借鉴萨扬水电站事故经验教训提高龙滩水电站安全生产管理水平

王鹏宇

（龙滩水力发电厂，广西 天峨 547300）

0 前言

萨扬水电站位于俄罗斯西伯利亚叶尼塞河上游，总装机容量10×640 MW，1968年9月开工建设，首台机组于1978年投入运行，1987年全部机组投入运行，是俄罗斯已建最大水电站。2009年8月17日8时13分，发生了令人震惊的灾难性事故，造成萨扬水电站发电机层以下厂房淹没，75人死亡，13人受伤，除检修停运的6号机组受损相对较轻外，电站2号、7号、9号机组完全损毁，其余机组及厂房水工建筑物、桥机等亦有不同程度的严重损坏，电站短期内无法恢复发电，停电损失难以估量。

龙滩水电站位于广西天峨县境内的红水河干流上，一期装机容量为7×700 MW，二期总装机容量达到9×700 MW。一期工程7台机组已于2008年12月全部投产，是目前继三峡之后已投产的全国第二大水电站。在设备条件和电网运行环境方面与萨扬水电站有总装机容量巨大、单机容量大、额定水头高、水头变幅大、担任电网调峰、调频任务和自动发电整组控制等共同特点。为借鉴和吸取经验教训，龙滩水力发电厂对此次事故经过进行了认真的分析，并从水电生产技术管理角度进行认真的总结，力求举一反三，进一步提高自身的安全生产管理水平，杜绝类似事故发生。

1 事故原因分析

萨扬水电站事故发生后，事故过程及事故原因说法不一，本文以2009年10月，事故调查委员会公布的事故调查报告为依据，就水电安全生产技术管理方面进行简要分析，事故过程不再赘述。

1.1 事故直接原因

根据事故调查报告，造成萨扬水电站8·17事故的直接原因是2号水轮机顶盖紧固螺栓失效。49颗紧固螺栓中的43颗断裂，另6颗没有螺帽。在断裂的43颗紧固螺栓中，41颗紧固螺栓的断口上有疲劳破坏痕迹，疲劳破坏面积占总面积的5%～98%不等，其中8颗紧固螺栓疲劳破坏面积超过90%。萨扬水电站的“水轮机工作手册中没有考虑锚定螺栓的锁定装置”，这可能是导致水轮机顶盖紧固螺栓的螺帽在持续振动中脱落的原因之一。

1.2 引起事故的主要因素

（1）水轮机高水头下稳定运行区域小，负荷调节能力差。

萨扬水电站在194 m水头下，稳定运行I区范围在0～225 MW间，稳定运行III区的范围为490～640 MW间，225～490 MW间为压力脉动、振动、摆度较强的非稳定运行II区。而212 m条件下，稳定运行区域I的功率范围0～265 MW，稳定运行III区收窄到570～640 MW。稳定运行III区可运行范围仅为额定负荷的11%。在参与自动发电控制（AGC）过程中不得不频繁穿越非稳定运行区域。

（2）AGC控制策略不合理。

据报告反映，在事故前的9 h内，2号机组6次穿越II区，最后的不足75 min内穿越4次，最后一次发生事故。说明机组AGC在成组控制策略中，以某台（2号）机组作为功率成组调节的首选，未实现机组间负荷分配优化，未做到尽可能减少穿越非稳定运行II区的次数，或将穿越非稳定运行II区的工作控制均分到到参与AGC成组控制的其他机组，致使高水头下负荷略有波动，2号机组频繁穿越非稳定运行II区，造成设备健康水平下降。

（3）设备劣化倾向明显，未能及时发现

2009年3月12 日至16日进行了2号机组固定负荷振动试验，试验结果表明水轮发电机结构件振动及轴承振动均未超出容许运行的水平。4月21日至8月17日发生事故的不到四个月时间里，2号机组水轮机轴承振动相对增加了近3倍，事故发生前13 min内，顶盖轴承振动幅值由600 μm突增至840 μm（最大允许值为160 μm）。设备劣化倾向非常明显，未能及时发现问题，错过了避免事故机会。

1.3 事故扩大的设备因素

（1）机组进水口闸门控制回路不完善。

萨扬水电站的中央控制室紧急落门控制须通过厂内控制实现。事故过程中，除6号机组进水口闸门因检修已事先关闭外，因水淹厂房造成厂内控制设备失电，机组进水口快速闸门无法通过监控系统紧急落门。在事故发生1 h 17 min，依靠人工手动操作方关闭所有快速门。这是事故扩大的主要原因。

（2）水轮机导叶关闭不及时

事故后除6号机组因检修导叶关闭外，只有5号机组导叶在关闭状态，其它运行中的7台机组导水叶均处于开启状态。从事故现场照片看，7号、9号机组存在明显的过速损坏迹象。事故过程中快速门未能及时下落，分析应存在过速，与事故后现象一致。据报告分析，在水淹厂房后，水轮机控制系统消失情况下，调速系统不能有效关闭导水机构，可引起机组过速。5号机组导叶关闭据报告分析，可能在全部失电前已经完成。萨扬水电站是否配备机械过速保护，或该保护是否起发挥作用，需要进一步研究。

2 龙滩水电站相似问题及应对措施

龙滩水电站作为中国南方电网骨干调峰调频电站，在安全生产管理方面积极借鉴水电行业内经验教训，以提高安全管理水平。就萨扬水电站事故，组织了专题研究，并参照事故原因逐条对照分析，已采取或拟采取一系列措施，以杜绝类似事件发生。

2.1 优化AGC控制策略，提高设备健康水平

龙滩水电站分两期建设，上游水位分别为375m和400 m，为兼顾两工况下的稳定运行，水轮机额定水头选择在140m，最大水头179m，最小水头仅97m。在一期工程下，投产之初进行了机组的稳定性试验。试验证明存在高负荷和中负荷两条振动带，在参与电网调峰调频可能存在与萨扬水电站相同的频繁穿越非稳定运行区域的问题。为避免在非稳定运行区域对设备的损害，在制定AGC控制策略过程中，禁止在非稳定运行区域运行，在整组控制过程中，尽可能减少穿越非稳定运行区次数，在不可避免的情况下，尽可能将穿越非稳定运行区的次数平均分配到参与整组控制的每台机组，避免某台机组短时间内反复穿越。根据AGC整组控制运行经验，在发电态的各台机组尽可能都参加整组控制，扩大稳定运行区域可调范围，可以减少穿越非稳定运行区域。通过与电力调度单位沟通，当下达的负荷曲线无法进行负荷分配时，拒绝执行。通过上述措施，减少非稳定运行区域运行时间，提高设备健康水平。

2.2 加强设备状态分析，重视设备缺陷管理和检修管理工作

龙滩水电站配套部分机组稳定性监测元件，信号上送到监控系统，未配置设备状态诊断和设备状态趋势分析相关设备。为更好地掌控设备状态，龙滩水电站正在研究建设以监控系统和设备在线监测设备为主要数据源的多组态设备状态分析系统，通过多组态数学模型，建立单点、设备、系统三个数据分析层次，进行实时分析和历史趋势分析，自动发布报警信息，为设备管理人员和现场运行人员及时掌握设备状态、正确处理异常事件、避免设备损坏和重特大事故的发生提供技术手段。

进一步加强龙滩水电站的设备缺陷管理和检修管理。开展定期检查工作，做到缺陷早发现、早控制、早消除，防止缺陷扩大。在检修前认真组织设备状态分析和检修策划，通过检修恢复设备性能和提高健康水平。重点进行调速系统性能试验，电气过速、机械过速、紧急落门等重要保护元件的检查、试验，事故停机、紧急事故停机、落快速门回路的检查、试验，尤其要重视事故停机流程、紧急事故停机流程的模拟测试，确保厂房、中控楼的任何设备故障、事故情况下均能停机和落门。在机组大修后尤其要进行稳定验证性试验，和过速、动水落门、甩负荷等重要试验，检验机组事故情况下的整体安全性能。

2.3 加强对重要部件的检查与检验，重视技术监督

为防止类似事故发生，龙滩水电站特完善技术监督检查、检验工作。在定期检查工作中增加顶盖、蜗壳门、尾水门等部位紧固螺栓的检查和重要焊缝的检查；机组累计运行一定时间后抽取顶盖螺栓进行无损检测和对机组重要焊缝进行无损检测；在每次机组检修后蜗壳门、尾水门紧固螺栓全部更换；在检修中对技术供水、消防供水等蜗壳取水管路重要焊缝进行探伤检测，对相应管路进行管壁测厚。通过规范设备管理，以技术监督为手段，提前发现问题。

2.4 有针对性地采取技术改进措施

（1）增加全厂性事故应急处理功能

从萨扬电站的事故分析，水淹厂房后，中控室无任何信号，无法对厂房设备和坝上设备进行控制。龙滩拟通过技术改进的方式，增加水淹厂房事故判断的传感器，上送中控室，选择恰当的逻辑判据，防止误报警和拒报警，为运行人员提供可靠的事故判断依据，做到早报警、早判断、早处置，防止事故扩大。

（2）对顶盖螺栓加防松备帽

萨扬水电站2号机组顶盖螺栓有6颗螺栓因没有螺帽而未断裂，说明螺母在振动中已经松脱。龙滩水电站的顶盖螺栓与萨扬电站同样没有采取防螺母松动措施。正在研究技术改进措施，防止螺母松动，同时改善顶盖振动。

（3）改进快速门紧急落门控制电源，在任何情况下均能通过现地和中控实现落门

龙滩水电站中控室紧急落门按钮通过厂房机组监控系统现地LCU控制落门，在水淹厂房的情况下会面临与萨扬电站相同的无法落门情况。为此，拟进行技术改进，将中控室、厂房现地及坝上三个位置，落门控制的相互依赖，形成相互独立的落门手动控制回路，实现一键落门操作，确保紧急情况下的落门操作及时可靠。

（4）借鉴萨扬电站坝用保安电源的经验，防止厂用电全失情况下枢纽防洪安全

萨扬水电站8·17事故后，坝上动力电源全失。经约3 h 20 min，坝顶柴油发电机组开始供电，供电20 min后，开始开闸泄流，确保了大坝安全，避免了事故进一步扩大。龙滩水电站目前保安电源（柴油发电机）设在厂内，正常启动向坝上供电操作复杂，耗时长，水淹厂房情况下，根本无法启动。因此，在坝上另设一台大坝保安柴油发电机，独立于厂内供电系统，保证能够及时启动，实现快速供电。

3 需要进一步研究和探讨的问题

（1）从目前龙滩水电站的机组稳定性试验来看，额定水头（140m）下在出力315～440MW间存在一条明显的振动带，在较高水头(151 m)下该振动带移动到375～500 MW负荷间，目前还未达到最大水头（179m）。因此，在二次工程建成后需要进行高水头段（151～179 m）稳定性试验，进一步研究稳定运行区间，调整AGC控制策略，指导机组的安全稳定运行。

（2）龙滩工程分两期建设，二期工程完工后，正常蓄水水位将由目前的375 m上升到400 m，同时增加8、9号两台机组。从龙滩已经完成的稳定性试验报告可以明显的看出，高负荷非稳定运行区域随水头的升高向大负荷区域移动。这样，在更高水头下可能收窄高效率区域的稳定运行负荷范围。从这两台机组的安全、稳定、经济运行角度考虑，在8、9号机设计阶段重点研究允许运行水头范围，进一步优化水轮机参数，使机组具有更宽的稳定运行出力范围，更充分发挥经济效益。

（3）在电网小、稳定性较差情况下，要求水轮机控制系统全部掉电的情况下维持导叶位置不变，避免甩负荷，以保证电网的安全稳定。随着电网容量的不断扩大，在稳定性能不断提高的大区域电网条件下，规范的这一要求是否适用，需要进一步研究和探讨。从萨扬水电站的事故看，在水淹厂房后必然造成水轮机控制系统失电，导叶不关闭造成的设备损坏更严重，对电网的影响会更大。对于龙滩这样的巨型机组，有必要与电网共同研究控制系统失电情况下导叶动作原则。

（4）龙滩水轮发电机组、主变压器、500 kV XLPE电缆、GIS等重要设备有监控信号上送监控系统，但尚未在线诊断设备。应通过充分的调查研究，配置技术成熟，有成功使用案例的设备，完善在线状态诊断功能，以便更及时地掌控设备性能，避免重大设备事故，为设备的状态检修提供依据。

4 结语

经过对俄罗斯萨扬水电站8·17事故事故分析，认真研究龙滩水电站的设备特点和特性，制定了相应的应对措施，并就一些具体问题的提出个人观点。由于本人掌握资料有限，事故原因的归纳难免存在不恰当或不准确的地方，意见和建议也难免存在偏颇之处，敬请批评指正。借鉴别人的经验教训，进行举一反三的思考，排除设备隐患、细化管理要求，可以有效提高自身的生产管理水平，防止甚至杜绝同类事故的重复发生，让事故发生得更有价值，促进电力生产技术管理的良性发展。电力生产技术管理者应当共同承担这样的责任，为我国电力系统的安全稳定运行献计献策。

［1］俄罗斯生态技术核监督局.中国大坝协会译.2009年发生在俄罗斯水力发电公司分部萨扬-舒申斯克水电站事故原因技术报告书[R].2009.