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俄羅斯薩楊-舒申斯克水電站事故原因的分析
2009/9/18 10:17:53    新闻来源:中国水力发电工程学会

    据俄罗斯媒体报道,俄罗斯西伯利亚地区哈卡斯共和国境内的萨杨-舒申斯克水电站于8月17日在维修过程中变压器发生爆炸,水电站墙体损毁,机房进水,并造成大量人员伤亡。

    萨杨-舒申斯克水电站位于叶尼塞河上游,混凝土重力拱坝最大坝高245米,水库库容313亿立方米,坝后式厂房内安装10台单机64万千瓦的水轮发电机组,总装机640万千瓦,多年平均发电量235亿千瓦时。该工程于1968年开工,首台机组于1978年投运,为提前收到效益,当时采用60米低水头的临时机组,出力仅为15.5万千瓦,边浇筑大坝边发电。1987年全部机组投入正常运行,成为当时仅次于伊泰普电站(总装机20×70万)的世界第二大水电站。

    水電站壓力鋼管爲壩後背管式,直徑7.5米。額定水頭194米,額定流量358立方米/秒。轉輪直徑6.77米,額定轉速142.8轉/min。最大水頭212米,最大出力73.5萬千瓦。發電機額定電壓15.75KV,最大容量736MVA,定子采用水內冷,發電機轉子重935噸。

    主接線采用擴大單元接線,每2台64萬千瓦機組與1組160萬KVA的單相變壓器組相聯,每台單相變壓器的容量爲53.3萬kVA,位于廠壩間,升壓至500kV送出。

    俄罗斯萨杨-舒申斯克水电站事故受到世界广泛关注,影响重大。中国大坝协会在事故发生后,陆续收到了来自各方的质疑和不同的信息。为澄清事实,以正视听,中国大坝协会收集整理了有关资料,但由于至今未见到俄罗斯方面对事故正式的、官方的报告,也未能找到权威的俄罗斯专家就事故进行探讨,所以本文的分析仍是初步的。

事故發生前的廠房

事故發生後的廠房

    一般认为,萨杨-舒申斯克水电站事故是变压器维修时爆炸引起的。变压器发生爆炸通常是内部绝缘破坏,其原因大致有以下几方面:
    1、變壓器近端發生短路故障,短路電流所産生的電動力使變壓器受到破壞,故障進一步發展形成爆炸。類似事故在變壓器型式試驗的短時電流試驗中屢見不鮮。薩楊-舒申斯克水電站采用三個單相變壓器組的結構,減小了內部短路的幾率,但一旦發生對地短路將會産生很大的電動力。
    2、變壓器本身存在絕緣老化,在日常運行中沒有及時處理,積累到一定程度導致變壓器絕緣損壞;另水電站的環境條件比較差,變壓器的絕緣油容易受潮,致使擊穿強度降低,當遇到過電壓故障時發生絕緣擊穿,可以使變壓器線圈損壞、燒毀並引起爆炸。電力設備設計壽命通常是30年,薩楊-舒申斯克水電站從首台機組1978年投運至今已運行40余年,如變壓器一直未更換過,則運行時間早已超過其設計壽命,發生此類故障的幾率較高。
    3、變壓器的故障一般不會造成變壓器的爆炸,變壓器通常具有差動保護和瓦斯保護。差動保護是在變壓器輸入容量和輸出容量發生變化時的保護動作,開關跳閘;瓦斯保護是在變壓器內部壓力超標時的動作,切斷變壓器電源。早期設計的變壓器有防暴筒,變壓器絕緣擊穿短路後防暴筒動作,變壓器內部壓力釋放,外殼可能扭曲,但不應爆炸。變壓器爆炸,說明變壓器故障時間過長,可能是變壓器保護沒有及時動作,開關沒有及時斷開,變壓器內部因絕緣擊穿而短路,短路電流引起變壓器內部壓力驟升,防暴筒來不及釋放,引起爆炸。
    當變壓器爆炸後,機組失去負荷,轉速快速上升。爲保護機組不至因爲飛逸而破壞,水輪機調速器會自動關閉導葉。如導葉關閉太快,會使導葉前壓力快速上升。根據電站基本參數估算,其壓力鋼管長度約爲450m,壓力波在水中傳遞速度約爲900m/s,壓力波由機組傳至水庫需0.5s。當機組在滿負荷運行時,導葉內流速在25m/s左右。如導葉全關閉時間爲5s,水擊壓力約爲230m水頭,如在額定水頭194m工作,總壓力超過400m水頭,作用在導葉前圓環上的壓力可能高達5000~8000噸,這種水壓作用完全可能沖破水輪機頂蓋,進而掀翻機組。
    然而,在水電站設計中,發電機組甩負荷應該是設計時必須考慮到的運行工況之一,不應該因甩負荷而造成如此大的損失。事故發生可能是調速器導葉關閉規律設置不合理,也可能是調速器或油壓裝置出現故障。此外,也不排除變壓器爆炸損壞了空壓機和油壓裝置,導葉在自關閉水力矩作用下自動關閉。
    我國近十幾年對水電站進行大規模的技術改造,大中型水電站基本上都采用了自動化水平更高也更安全的調速器。只要高度重視安全問題,注意保持設備的完好率,特別是對一些關鍵設備定期進行檢查維修,應該完全可以避免類似事故的發生。
    當前,國際上報導對于事故原因還有如下猜測:(1)因異物進入水輪機組,導致導葉緊急關閉,從而發生水錘;(2)變壓器爆炸傷及壓力鋼管或蝸殼,導致高壓水湧出;(3)水錘發生導致變壓器爆炸。

信息来源:中国水科院 中国大坝协会

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