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俄罗斯萨杨-舒申斯克水电站事故原因的分析
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。

    水电站压力钢管为坝后背管式,直径7.5米。额定水头194米,额定流量358立方米/秒。转轮直径6.77米,额定转速142.8转/min。最大水头212米,最大出力73.5万千瓦。发电机额定电压15.75KV,最大容量736MVA,定子采用水内冷,发电机转子重935吨。

    主接线采用扩大单元接线,每2台64万千瓦机组与1组160万KVA的单相变压器组相联,每台单相变压器的容量为53.3万kVA,位于厂坝间,升压至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。

事故发生前的厂房

事故发生后的厂房

    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、变压器近端发生短路故障,短路电流所产生的电动力使变压器受到破坏,故障进一步发展形成爆炸。类似事故在变压器型式试验的短时电流试验中屡见不鲜。萨杨-舒申斯克水电站采用三个单相变压器组的结构,减小了内部短路的几率,但一旦发生对地短路将会产生很大的电动力。
    2、变压器本身存在绝缘老化,在日常运行中没有及时处理,积累到一定程度导致变压器绝缘损坏;另水电站的环境条件比较差,变压器的绝缘油容易受潮,致使击穿强度降低,当遇到过电压故障时发生绝缘击穿,可以使变压器线圈损坏、烧毁并引起爆炸。电力设备设计寿命通常是30年,萨杨-舒申斯克水电站从首台机组1978年投运至今已运行40余年,如变压器一直未更换过,则运行时间早已超过其设计寿命,发生此类故障的几率较高。
    3、变压器的故障一般不会造成变压器的爆炸,变压器通常具有差动保护和瓦斯保护。差动保护是在变压器输入容量和输出容量发生变化时的保护动作,开关跳闸;瓦斯保护是在变压器内部压力超标时的动作,切断变压器电源。早期设计的变压器有防暴筒,变压器绝缘击穿短路后防暴筒动作,变压器内部压力释放,外壳可能扭曲,但不应爆炸。变压器爆炸,说明变压器故障时间过长,可能是变压器保护没有及时动作,开关没有及时断开,变压器内部因绝缘击穿而短路,短路电流引起变压器内部压力骤升,防暴筒来不及释放,引起爆炸。
    当变压器爆炸后,机组失去负荷,转速快速上升。为保护机组不至因为飞逸而破坏,水轮机调速器会自动关闭导叶。如导叶关闭太快,会使导叶前压力快速上升。根据电站基本参数估算,其压力钢管长度约为450m,压力波在水中传递速度约为900m/s,压力波由机组传至水库需0.5s。当机组在满负荷运行时,导叶内流速在25m/s左右。如导叶全关闭时间为5s,水击压力约为230m水头,如在额定水头194m工作,总压力超过400m水头,作用在导叶前圆环上的压力可能高达5000~8000吨,这种水压作用完全可能冲破水轮机顶盖,进而掀翻机组。
    然而,在水电站设计中,发电机组甩负荷应该是设计时必须考虑到的运行工况之一,不应该因甩负荷而造成如此大的损失。事故发生可能是调速器导叶关闭规律设置不合理,也可能是调速器或油压装置出现故障。此外,也不排除变压器爆炸损坏了空压机和油压装置,导叶在自关闭水力矩作用下自动关闭。
    我国近十几年对水电站进行大规模的技术改造,大中型水电站基本上都采用了自动化水平更高也更安全的调速器。只要高度重视安全问题,注意保持设备的完好率,特别是对一些关键设备定期进行检查维修,应该完全可以避免类似事故的发生。
    当前,国际上报导对于事故原因还有如下猜测:(1)因异物进入水轮机组,导致导叶紧急关闭,从而发生水锤;(2)变压器爆炸伤及压力钢管或蜗壳,导致高压水涌出;(3)水锤发生导致变压器爆炸。

信息来源:中国水科院 中国大坝协会

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