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马面坡电站灯泡贯流式机组透水事故的分析与处理

2024-06-14 108 上传者：管理员

摘要：马面坡电站发电机组为灯泡式贯流机组，于2019年底完成增效扩容改造，改造后电站总装机容量为2×3 000 kW。2021年4月，电站发生定子排污管透水倒灌事故，导致定子内进水，进入定子的水被旋转的转子带起，使得整个定转子绕组和风机等内部设备浸水，机组保护动作，紧急停机。经过排查发现，是由于定子排污管穿过水机座环竖井壁时，与竖井壁之间的焊缝及钢管发生断裂而产生的透水事故。经过流道排水后可清楚看到，排污管及排污管上的法兰裸露在水中，排污管管径较小，排污管上的法兰在水流的推动下不停摇动，使得管路根部及焊缝疲劳受损，进而断裂。在经过管路走向重新布置和焊接方法改进等抢修工作及定转子清理干燥后，机组投入正常运行。图5幅，表1个。

关键词：
分析与处理
定子排污管
灯泡贯流式机组
透水事故
通风方式
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1、概述

马面坡电站位于贵州省铜仁市玉屏县境内，在氵舞阳河与其支流南宁河交汇处的西侧，系氵舞阳河玉屏境段的5座梯级电站开发点之一，是以灌溉为主，发电为辅的综合型电站。该电站为河床式电站，于1985年11月9日动工兴建，主机于1988年12月正式安装，总装机容量为2×2 500 kW;1989年底2台发电机组同时安装完毕，1990年1月22日正式并网发电。

该电站设计初期，灯泡贯流式机组的发展尚处于起步阶段，各项技术不太成熟，因此机组的设计及运行均带有试验性质。原机组的布置形式为三支点布置，转子两侧布置2个轴承，水导布置1个轴承，1台发电机仅配1个空气冷却器，布置在发电机外部，4个风机布置在电机内部；风道通过泡头进人筒延申至厂房地面混凝土层风洞，通过空冷器回到与水机管型座相连接的定子机座座环，最后进入发电机。虽然风道较长，风阻较大，但风路清晰。

2019年底，电站完成对机组的增效扩容改造，成功并网发电，总装机容量增至2×3 000 kW。改造后的机组为两支点布置形式，将组合轴承布置在转子下游侧，取消原机组布置在泡头内的轴承，通风方式及风道同原机保持不变。

改造后机组的主要技术参数如表1所示，发电机总布置图如图1所示。

表1 水轮发电机组主要技术参数

图1 发电机总装配示意图

2、透水事故的发生

2台机组自2019年底并网运行以来，运行非常稳定，定转子温升、轴承温度、振动和机组出力均符合设计要求。

2021年4月19日，电站反映定子排污管在机组运行时有少量水流出，但停机后则无水流出。相关设计人员随即进行分析，首先怀疑定子机座上下游的密封是否失效；在与安装指导人员沟通后，确定密封存在缺陷的可能性不大。密封的安装严格按照工艺路线进行，所用材料为优质材料，安装后均进行了密封试验；若是密封失效，则排污管不管是运行还是停机，会一直有水流出。在排除了机组密封失效的可能性后，同样排除了空冷器冷凝水或冷却水管漏水的可能性。根据机组布置，空冷器放置在发电机外侧，而且泡头底部无积水，可以肯定排污管中的水不是从泡头排污孔中流出。最后将可能性缩小在排污管本身，是否存在管路焊接缺陷或者连接法兰处松动的情况，并建议电站停机检查排污管。由于事发时排污管内排水很小，又处于丰水期，电站在抢水继续运行发电，故暂时不作处理。

4月29日，电站再次反映，河水倒灌至定子，保护系统报警显示转子绕组接地，致使机组自动紧急停机，此时排污管内有大量水持续喷涌而出，如同直接从流道引出一样，而且泡头及定子内有大量积水。

3、原因分析

事故发生以后，电站立即组织相关人员抢修，首先关闭上下游闸门，对流道进行抽水排水。待流道水排完后，进到流道中发现，排污管断裂，断裂位置在定子排污管穿过水机管型座竖井壁处，详见图2。当排污管完全断裂后，河水倒灌至定子，高速旋转的转子将水带起，使得整个电机内部被水浸湿，机组被迫停机。

图2 定子排污管断裂处

从现场情况看，排污管安装未按设计要求在外围焊接防护板，管路裸露在水下，没有任何保护措施，而且在距离座环竖井壁0.7 m处设有法兰，法兰无固定措施，详见图2、图3。

图3 现场排污管走向示意图

从现场的情况分析判断，可以得出以下几点：

(1)裸露在水中的管路未按设计要求采取保护措施，任凭水流冲刷或异物撞击，存在安全隐患。

(2)法兰裸露在水中无固定措施，水流推动法兰面不停摇摆，对排污管根部施加一个周期性变化的外力，长时间作用，使得焊缝及钢管产生疲劳，进而产生裂纹。

(3)焊缝本身存在缺陷，焊缝大小不均匀，内应力未消除。

(4)在焊接过程中没有采取正确的焊接工艺，且保温措施不到位，使得焊缝及钢管内应力偏大，焊缝的裂纹在焊接时已经存在。

通过以上原因分析可知，4月19日，电站反映的定子排污管在机组运行时有少量水流出，但停机后则无水流出的现象是由于当时焊缝未完全断裂，法兰在水中不停摇摆，使得裂缝一张一合，因此有水流出，但此时水流不大；停机时排污管不被水流冲击摇摆，因此基本没有水流出。直至4月29日，钢管根部完全断裂，才使得河水倒灌定子，且排污管的河水大量向外涌出。

4、事故处理

现场经过反复勘查，决定首先对排污管的走向进行重新布置，并取消水中的法兰。排污管尽量采用整体钢管，同时要对管子进行保护，不允许管子裸露在水中，以减少水流对管子的冲击。其次，在焊接过程中要采取保温措施，对母材和钢管进行焊接前预热，避免焊缝出现裂纹，管子周围焊缝应大小均匀。最后，对电机进行彻底干燥，各项指标达到要求才能运行发电。

4.1 管路重新布置

根据流道布置，将排污管直接穿过机座座环竖井壁，再将竖井内的积水通过钢管接到外界集水井，详见图4。最初正是由于排污管绕过原机座座环竖井到水机座环竖井，使得暴露在水中的管路太长，且设置了法兰连接，直接留下了安全隐患。更改后的管路外侧全部采用防护板进行包裹保护，取消了法兰，消除了水流对管路的冲击力，详见图5。

4.2 采取正确的焊接方法

流道内的温度较低，且湿度大，在焊接前对原机座座环进行了预热处理。由于上下闸门关闭，流道内就是一个封闭空间，空气潮湿，为了保证焊接质量和避免焊接过程中产生的废气对人造成伤害，现场使用鼓风机通过进人孔进行空气交换。最后，对机座座环竖井采取了保温措施，以保证焊接完成后温度缓慢下降，使焊缝不产生裂纹。另外，排污管的材质应采用低碳钢，如20号钢管或Q235钢管，避免使用高碳钢材质。

图4 重新布置后的排污管

图5 采用防护板包裹的排污管

4.3 电机干燥

处理完排污管后，对电机定转子绕组进行了烘干处理。首先对转子进行烘干，电源采用直流焊机，烘干电流取额定励磁电流的80%,持续烘烤36 h后测得绝缘阻值接近0.8 MΩ,已经符合标准规定的要求。紧接着对定子进行烘干，为了提高烘干效率，采用了定子三相短路的方法。将定子主引线三相短接，中性点本来就是短接的，当机组达到额定转速时，调节励磁电流，使得定子短路电流为额定电流的80%左右，保持烘烤状态(此时空冷器冷却水必须关闭)。持续48 h后测得每相绕组绝缘阻值稳定在800 MΩ以上，且吸收比R60/R15>1.85,符合标准规定的要求。至此，定转子烘烤完毕，可以并网发电。

5、结语

灯泡贯流式机组的排污管裸露在水中必然存在安全隐患，在机组正常运行时，排污管要受到振动及水流的冲击力，随着时间的推移，管道的连接处会产生疲劳现象。水中要尽量避免设置法兰，法兰在水中会受到水流更大冲击力。如果必须设置法兰，则必须连同排污管均应该用防护套包裹保护。

马面坡电站的透水事故给我们带来了深刻的教训，且提供了宝贵的工程经验，必须按图施工，按标准验收。处理后的马面坡电站已经能够正常运行发电。

参考文献:

[1]哈尔滨大电机研究所.水轮机设计手册[M].北京:机械工业出版社,1976.

[2]水利部第二工程局.水轮发电机试验[M].北京:电力工业出版社,1980.

[3]GB/T 7894—2009,水轮发电机基本技术条件 [S].

[4]GB/T 8564—2003,水轮发电机组安装技术规范 [S].

文章来源:张勤.马面坡电站灯泡贯流式机组透水事故的分析与处理[J].小水电,2024(03):64-66+71.