián)合振動(dòng)區(qū)(即全廠可調(diào)范圍之外),則可考慮由單臺(tái)機(jī)組進(jìn)入振動(dòng)區(qū)運(yùn)行,其他機(jī)組運(yùn)行在非振動(dòng)區(qū)，保證調(diào)節(jié)的平滑性，從而減少對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定斷面潮流的影響。

(3) 對(duì)參加AGC的機(jī)組采取輪流進(jìn)入振動(dòng)區(qū)運(yùn)行的方式，避免某臺(tái)機(jī)組在振動(dòng)區(qū)運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。同時(shí)記錄機(jī)組運(yùn)行在振動(dòng)區(qū)的累計(jì)時(shí)間，運(yùn)行累計(jì)時(shí)間短的優(yōu)先進(jìn)入振動(dòng)區(qū)；或者由運(yùn)行人員設(shè)定各臺(tái)機(jī)組進(jìn)入振動(dòng)區(qū)運(yùn)行的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的優(yōu)先進(jìn)入振動(dòng)區(qū)，禁止機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間(15 min)運(yùn)行在振動(dòng)區(qū)。若總調(diào)AGC設(shè)值停留在全廠振動(dòng)區(qū)內(nèi)超過(guò)15 min，且可能影響機(jī)組安全時(shí)，AGC自動(dòng)退出，同時(shí)報(bào)警提示運(yùn)行人員注意。

(4) 總調(diào)有功設(shè)定值進(jìn)入聯(lián)合振動(dòng)區(qū)所產(chǎn)生的有功差額，將優(yōu)先分配給累計(jì)時(shí)間最短或優(yōu)先系數(shù)最高的機(jī)組。若該機(jī)組分配后的負(fù)荷值不滿足約束條件，則按照累計(jì)時(shí)間由短到長(zhǎng)或優(yōu)先系數(shù)由高到低輪流查詢進(jìn)行負(fù)荷差額的分配。若所有單臺(tái)機(jī)組都不滿足約束條件，則電廠AGC自動(dòng)退出，同時(shí)報(bào)警提示運(yùn)行人員。與此同時(shí)，將天一水電廠在不同水頭下的振動(dòng)區(qū)的實(shí)時(shí)變化情況及時(shí)上報(bào)總調(diào)，保證總調(diào)下達(dá)的負(fù)荷曲線落在機(jī)組可調(diào)范圍內(nèi)，盡量保證機(jī)組不在振動(dòng)區(qū)運(yùn)行，以有效防止因機(jī)組長(zhǎng)期在振動(dòng)區(qū)運(yùn)行造成過(guò)水部件、機(jī)械連接部件的嚴(yán)重?fù)p壞，導(dǎo)致水淹廠房事故的發(fā)生。

2.4 加強(qiáng)排水系統(tǒng)維護(hù)并完善排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

定期對(duì)頂蓋排水系統(tǒng)、滲漏排水系統(tǒng)、檢修排水系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并及時(shí)處理。全部更換廠房滲漏、檢修排水系統(tǒng)的深井泵和銹蝕嚴(yán)重的閥門，同時(shí)將銹蝕嚴(yán)重的滲漏、檢修射流排水泵更換為運(yùn)行穩(wěn)定可靠的不銹鋼射流泵。完善排水系統(tǒng)和排水閥門的操作、控制電源：滲漏、檢修排水泵的動(dòng)力電源分別取自400 V供用電不同的母線；改造原來(lái)設(shè)計(jì)不可靠的滲漏、檢修排水泵控制電源，將原取自排水泵動(dòng)力電纜的排水泵控制電源改造為雙路供電，其中一路改用可靠性高的公用逆變電源供電。通過(guò)維護(hù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低廠房漏水時(shí)發(fā)生水淹廠房的風(fēng)險(xiǎn)。

2.5 完善水淹廠房報(bào)警信號(hào)

在壓力鋼管放空閥廊道設(shè)置水淹廠房報(bào)警器，當(dāng)廠房?jī)?nèi)水位到達(dá)鋼管放空閥廊道時(shí)，水淹廠房報(bào)警器報(bào)警并啟動(dòng)排水泵，且對(duì)水淹廠房報(bào)警器進(jìn)行定期動(dòng)作試驗(yàn)。同時(shí)在壓力鋼管放空閥廊道裝設(shè)工業(yè)電視監(jiān)控?cái)z像頭，將實(shí)時(shí)視頻送至中控室監(jiān)控大屏幕。

上述2項(xiàng)措施可以確保在第一時(shí)間對(duì)水淹廠房事故進(jìn)行報(bào)警，為處理水淹廠房的事故爭(zhēng)取寶貴時(shí)間，有效降低水淹廠房發(fā)生的概率。

2.6 建立完善的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)

根據(jù)水庫(kù)來(lái)水的日、旬、月、季、年測(cè)報(bào)資料進(jìn)行水情預(yù)報(bào)，提前對(duì)極端暴雨天氣進(jìn)行預(yù)警，對(duì)暴雨可能導(dǎo)致的滑坡、山洪等二次災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防，可有效防止或減輕極端天氣導(dǎo)致的水淹廠房事故。

加強(qiáng)對(duì)廠房區(qū)域的水工建筑物、山體、排水溝等進(jìn)行定期觀測(cè)評(píng)估。每年汛前對(duì)廠區(qū)的排水溝、沖溝等進(jìn)行清理、修繕、維護(hù)，保證降雨導(dǎo)致的積水能及時(shí)排至下游河道，防止雨水因排水不暢流入廠房和導(dǎo)致次生災(zāi)害。定期對(duì)水工擋水建筑物進(jìn)行觀測(cè)評(píng)估，包括水下檢查大壩面板，一旦發(fā)現(xiàn)裂紋、滲流異常等情況，將立即組織論證、分析、處理。

2.7 廠房建筑物漏水綜合排查治理

在廠房各入口處裝設(shè)機(jī)械擋水墻。1980年突降暴雨，烏江發(fā)生特大洪水，造成雨水從電纜洞進(jìn)入烏江渡電廠廠房，導(dǎo)致3號(hào)機(jī)組全部被淹。為防止再次發(fā)生類似的水淹廠房事故，天一水電廠在進(jìn)入廠房的各主要通道安裝了可拆裝式的機(jī)械擋水墻，將廠房外部淹積水擋在廠房外部。同時(shí)，對(duì)通往廠房的電纜井、溝等可能進(jìn)水的部位采取封堵、防水處理，特別是對(duì)主變通往廠用電層的電纜槽采取封堵措施。

改造主廠房屋頂并進(jìn)行防滲漏處理。針對(duì)原有主廠房屋頂經(jīng)常漏水的缺陷，對(duì)原有主廠房屋頂進(jìn)行改造，將預(yù)制水泥平屋頂改造為帶一定坡度的新型鋁合金隔熱屋頂。對(duì)廠房屋頂排水系統(tǒng)進(jìn)行改造，增大原有排水管直徑，并增加排水管，增設(shè)引水管，將雨水引至排水溝，以利于將大暴雨形成的屋頂積水及時(shí)排走，防止降雨積水將廠房屋頂壓變形垮塌，避免雨水從屋頂進(jìn)入廠房。處理下游副廠房GIS室屋頂存在滲、漏水缺陷，并對(duì)GIS室屋頂進(jìn)行全面的防水處理。

2.8 加強(qiáng)運(yùn)行管理

為杜絕人為誤操作導(dǎo)致的水淹廠房事故，根據(jù)機(jī)組投產(chǎn)后的實(shí)際情況，天一水電廠建立并完善了標(biāo)準(zhǔn)操作票庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)工作票庫(kù)、隔離閉鎖系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)隔離措施庫(kù)。建立和完善這些系統(tǒng)，從技術(shù)和組織手段上最大程度地防止人為誤操作所引起的水淹廠房事故。

2.9 加強(qiáng)水淹廠房應(yīng)急管理

備足應(yīng)急物資。當(dāng)廠區(qū)發(fā)生大暴雨導(dǎo)致的積水時(shí)，如果處置及時(shí)、方法得當(dāng)，就完全可以避免因雨水倒灌廠房而導(dǎo)致的水淹廠房事故。但現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)需準(zhǔn)備充足的防汛應(yīng)急物資，比如移動(dòng)式潛水泵、排水管、沙袋、電源線盤、動(dòng)力電源箱設(shè)置等。

建立健全水淹廠房應(yīng)急處置預(yù)案。為了高效、有序、正確地降低和消除水淹廠房造成的重大經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，應(yīng)制定水淹廠房應(yīng)急預(yù)案，并定期對(duì)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行評(píng)估和修訂，開(kāi)展水淹廠房應(yīng)急預(yù)案實(shí)戰(zhàn)演練，以提高現(xiàn)場(chǎng)工作人員的應(yīng)急處置能力，力爭(zhēng)將水淹廠房事故導(dǎo)致的人員和設(shè)備損失控制到最低。

3 下一步需研究的問(wèn)題

根據(jù)天一水電廠發(fā)生水淹廠房事故的可能原因和已采取的防范措施，結(jié)合天一水電廠自身實(shí)際情況，下一步還需要探討和研究以下問(wèn)題。

(1) 電廠頂蓋屬于分瓣式頂蓋，采用螺栓連接，目前分瓣式頂蓋的連接螺栓還未列入重要螺栓清單中。下一步可以考慮將分瓣式頂蓋連接螺栓歸入重要螺栓清單，按重要螺栓進(jìn)行管理，有利于管理的系統(tǒng)化。

(2) 對(duì)于壓力鋼管、蝸殼、尾水管等預(yù)埋過(guò)流金屬部件缺乏全面、有效的監(jiān)測(cè)手段，目前僅限于人工目測(cè)?？梢钥紤]與設(shè)計(jì)院、電科院、高校等機(jī)構(gòu)共同研究先進(jìn)的監(jiān)測(cè)方法，對(duì)上述金屬部件進(jìn)行監(jiān)督管理。

(3) 建議將供水系統(tǒng)管路由普通金屬管改造為可靠性更高的不銹鋼管，可較大程度地防止因管路銹蝕破裂導(dǎo)致的水淹廠房事故。由于不銹鋼管造價(jià)成本較高，可以考慮逐年分步實(shí)施。

(4) 電廠水頭變化范圍是83—143 m，水頭變幅達(dá)60 m，但調(diào)速器調(diào)節(jié)參數(shù)按照1套參數(shù)運(yùn)行。這套參數(shù)是否滿足所有水頭段運(yùn)行(特別是當(dāng)水頭高于130 m時(shí))，還需要進(jìn)一步論證。

(5) 電廠廠房地漏系統(tǒng)排水不暢、分布不合理，如發(fā)生局部漏水，將導(dǎo)致廠房?jī)?nèi)重要的開(kāi)關(guān)室、控制室發(fā)生局部積水。下一步將對(duì)廠房地漏排水系統(tǒng)進(jìn)行分析評(píng)估，確認(rèn)是否需要新增地漏，或?qū)υ械芈┫到y(tǒng)進(jìn)行疏通或改造。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)任何水電廠來(lái)說(shuō)，發(fā)生水淹廠房事故都是特別嚴(yán)重的。水電廠應(yīng)對(duì)以往水淹廠房事故案例進(jìn)行認(rèn)真、細(xì)致地分析，并結(jié)合自身實(shí)際舉一反三，提出相應(yīng)的防范措施，以防止同類事故的重復(fù)發(fā)生。同時(shí)，還要不斷開(kāi)拓思維，主動(dòng)進(jìn)行水淹廠房事故預(yù)想，找出容易被忽視的薄弱環(huán)節(jié)，并做好應(yīng)急預(yù)案，杜絕水淹廠房事故的發(fā)生。