水电站机电设备事故.docx

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水电站机电设备事故

水电站机电设备事故案例分析

前言

一、防止水电站水力机械设备损坏事故

二、防止发电机组损坏事故

三、防止大型变压器损坏和互感器爆炸事故

四、防止开关设备事故

五、防止水电站水淹厂房事故

前言

中国电力工业的发展近年来取得了很大的成就，2010年我国装机容量达到9.2亿千瓦，居世界第二位。

其中水电装机容量突破2亿千瓦，居世界第一。

在“十一五”期间形成大水电、火电电源基地，强势推进着西电东送工程。

由远距离交直流特高压输电线路和大机组构成的超大型电力系统初步形成。

中国政府已做出决定：

到2020年，单位国内生产总值的二氧化碳排放将比2005年下降40—50%，使非化石能源占一次能源消费比重达15%左右。

2020年我国电力装机总容量预计将超过17亿千瓦，其中非化石能源发电装机容量超过5.5亿千瓦，占全国发电装机容量的1/3以上，其中水电装机约3.8亿千瓦，核电1亿千瓦，风电约1.5亿千瓦。

由全国10.5亿千瓦的煤电装机仍占主导地位，推进煤电清洁、高效、集约发展将仍是主导方向。

我国水能资源十分丰富，总量居世界第一。

根据最新复查数据，水能资源理论蕴藏量6.94亿千瓦，年发电量6.08万亿千瓦时；技术可开发量5.7亿千瓦，年发电量2.47万亿千瓦时；经济可开发量4.02亿千瓦，年发电量1.7万亿千瓦时。

至2010年底，我国水电装机规模达到2.11亿千瓦，其中小水电5800万千瓦左右，当年新增核准水电规模1322万千瓦，在建规模7700万千瓦。

我国水电的开发程度，按国际惯例使用的发电量计算约为25%，按装机容量算的话，也只占到技术可开发量的37%左右，与发达国家60—70%的平均水平还有较大的差别，从1910年建设石龙坝水电站起，中国水电已走过光辉的百年历程。

至今水电装机容量已突破2亿千瓦，成为世界最大的水电大国，已是名符其实的水电强国。

已建和在建的30米以上的大坝有5200余座，其中坝高100米以上的大坝有140多座，已投产5万千瓦以上的大中型水电站430余座（含蓄能电站21座），30万千瓦以上的水电站100座，百万千瓦以上的水电站39座，机组制造业通过引进、消化、吸收及自主创新已能制造世界最大的70万千瓦、80万千瓦和100万千瓦的水轮发电机组。

至2010年底我国已运行抽水蓄能电站25座，但抽水蓄能装机2%远小于世界发达国家5%—10%的比重。

按2020年规划风电大1.5亿瓦千万，核电1亿千瓦，抽水蓄能装机应达到5000—8000亿万千瓦。

下面从水电站机电设备来分析事故的预防措施和案例：

一、防止水电站水力机械设备损坏事故

·水轮机安装和大修后要按规程检验合格，进行分部和整机试验合格后方可投入运行。

新投产或调速器经过重大改造后机组必须进行甩负荷试验。

·各种过速保护均应可靠投入运行，机组才能启动和运行。

·机组事故紧急停机保护必须在硬、软件均采用完全冗余，可靠确保机组安全。

·机组进水口事故门（阀）设备及其控制系统运行要安全可靠，手动和自动紧急关闭闸门要特别可靠。

·调速器的主配压阀，事故停机电磁阀液压元件动作正确可靠。

·设立可靠的水机振动监测系统。

在各种运行工况下，水轮机各部件不应产生共振和振动值超标，当出现共振及振动值超标，要仔细分析原因并予以清除。

机组运行经验表明凡是振动值超标，机组存在隐患，若不予以消除，必然造成重大事故。

·机组大修中重点对压力钢管、蜗壳段、尾水锥管，尾水肘管，蜗壳进人孔进行详细的检查处理。

·防止水轮发电机组轴瓦损坏，新投产或经大修后的机组必须经过整体盘车；轴线调整合格后，应复检推力轴承的受力情况。

·仔细检查瓦面的质量，应符合厂家及规程的标准，导轴瓦间隙调井应符合要求

·水轮发电机保证各轴承冷却水正常投入，确保轴承的冷却效果。

·机组启动，停机和运行中要严密监视机组各轴承处的摆度，推力瓦温度，导轴承瓦温度，回油温度，油槽温度。

·停机时刹车装置动作可靠。

·水机系统的油位计，压力表，油温表、水温表及自动化元件。

必须可靠运行，由于自动化元件故障引起机组停机，损失很大。

·水轮机组排水系统应非常可靠。

事故案例

1、苏联萨阳水电站事故分析：

·水轮机顶盖螺丝损坏，水轮机振动超标时间已很久，未引起运行人员的重视。

·西伯利亚总调多次调用水轮机有严重故障的2号机直至出现严重事故。

·进水口闸门未设手动紧急下闸装置，导致事故水淹厂房后几十分钟才关闭进水口闸门。

·进水口闸门值守的工人已全部撤除，处于无人值班的状态。

2、三峡电站3号机（VGS）生产的机组蜗壳进人口固定螺丝损坏事故：

2004年10月，三峡电站3号机蜗壳进人孔螺丝由于安装时大部分已损坏，运行人员检查时仅剩下1/5的螺栓未损坏紧急停机未造成事故

3、某水电站1号机排水泵事故，水淹水轮机层。

4、三峡电站24#机水导瓦温跳变，越限造成机组解列，由于水导瓦温表内部接触不良所致，后改进为双接点出口跳闸。

加强可靠性，消除事故。

5、三峡电站阿尔斯通生产的5号机组运行中推力瓦温升高至85℃，顶盖水压上升至0.25Mpa，发现水轮机上止漏环脱落事故。

6、三峡电站20号机逆动率保护误动停机，由于导叶主接力器互感器，滑块脱扣无法反映机组真实开度，导致逆动率保护误动。

7、三峡电站5#机推力轴承瓦烧损

机组运行突发机组摆度增加，振动加大，瓦温过高停机，发现推力瓦结构有问题。

必须吊转子才能检修。

综上所述三峡电厂已运行26台70万千瓦的机组，共出现事故停机40余次（2003—2011），厂家设计事故占80%。

所以把厂家机组质量抓好，可以大大提高水电站安全运行水平。

二、防止发电机组损坏事故

1、防止定子相间短路

防止定子绕组端部松动引起相间短路。

发电机在运行时绕组上要承受100Hz（2倍工频）的交变电磁力，由此产生100Hz的绕组振动，由于该交流电磁力与电流的平方或正比，故在容量越大的发电机中绕组承受的激磁振力就越大。

由于定于绕组端部结构类似悬臂梁，难于像槽中线棒那样牢固固定，所以设计合理、工艺可靠能长期安全可靠运行，但设计不合理制造质量不良及大修后质量不合格使端部松动，进而是线棒绝缘磨损，若不及时处理可能发生灾难性的相间事故，具有突发性和难于简单修复。

损失往往极为严重，应引起有关方面的特别重视。

2、防止定子水冷发电机漏水事故的发生

定子水内冷系统畅通无阻是保证发电机安全运行的基础，保证无泄漏点更重要。

把发电机定子水冷的纯水系统维护好，保证定子冷却水畅通不泄漏，才能保证机组安全运行。

三峡电站3#机组是西门子公司生产的定子水内冷机组转子的风冷系统的70万千瓦机组，2006年8月定子水冷接头开焊，发电机保护正确动作，最后烧损90多根上下层线棒，定子铁心未损坏，抢修三个月才投入运行。

为了防止发电机定子线棒层间测温元件的温差和出水支路的同层各定子线棒引水管出水温差应加强监督，根据运行经验，定子线棒层间最高与最低温差达8℃或定子线棒引水管出水温差达8℃时应报警，当定子线棒温差达14℃或定子引水管出水温差达12℃，或任定子槽内层间测温元件温度超过85℃，确认测温元件无误，应立即停机，北京伏安公司生产的智能温度仪可以测出任何一点的温差。

加强对定子线棒各层间及引水管出水间的温差监视，可以及时发现定子水冷回路堵塞的线棒，避免事故发生。

绝缘引水管是发电机内冷水回路中最易漏水的薄弱环节，因此必须详细检查，确保引水管无任何伤痕，引水管交叉和引水管间与端罩间应有足够的绝缘距离。

3、防子转子磁极短路及接地

防子发电机转子内遗留金属异物，尤其是新机组启动前和大修后对转子端部紧固情况仔细检查。

4、防止发电机非全相运行

当发电机变压器主断路器出现非全相运行时，其相关保护应及时起动断路器失灵保护，在主断路器无法断开时，断开与其连接在同一母线上的所有电源。

发电机的非全相运行主要是由于断路器一相未断开或未合上而造成不对称负荷，这时在定子绕组内有负序电流，它产生的磁场对于转子是以2倍频率旋转，这种旋转磁体在转子本体感应出2倍频率的负序电流，该电流在这些部件上和各部件的接触处产生很大的附件损耗和温升产生局部过热、负序电流过大将发电机转子烧坏。

5、防止发电机非同期并网

发电机非同期并网过程类似电网系统中短路故障，其后果是非常严重的。

发电机非同期并网产生的强大冲击电流不仅危及电网的安全稳定，而且对并网发电机组主变压器及发电机的轴系也将产生巨大的破坏作用。

为了避免发电机非同期并网事故发生，对于新投运机组、大修机组及同期回路进行过改动或设备更换的机组，第一次并网前应对同期回路进行全面细致的校核，倒送电或发电机变压带空载母线升压试验，校核同期电压检测二次回路的正确性；同期试验，断路器操作控制二次回路绝缘应满足要求，并核实发电机电压相序与系统相序一致。

6、防止定子单相接地故障

当发电机定子回路发生单相接地时，水轮发电机可以运行一段时间，但定子接地保护应报警。

7、防止转子一点接地

当发电机的转子绕组发生一点接地时，应立即查明故障点与性质。

如系稳定性的金属接地，应立即停机处理。

由于水轮发电机均采用自并励静态励磁，所以励磁系统的绝缘包括在发电机转子回路中，应特别注意励磁回路的绝缘应良好。

事故案例：

贵州构皮滩电厂的2号机，由于励磁柜天花板漏水引起励磁回路接地，后来消除漏水，故障亦消除。

8、防止励磁系统故障

有进相运行工况的发电机，其低励限制的定植应在制造厂给定的容许值和保持发电机静稳定的范围内应定期检验。

9、广东惠州抽水蓄能电站（8×30万千瓦）、山西西龙池抽水蓄能电站（4×30万千瓦）、河南宝泉抽水蓄能电站（4×30万千瓦）、湖北清江水布垭水电站（5×40万千瓦），在基建和试运行中均发生发电机损坏事故，损失严重，以上机组大多为国外进口机组。

励磁系统是维护发电机运行的核心，其作用不仅在于发电机正常运行时为发电机转子提供基本的磁场能量，当电力系统突然短路或突加负荷，甩负荷时自动对发电机进行强行励磁或强行减磁，以提高电力系统运行稳定性和可靠性，当发电机内部出现短路时，对发电机励磁系统进行灭磁，以避免事故的扩大。

因此要求发电机运行时励磁调节器必须投入自动调节通道，不允许使用恒流电源或手动通道，否则可能导致事故的发生。

励磁系统故障主要是欠励（失励）、过励（转子过负荷）和过激磁（V/F），其对发电机危害较大。

为此，在励磁系统的选型、调试、检修及运行维护中必须注意一下工作：

1）新机或改造的励磁系统选型中除自动调节外，应具备欠励限制、过励限制、过激磁限制、无功补偿，PSS电压互感器断线保护等功能，在配置上采用数字控制、双自动通道、交直流双路电源，功率柜采用n+1方式，以提高励磁系统的可靠。

2）励磁系统低励限制的定值经过认真计算（包括静稳定极限和电网暂态稳定的核定，并留一定的稳定余度）和并网后，必须通过进相试验实际检验机组才可以进相运行。

另外进相运行的机组应装设发电机功角仪，进相运行时发电机功角应控制在70°以内。

3）在计算和整定励磁调节器过励限制定值时，必须保证调节器过励限制，过励保护及发电机转子过负荷保护的阶梯关系。

即过励时，首先是调节器过励限制动作，其次是过励保护，最后一道防线是发电机过励磁保护。

4）励磁调节器的过激磁限制定值小于发电机一变压器过励磁保护定值，确保在发电机电压升高或转速下降时，首先由励磁调节器的过激磁保护将发电机励磁电流限制在安全范围内，由于大部分的励磁系统在机组启动、停机、励磁手动方式备励运行及其它试验过程没有过激磁限制功能应完善发电机一变压器组过激磁保护，并且在计算定值时要考虑主变压器及变压厂用变压器的过激磁能力。

5）应加强对运行人员在发电机失磁，过励（误强励）及转速下降时处理方法的培训。

6）全静态励磁，励磁变压器配置过流保护，投入系统运行中应加设PSS以提高机组及网的正阻尼。

事故案例：

三峡电站9号机励磁变相间短路，保护正确动作切除事故。

三、防止大型变压器损坏和互感器爆炸事故

1、加强变压器类设备的全过程管理

变压器类设备（包括电力变压器、电抗器、互感器等）是电力系统的重要设备应加强变压器类设备从设备选型、招标、制造、安装、验收到运行的全过程管理。

同时在生产技术部门配置变压器专责人，明确其职责，并应使其参与变压器类设备造型、招标、监造、验收等全过程管理工作中，落实好各反事故措施，从而提高变压器设备运行管理水平。

2、出厂试验中对制造厂进行的突发短路试验和短路能力动态计算报告应计算出变压器的抗短路能力报告，出厂局放试验要合格，应进行高压下的介损试验。

3、变压器类设备的运行管理

对运行中的设备密封良好，潜油泵可靠运行，防止套管、引线、分接开关引起的事故。

特别注意变压器油的化学监督，确保油质量好。

保证变压器消防系统，重点防止变压器着火时的事故扩大。

四、防止开关设备事故

1、强化具有五防功能的开关才能进入系统运行。

2、核准5年内设备安装点的短路容量来配置开关。

3、充分发挥SF6气体质量监督管理中心的作用，应做好新气管理，加强运行中SF6气体的检测，做好SF6的检漏、检测气体的含水量，保证安全运行。

五、防止水电厂水淹厂房事故

1、强化防汛抗洪责任制，做好大坝的安全检查、检测、维修及加固工作，确保大坝处于良好状态。

2、汛前应做好防止水淹厂房、泵房、变电所、进厂公路及其它生产、生活设施的可靠防范措施。

1980年9月贵州乌江渡水电站（3台22.5万千瓦机组），地下厂房仅安装一台机组，由于防汛不力，洪水漫入厂房，4小时后发电机淹没，八个月后才能恢复生产，是国内较大一次事故。

1987年某水电站（4×33万千瓦）防汛中措施不力，排水泵事故，水淹水轮机层。

2000年10月25日21:

45分，安徽响洪甸蓄能电站因5号机消防水环管的手动操作阀，由于质量问题发生炸裂，运行人员未能及时关闭机组供水系统，排水泵容量不够，最终水淹到发电机层，所有设备被淹没。

2000年8月5日，青海李家峡水电站5万千瓦（小机组）供水管道上的自动阀门质量不好而破裂，导致水淹厂房。

综上所述，水电厂由于设备事故及防汛不力，出现水淹厂房损失严重必须高度重视。

目前水电站建设是大容量、多机组，大多数是地下厂房，因此防止水淹厂房更为重要，往往一台机组事故影响全厂所有机组的安全，特别小心，做到杜绝水淹厂房事故。

附件1：

2010年中国水电一百年，中国建设100个容量30万千瓦以上的水电厂。

（详细资料见附录）

附件2：

2011年国际大坝委员会将在中国建立电厂运行专业委员会

附件3：

个人简介

本人简介

文白瑜教授级高级工程师

现任：

国务院长江三峡枢纽工程质量检查专家组成员

中国水力发电工程学会电力系统自动化专业委员会副秘书长

中国水力发电工程学会继电保护专业委员会秘书长

电话：

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