水电厂水淹厂房事故防范措施的探讨

陶 荣

(天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂，贵州 兴义 562400)

0 引言

天生桥一级水力发电厂(以下简称天一水电厂)位于贵州安龙县与广西隆林县交界的红水河上游，装有4台混流式水轮发电机组，容量为4×300 MW。该水电厂是红水河流域上游龙头电站，在南方电网系统中承担电网调峰调频任务，是国家西电东送大通道天广直流的重要电源点之一，具有水库库容大、水头变幅大、振动区范围受水头影响大、机组启停及负荷调整频繁等特点。

如果天一水电厂发生水淹厂房事故，其影响范围会非常大;特别是汛期发生水淹厂房事故时，损失将更为巨大。为了杜绝水淹厂房事故的发生，该厂建立和完善了一系列的预防措施，为水电厂安全稳定运行提供了可靠保障。

1 水淹厂房风险分析

根据天一水电厂的厂房布置、机组结构、设备等情况，分析发生水淹厂房事故的主要原因如下:

(1) 过水部件发生严重破裂和损坏，大量漏水导致水淹厂房，如：压力钢管破裂、蜗壳进人门破裂、锥管进人门处破裂、顶盖破裂、主轴密封严重损坏等；

(2) 发电机组机械连接部件发生断裂、损坏；

(3) 厂房技术供水设备、主管路发生严重破裂或断裂；

(4) 机组检修期间或排水泵系统检修、维护、改造期间，检修排水系统、渗漏排水系统、顶盖排水系统发生严重故障，不能正常排水；

(5) 厂房区域遭遇强降雨或长时间降雨，厂房周围排水不畅造成雨水涌入厂房或通过厂房外部通风孔、穿墙电缆槽进入厂房，导致水淹厂房；

(6) 人为误操作或办理工作票时安全措施考虑不周全。

2 防止水淹厂房的安全措施

2.1 完善和加强机组运行工况监测

天一水电厂每台机组都独立设置了1套机组在线监测系统，在运行过程中对机组的上导、下导、推力、水导、上机架、下机架、顶盖等各重点部位的振动和摆度进行实时监测，并对尾水管压力、蜗壳压力进行实时监测;同时将振动和摆度超标的报警信号上送至监控系统，并在中控监控操作员工作站OP1，OP2弹出报警简报信息。这样运行人员可以及时掌握机组异常运行情况并进行综合判断，及时调整运行工况，防止工况不良的区域长时间运行造成蜗壳进人门破裂、锥管进人门处破裂、顶盖破裂、主轴密封严重损坏，导致大量漏水。

检修人员定期对在线监测系统数据进行收集汇总，并对机组运行过程中的各部振摆数据、压力数据进行分析研判，为机组安全运行提供可靠依据。通过各测点数据变化趋势提前发现机组自身缺陷，避免发生机组振摆长期超标造成机组各部件和厂房建筑物的损伤，导致水淹厂房事故的发生。

天一水电厂根据对机组各部振动和摆度的监测结果发现了多台机组振摆超标，通过数据分析并结合机组检修，对转子圆度及磁极进行处理、磁轭拉紧螺杆重新拉紧、顶盖上止漏环进行磨圆处理，对机组进行中心度调整、水平度调整、间隙调整、各部轴瓦支撑方式调整以及上机架刚度及支撑方式改造，消除了引起机组振动和摆度超标的缺陷。通过上述调整和改造，机组各部摆度、振动均有了大幅度下降，并达到国标要求。

通过对机组振摆超标进行及时的综合治理，有效防止了水淹厂房事故的发生。

2.2 完善金属技术监督和建立重要螺栓管理机制

天一水电厂完善了金属技术监督体系，定期对金属部件进行检查、评估、分析。通过金属技术监督，发现厂房内技术供水、消防供水、空调供水等系统中运行时间较长的管道锈蚀严重。因此，在机组检修期间，逐步将供水管道由预埋暗管改造为明管，同时取消了锈蚀漏水风险极大的尾水充水管，将尾水充水由从尾水引水管至尾水管改造为在尾水闸门上装设充水阀的方式进行充水；将技术供水、消防供水系统中锈蚀严重的阀门、连接法兰、法兰连接螺栓、法兰密封进行更换，使其具有防锈功能。为防止水管压力变动导致爆管漏水，在主供水管上增加了伸缩节，并对技术供水系统安全阀进行定期检验和更换。另外，在建厂以来的首轮机组A修时，对4台机组所有顶盖连接螺栓全部进行了更换。

为了防止水淹厂房事故，天一水电厂还组织评估并建立了重要螺栓清单，涵盖发电机顶轴连接螺栓、发电机转子与发电机大轴连接螺栓、发电机大轴与水轮机大轴连接螺栓、水轮机轴与转轮连接螺栓、顶盖与底环连接螺栓、尾水锥管门连接螺栓及蜗壳门连接螺栓；并采用超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、内窥镜观察中心孔等手段，对重要螺栓进行定期无损探伤。同时明确标准，要求对硬度超标、金相组织有明显的黑色网状奥氏体晶界、有裂纹、外形严重损伤的螺栓进行更换，杜绝发生因重要螺栓断裂、变形导致的严重事故。在机组检修期间，对转轮、活动导叶、固定导叶、转子中心体、上机架、下机架、顶盖等重要部件进行无损探伤和金属监督。

通过对上述部件的监督，天一水电厂发现了转轮叶片根部裂纹、活动导叶裂纹等影响机组安全运行的重要缺陷。及时对这些导叶、转轮进行修复，并改善转轮叶片R角，有效防止转轮叶片根部裂纹，保障了机组安全稳定运行，防止因金属部件断裂或强度达不到设计要求而导致水淹厂房事故。

2.3 加强机组振动区管理

机组长期在振动区运行，不利于其安全稳定，更增加了水淹厂房的可能性。为了准确掌握不同水头下的振动区范围，天一水电厂组织了机组振动区实测试验，找到了机组在各特征水头下的振动区范围。现已将机组振动区实测范围作为AGC调节避开振动区的依据，并以此为基础完善和优化了天一水电厂AGC控制策略。

(1) 如果电网下发有功设定值在全厂可调范围内,则按正常的避振优化策略进行负荷分配，保证全厂AGC的调节速度达到调度要求。

(2) 如果电网下发设定值位于全厂联合振动区(即全厂可调范围之外),则可考虑由单台机组进入振动区运行,其他机组运行在非振动区，保证调节的平滑性，从而减少对电网稳定断面潮流的影响。

(3) 对参加AGC的机组采取轮流进入振动区运行的方式，避免某台机组在振动区运行时间过长。同时记录机组运行在振动区的累计时间，运行累计时间短的优先进入振动区；或者由运行人员设定各台机组进入振动区运行的优先级，优先级高的优先进入振动区，禁止机组长时间(15 min)运行在振动区。若总调AGC设值停留在全厂振动区内超过15 min，且可能影响机组安全时，AGC自动退出，同时报警提示运行人员注意。

(4) 总调有功设定值进入联合振动区所产生的有功差额，将优先分配给累计时间最短或优先系数最高的机组。若该机组分配后的负荷值不满足约束条件，则按照累计时间由短到长或优先系数由高到低轮流查询进行负荷差额的分配。若所有单台机组都不满足约束条件，则电厂AGC自动退出，同时报警提示运行人员。与此同时，将天一水电厂在不同水头下的振动区的实时变化情况及时上报总调，保证总调下达的负荷曲线落在机组可调范围内，尽量保证机组不在振动区运行，以有效防止因机组长期在振动区运行造成过水部件、机械连接部件的严重损坏，导致水淹厂房事故的发生。

2.4 加强排水系统维护并完善排水系统设计

定期对顶盖排水系统、渗漏排水系统、检修排水系统进行试验和维护，及时发现缺陷并及时处理。全部更换厂房渗漏、检修排水系统的深井泵和锈蚀严重的阀门，同时将锈蚀严重的渗漏、检修射流排水泵更换为运行稳定可靠的不锈钢射流泵。完善排水系统和排水阀门的操作、控制电源：渗漏、检修排水泵的动力电源分别取自400 V供用电不同的母线；改造原来设计不可靠的渗漏、检修排水泵控制电源，将原取自排水泵动力电缆的排水泵控制电源改造为双路供电，其中一路改用可靠性高的公用逆变电源供电。通过维护和优化设计，降低厂房漏水时发生水淹厂房的风险。

2.5 完善水淹厂房报警信号

在压力钢管放空阀廊道设置水淹厂房报警器，当厂房内水位到达钢管放空阀廊道时，水淹厂房报警器报警并启动排水泵，且对水淹厂房报警器进行定期动作试验。同时在压力钢管放空阀廊道装设工业电视监控摄像头，将实时视频送至中控室监控大屏幕。

上述2项措施可以确保在第一时间对水淹厂房事故进行报警，为处理水淹厂房的事故争取宝贵时间，有效降低水淹厂房发生的概率。

2.6 建立完善的水情测报系统

根据水库来水的日、旬、月、季、年测报资料进行水情预报，提前对极端暴雨天气进行预警，对暴雨可能导致的滑坡、山洪等二次灾害进行预防，可有效防止或减轻极端天气导致的水淹厂房事故。

加强对厂房区域的水工建筑物、山体、排水沟等进行定期观测评估。每年汛前对厂区的排水沟、冲沟等进行清理、修缮、维护，保证降雨导致的积水能及时排至下游河道，防止雨水因排水不畅流入厂房和导致次生灾害。定期对水工挡水建筑物进行观测评估，包括水下检查大坝面板，一旦发现裂纹、渗流异常等情况，将立即组织论证、分析、处理。

2.7 厂房建筑物漏水综合排查治理

在厂房各入口处装设机械挡水墙。1980年突降暴雨，乌江发生特大洪水，造成雨水从电缆洞进入乌江渡电厂厂房，导致3号机组全部被淹。为防止再次发生类似的水淹厂房事故，天一水电厂在进入厂房的各主要通道安装了可拆装式的机械挡水墙，将厂房外部淹积水挡在厂房外部。同时，对通往厂房的电缆井、沟等可能进水的部位采取封堵、防水处理，特别是对主变通往厂用电层的电缆槽采取封堵措施。

改造主厂房屋顶并进行防渗漏处理。针对原有主厂房屋顶经常漏水的缺陷，对原有主厂房屋顶进行改造，将预制水泥平屋顶改造为带一定坡度的新型铝合金隔热屋顶。对厂房屋顶排水系统进行改造，增大原有排水管直径，并增加排水管，增设引水管，将雨水引至排水沟，以利于将大暴雨形成的屋顶积水及时排走，防止降雨积水将厂房屋顶压变形垮塌，避免雨水从屋顶进入厂房。处理下游副厂房GIS室屋顶存在渗、漏水缺陷，并对GIS室屋顶进行全面的防水处理。

2.8 加强运行管理

为杜绝人为误操作导致的水淹厂房事故，根据机组投产后的实际情况，天一水电厂建立并完善了标准操作票库、标准工作票库、隔离闭锁系统、标准隔离措施库。建立和完善这些系统，从技术和组织手段上最大程度地防止人为误操作所引起的水淹厂房事故。

2.9 加强水淹厂房应急管理

备足应急物资。当厂区发生大暴雨导致的积水时，如果处置及时、方法得当，就完全可以避免因雨水倒灌厂房而导致的水淹厂房事故。但现场抢险需准备充足的防汛应急物资，比如移动式潜水泵、排水管、沙袋、电源线盘、动力电源箱设置等。

建立健全水淹厂房应急处置预案。为了高效、有序、正确地降低和消除水淹厂房造成的重大经济损失和社会影响，应制定水淹厂房应急预案，并定期对应急预案进行评估和修订，开展水淹厂房应急预案实战演练，以提高现场工作人员的应急处置能力，力争将水淹厂房事故导致的人员和设备损失控制到最低。

3 下一步需研究的问题

根据天一水电厂发生水淹厂房事故的可能原因和已采取的防范措施，结合天一水电厂自身实际情况，下一步还需要探讨和研究以下问题。

(1) 电厂顶盖属于分瓣式顶盖，采用螺栓连接，目前分瓣式顶盖的连接螺栓还未列入重要螺栓清单中。下一步可以考虑将分瓣式顶盖连接螺栓归入重要螺栓清单，按重要螺栓进行管理，有利于管理的系统化。

(2) 对于压力钢管、蜗壳、尾水管等预埋过流金属部件缺乏全面、有效的监测手段，目前仅限于人工目测。可以考虑与设计院、电科院、高校等机构共同研究先进的监测方法，对上述金属部件进行监督管理。

(3) 建议将供水系统管路由普通金属管改造为可靠性更高的不锈钢管，可较大程度地防止因管路锈蚀破裂导致的水淹厂房事故。由于不锈钢管造价成本较高，可以考虑逐年分步实施。

(4) 电厂水头变化范围是83—143 m，水头变幅达60 m，但调速器调节参数按照1套参数运行。这套参数是否满足所有水头段运行(特别是当水头高于130 m时)，还需要进一步论证。

(5) 电厂厂房地漏系统排水不畅、分布不合理，如发生局部漏水，将导致厂房内重要的开关室、控制室发生局部积水。下一步将对厂房地漏排水系统进行分析评估，确认是否需要新增地漏，或对原有地漏系统进行疏通或改造。

4 结束语

对任何水电厂来说，发生水淹厂房事故都是特别严重的。水电厂应对以往水淹厂房事故案例进行认真、细致地分析，并结合自身实际举一反三，提出相应的防范措施，以防止同类事故的重复发生。同时，还要不断开拓思维，主动进行水淹厂房事故预想，找出容易被忽视的薄弱环节，并做好应急预案，杜绝水淹厂房事故的发生。