陶 榮

(天生橋一級水電開發(fā)有限責任公司水力發(fā)電廠，貴州 興義 562400)

0 引言

天生橋一級水力發(fā)電廠(以下簡稱天一水電廠)位于貴州安龍縣與廣西隆林縣交界的紅水河上游，裝有4臺混流式水輪發(fā)電機組，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)中承擔電網(wǎng)調峰調頻任務，是國家西電東送大通道天廣直流的重要電源點之一，具有水庫庫容大、水頭變幅大、振動區(qū)范圍受水頭影響大、機組啟停及負荷調整頻繁等特點。

如果天一水電廠發(fā)生水淹廠房事故，其影響范圍會非常大;特別是汛期發(fā)生水淹廠房事故時，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防措施，為水電廠安全穩(wěn)定運行提供了可靠保障。

1 水淹廠房風險分析

根據(jù)天一水電廠的廠房布置、機組結構、設備等情況，分析發(fā)生水淹廠房事故的主要原因如下:

(1) 過水部件發(fā)生嚴重破裂和損壞，大量漏水導致水淹廠房，如：壓力鋼管破裂、蝸殼進人門破裂、錐管進人門處破裂、頂蓋破裂、主軸密封嚴重損壞等；

(2) 發(fā)電機組機械連接部件發(fā)生斷裂、損壞；

(3) 廠房技術供水設備、主管路發(fā)生嚴重破裂或斷裂；

(4) 機組檢修期間或排水泵系統(tǒng)檢修、維護、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)生嚴重故障，不能正常排水；

(5) 廠房區(qū)域遭遇強降雨或長時間降雨，廠房周圍排水不暢造成雨水涌入廠房或通過廠房外部通風孔、穿墻電纜槽進入廠房，導致水淹廠房；

(6) 人為誤操作或辦理工作票時安全措施考慮不周全。

2 防止水淹廠房的安全措施

2.1 完善和加強機組運行工況監(jiān)測

天一水電廠每臺機組都獨立設置了1套機組在線監(jiān)測系統(tǒng)，在運行過程中對機組的上導、下導、推力、水導、上機架、下機架、頂蓋等各重點部位的振動和擺度進行實時監(jiān)測，并對尾水管壓力、蝸殼壓力進行實時監(jiān)測;同時將振動和擺度超標的報警信號上送至監(jiān)控系統(tǒng)，并在中控監(jiān)控操作員工作站OP1，OP2彈出報警簡報信息。這樣運行人員可以及時掌握機組異常運行情況并進行綜合判斷，及時調整運行工況，防止工況不良的區(qū)域長時間運行造成蝸殼進人門破裂、錐管進人門處破裂、頂蓋破裂、主軸密封嚴重損壞，導致大量漏水。

檢修人員定期對在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行收集匯總，并對機組運行過程中的各部振擺數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)進行分析研判，為機組安全運行提供可靠依據(jù)。通過各測點數(shù)據(jù)變化趨勢提前發(fā)現(xiàn)機組自身缺陷，避免發(fā)生機組振擺長期超標造成機組各部件和廠房建筑物的損傷，導致水淹廠房事故的發(fā)生。

天一水電廠根據(jù)對機組各部振動和擺度的監(jiān)測結果發(fā)現(xiàn)了多臺機組振擺超標，通過數(shù)據(jù)分析并結合機組檢修，對轉子圓度及磁極進行處理、磁軛拉緊螺桿重新拉緊、頂蓋上止漏環(huán)進行磨圓處理，對機組進行中心度調整、水平度調整、間隙調整、各部軸瓦支撐方式調整以及上機架剛度及支撐方式改造，消除了引起機組振動和擺度超標的缺陷。通過上述調整和改造，機組各部擺度、振動均有了大幅度下降，并達到國標要求。

通過對機組振擺超標進行及時的綜合治理，有效防止了水淹廠房事故的發(fā)生。

2.2 完善金屬技術監(jiān)督和建立重要螺栓管理機制

天一水電廠完善了金屬技術監(jiān)督體系，定期對金屬部件進行檢查、評估、分析。通過金屬技術監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)廠房內(nèi)技術供水、消防供水、空調供水等系統(tǒng)中運行時間較長的管道銹蝕嚴重。因此，在機組檢修期間，逐步將供水管道由預埋暗管改造為明管，同時取消了銹蝕漏水風險極大的尾水充水管，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充水閥的方式進行充水；將技術供水、消防供水系統(tǒng)中銹蝕嚴重的閥門、連接法蘭、法蘭連接螺栓、法蘭密封進行更換，使其具有防銹功能。為防止水管壓力變動導致爆管漏水，在主供水管上增加了伸縮節(jié)，并對技術供水系統(tǒng)安全閥進行定期檢驗和更換。另外，在建廠以來的首輪機組A修時，對4臺機組所有頂蓋連接螺栓全部進行了更換。

為了防止水淹廠房事故，天一水電廠還組織評估并建立了重要螺栓清單，涵蓋發(fā)電機頂軸連接螺栓、發(fā)電機轉子與發(fā)電機大軸連接螺栓、發(fā)電機大軸與水輪機大軸連接螺栓、水輪機軸與轉輪連接螺栓、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，對重要螺栓進行定期無損探傷。同時明確標準，要求對硬度超標、金相組織有明顯的黑色網(wǎng)狀奧氏體晶界、有裂紋、外形嚴重損傷的螺栓進行更換，杜絕發(fā)生因重要螺栓斷裂、變形導致的嚴重事故。在機組檢修期間，對轉輪、活動導葉、固定導葉、轉子中心體、上機架、下機架、頂蓋等重要部件進行無損探傷和金屬監(jiān)督。

通過對上述部件的監(jiān)督，天一水電廠發(fā)現(xiàn)了轉輪葉片根部裂紋、活動導葉裂紋等影響機組安全運行的重要缺陷。及時對這些導葉、轉輪進行修復，并改善轉輪葉片R角，有效防止轉輪葉片根部裂紋，保障了機組安全穩(wěn)定運行，防止因金屬部件斷裂或強度達不到設計要求而導致水淹廠房事故。

2.3 加強機組振動區(qū)管理

機組長期在振動區(qū)運行，不利于其安全穩(wěn)定，更增加了水淹廠房的可能性。為了準確掌握不同水頭下的振動區(qū)范圍，天一水電廠組織了機組振動區(qū)實測試驗，找到了機組在各特征水頭下的振動區(qū)范圍?，F(xiàn)已將機組振動區(qū)實測范圍作為AGC調節(jié)避開振動區(qū)的依據(jù)，并以此為基礎完善和優(yōu)化了天一水電廠AGC控制策略。

(1) 如果電網(wǎng)下發(fā)有功設定值在全廠可調范圍內(nèi),則按正常的避振優(yōu)化策略進行負荷分配，保證全廠AGC的調節(jié)速度達到調度要求。

(2) 如果電網(wǎng)下發(fā)設定值位于全廠聯(lián)合振動區(qū)(即全廠可調范圍之外),則可考慮由單臺機組進入振動區(qū)運行,其他機組運行在非振動區(qū)，保證調節(jié)的平滑性，從而減少對電網(wǎng)穩(wěn)定斷面潮流的影響。

(3) 對參加AGC的機組采取輪流進入振動區(qū)運行的方式，避免某臺機組在振動區(qū)運行時間過長。同時記錄機組運行在振動區(qū)的累計時間，運行累計時間短的優(yōu)先進入振動區(qū)；或者由運行人員設定各臺機組進入振動區(qū)運行的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的優(yōu)先進入振動區(qū)，禁止機組長時間(15 min)運行在振動區(qū)。若總調AGC設值停留在全廠振動區(qū)內(nèi)超過15 min，且可能影響機組安全時，AGC自動退出，同時報警提示運行人員注意。

(4) 總調有功設定值進入聯(lián)合振動區(qū)所產(chǎn)生的有功差額，將優(yōu)先分配給累計時間最短或優(yōu)先系數(shù)最高的機組。若該機組分配后的負荷值不滿足約束條件，則按照累計時間由短到長或優(yōu)先系數(shù)由高到低輪流查詢進行負荷差額的分配。若所有單臺機組都不滿足約束條件，則電廠AGC自動退出，同時報警提示運行人員。與此同時，將天一水電廠在不同水頭下的振動區(qū)的實時變化情況及時上報總調，保證總調下達的負荷曲線落在機組可調范圍內(nèi)，盡量保證機組不在振動區(qū)運行，以有效防止因機組長期在振動區(qū)運行造成過水部件、機械連接部件的嚴重損壞，導致水淹廠房事故的發(fā)生。

2.4 加強排水系統(tǒng)維護并完善排水系統(tǒng)設計

定期對頂蓋排水系統(tǒng)、滲漏排水系統(tǒng)、檢修排水系統(tǒng)進行試驗和維護，及時發(fā)現(xiàn)缺陷并及時處理。全部更換廠房滲漏、檢修排水系統(tǒng)的深井泵和銹蝕嚴重的閥門，同時將銹蝕嚴重的滲漏、檢修射流排水泵更換為運行穩(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、檢修排水泵的動力電源分別取自400 V供用電不同的母線；改造原來設計不可靠的滲漏、檢修排水泵控制電源，將原取自排水泵動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。通過維護和優(yōu)化設計，降低廠房漏水時發(fā)生水淹廠房的風險。

2.5 完善水淹廠房報警信號

在壓力鋼管放空閥廊道設置水淹廠房報警器，當廠房內(nèi)水位到達鋼管放空閥廊道時，水淹廠房報警器報警并啟動排水泵，且對水淹廠房報警器進行定期動作試驗。同時在壓力鋼管放空閥廊道裝設工業(yè)電視監(jiān)控攝像頭，將實時視頻送至中控室監(jiān)控大屏幕。

上述2項措施可以確保在第一時間對水淹廠房事故進行報警，為處理水淹廠房的事故爭取寶貴時間，有效降低水淹廠房發(fā)生的概率。

2.6 建立完善的水情測報系統(tǒng)

根據(jù)水庫來水的日、旬、月、季、年測報資料進行水情預報，提前對極端暴雨天氣進行預警，對暴雨可能導致的滑坡、山洪等二次災害進行預防，可有效防止或減輕極端天氣導致的水淹廠房事故。

加強對廠房區(qū)域的水工建筑物、山體、排水溝等進行定期觀測評估。每年汛前對廠區(qū)的排水溝、沖溝等進行清理、修繕、維護，保證降雨導致的積水能及時排至下游河道，防止雨水因排水不暢流入廠房和導致次生災害。定期對水工擋水建筑物進行觀測評估，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機械擋水墻。1980年突降暴雨，烏江發(fā)生特大洪水，造成雨水從電纜洞進入烏江渡電廠廠房，導致3號機組全部被淹。為防止再次發(fā)生類似的水淹廠房事故，天一水電廠在進入廠房的各主要通道安裝了可拆裝式的機械擋水墻，將廠房外部淹積水擋在廠房外部。同時，對通往廠房的電纜井、溝等可能進水的部位采取封堵、防水處理，特別是對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行防滲漏處理。針對原有主廠房屋頂經(jīng)常漏水的缺陷，對原有主廠房屋頂進行改造，將預制水泥平屋頂改造為帶一定坡度的新型鋁合金隔熱屋頂。對廠房屋頂排水系統(tǒng)進行改造，增大原有排水管直徑，并增加排水管，增設引水管，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，避免雨水從屋頂進入廠房。處理下游副廠房GIS室屋頂存在滲、漏水缺陷，并對GIS室屋頂進行全面的防水處理。

2.8 加強運行管理

為杜絕人為誤操作導致的水淹廠房事故，根據(jù)機組投產(chǎn)后的實際情況，天一水電廠建立并完善了標準操作票庫、標準工作票庫、隔離閉鎖系統(tǒng)、標準隔離措施庫。建立和完善這些系統(tǒng)，從技術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 加強水淹廠房應急管理

備足應急物資。當廠區(qū)發(fā)生大暴雨導致的積水時，如果處置及時、方法得當，就完全可以避免因雨水倒灌廠房而導致的水淹廠房事故。但現(xiàn)場搶險需準備充足的防汛應急物資，比如移動式潛水泵、排水管、沙袋、電源線盤、動力電源箱設置等。

建立健全水淹廠房應急處置預案。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)濟損失和社會影響，應制定水淹廠房應急預案，并定期對應急預案進行評估和修訂，開展水淹廠房應急預案實戰(zhàn)演練，以提高現(xiàn)場工作人員的應急處置能力，力爭將水淹廠房事故導致的人員和設備損失控制到最低。

3 下一步需研究的問題

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，結合天一水電廠自身實際情況，下一步還需要探討和研究以下問題。

(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，按重要螺栓進行管理，有利于管理的系統(tǒng)化。

(2) 對于壓力鋼管、蝸殼、尾水管等預埋過流金屬部件缺乏全面、有效的監(jiān)測手段，目前僅限于人工目測?？梢钥紤]與設計院、電科院、高校等機構共同研究先進的監(jiān)測方法，對上述金屬部件進行監(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致的水淹廠房事故。由于不銹鋼管造價成本較高，可以考慮逐年分步實施。

(4) 電廠水頭變化范圍是83—143 m，水頭變幅達60 m，但調速器調節(jié)參數(shù)按照1套參數(shù)運行。這套參數(shù)是否滿足所有水頭段運行(特別是當水頭高于130 m時)，還需要進一步論證。

(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，將導致廠房內(nèi)重要的開關室、控制室發(fā)生局部積水。下一步將對廠房地漏排水系統(tǒng)進行分析評估，確認是否需要新增地漏，或對原有地漏系統(tǒng)進行疏通或改造。

4 結束語

對任何水電廠來說，發(fā)生水淹廠房事故都是特別嚴重的。水電廠應對以往水淹廠房事故案例進行認真、細致地分析，并結合自身實際舉一反三，提出相應的防范措施，以防止同類事故的重復發(fā)生。同時，還要不斷開拓思維，主動進行水淹廠房事故預想，找出容易被忽視的薄弱環(huán)節(jié)，并做好應急預案，杜絕水淹廠房事故的發(fā)生。