水电厂厂内排水阀破裂跑水的原因分析及处理.pdf

S 电 力 安全 技术 第l 4 卷(2 0 12 年 第 4 期) 水电厂厂内排水阀破裂跑水的 原因分析及处理 周永平 ，罗来明，魏建炜，张云利 ( 刘家峡水 电厂，甘肃 永靖7 3 1 6 0 0 ) 摘要技术排水 系统的安全是水 电厂安全运行的重 中之重。技术排 水系统中闸阀使用比较 多，一旦闸阀在使用过程 中破 裂，将危及水 电厂的安全运行。介绍 了刘家峡水 4) - -水闸阀破 裂的事故，分析 了闸阀破裂的原因，并提 出了解决方案。 关键词排 水闸阀；破裂原因；处理 1 概况 刘 家峡水 电厂共装有 5台水轮发 电机 组，发 电机与 变压 器 采用 单元 接 线方 式， 电厂 水 头在 7 0 1 1 0m 的范围内。1 ，2号发 电机组布置在地 下副厂房 中，3 ，4 ，5 号发 电机组布置在厂 内副厂 房 中。 全厂排水分为检修排水和渗漏排水 2 种。该厂 设有一个 6 1 0 m3 的 9 6排水廊道， 高程为 l 5 9 6 5 i n ， 用于机组检修排水。检修排水过程如下：若某台机 组需要大修时，首先关闭 0 7廊道密封 门，打开钢 管盘形阀 ， 再打开尾水盘形阀。刚开时应缓幔进行 ， 让水注入 9 6 廊道，启动 3台大清水泵，将水抽至 尾水 ，即可进行检修 。渗漏排水过程如下：正常运 行时， 0 7 廊道的 9 6 密封门敞开，全厂渗漏排水及 机组顶盖排水通过 0 7 廊道排水沟先排至 0 7 廊道内 的 5 0 m 的集水井 ，再分别排至厂内集水井、坝内 集水井 ，最后通过排水泵排至尾水。渗漏排水的作 用是把机组顶盖排水、生活用水排水、厂辅助设备 排水、渗漏排水、机组伸缩节漏水等排出，使其进 人厂 外下游河道 ，保证全厂主辅设备 的安全运行。 渗漏排水的设备包括排水泵、 集水井、 排水廊道沟。 其中厂内排水泵的技术排水系统如图 1 所示。 2 排水阀破裂的事故经过 井泵改造为潜水泵 ，同时对配套的逆止阀也进行 了 更换。在投运后不久 即由于 出口阀破裂发生了大量 跑水事故。而在改造之前 ，厂 内排水泵出口阀从未 破裂过。运行人员在检查跑水情况时发现 ，5号励 磁变及其周围地面有大量积水 ， 并造成了直流接地 。 经过运行人员对排水管道及阀 门的逐一检查 ，发 现 P 2 1 l 排水闸阀靠近 出口侧法兰通透性裂开几十 毫米。由于至尾水 出口管段高程为 l 6 2 0 m，而 当 时尾水水位为 l 6 2 3 m，低于尾水水平 面 3 m，同 时厂 内排水泵出口阀至尾水段出口管路之间再无阀 门，故造成大量水流急速倒灌至厂内，淹没了厂内 地面设备 ，引起直流接地。为了防止水淹厂房 ，当 班值立即联系调度将全厂负荷倒至空载，把尾水水 位控制在厂内排水泵出口管段高程 1 6 2 0 m 以下； 同时 ，派潜水人员用堵头将出口管段堵住 ，还立 即 在厂 内排水泵 出 口管段 中间加装 了一个排水总阀 ( 见图 2 ) ，以防止再次出现类似情况。 至 尾水 2 0 0 7年 7月 ，该水 电厂厂 内 1 号排水泵 由深 图1 厂内排水泵的技术排水系统示意 一 一 第 l 4 卷 ( 2 0 1 2 年第 4 期 ) 电 力 安 全 技 术 至尾水 1 号泵 图 2 改造后的厂内排水泵的技术排水系统示意 2 0 0 8年 9 月 ，该水 电厂 厂 内 2号排水泵也 由 深井泵改造为潜水泵 ，同时对配套的逆止阀也进行 了更换。在投运试验期间 ，厂内 l 号、2号排水泵 出口阀再次发生破裂 ，所幸这次及时关闭了新加装 的排水总阀 ( 见图2 ) ，从而避免了水淹厂房事故的 发生。 由于该水电厂中的厂内 l 号、2 号排水泵都布 置于副厂房中，改造后的排水泵排水管道都较长， 而这 2 起排水闸阀破裂事故十分相似，据此可以认 为 ，排水 闸阀的破裂并不是偶然的事故，而有其必 然的原因。 3 排水闸阀破裂的原因分析 3 1 阀门质量和设计缺陷是破裂的内在原因 从 2起事故中破裂的排水闸阀阀体法兰断 口形 状来看，整个阀体都是从法兰连接螺栓处沿轴向裂 开一道几十毫米宽的 口子；从 阀体法兰连接螺栓所 用的材料来看 ， 阀体法兰连接所采用的是普通螺栓 由于普通螺栓的抗拉强度低，而阀门下部基座固定 加强部分又偏小 ，故在该处发生较大水锤压力时 ， 闸阀与逆止阀所承受的水推力较大，该处法兰的结 构就显得较为薄弱，因此容易发生阀体法兰连接螺 栓疲劳断裂的故障。另一方面 ，由于当时将出 口闸 阀安装在离潜水泵 1 9 m以外的地方，这样无形之 中对原本受反向水锤压力较大的闸阀与逆止阀又添 加了一个较大的正向水锤压力，致使原来刚好可以 抗击反向水锤压力的闸阀法兰螺栓无形之中又增加 了一个外力 的冲击 ，从而加速 了其金属疲劳速度。 可 以认为 ，排水闸阀破裂的主要原 因是阀体法兰连 接螺栓所采用的材料抗拉强度太低以及阀体的安装 事 故 分 析 hi guf onxi 设计不够合理 。 3 2 水击是阀体破裂的主动力 一 方面，由于厂内排水泵改造前泵体和出口阀 在同一高程且位置接近，而改造为潜水泵后泵体的 高程 为 l 6 0 3 5 m，出 口阀高程 为 l 6 2 2 8 m，管 路长度为 1 9 3 m，故 出口阀较原来受 到较大正 向 水锤压力 。另外 ，排水泵出口闸阀至尾水出 口的排 水管路长度约 4 0 m，属于长管路排水。同时，至 尾水出口管段高程为 1 6 2 0 m，而当时尾水水位为 l 6 2 3 m，低于尾水水平面 3 m，管路 内部易形成真 空，故出口阀受到较大的反向水锤压力。并且，经 过现场调查发现 ，潜水泵启动时正向水锤压力明显 大于反向水锤压力。 另一方面，由于当时另外一组排水泵集水 井坝 内排水泵集水井正在进行清泥工作，故厂 内排水泵启动次数较为频繁，在多次的正向和反向 水锤的频繁冲击下，厂 内 l 号排水泵出 口阀法兰连 接螺栓强度受到极大破坏。因此，水击是使厂内 1 号排水泵出 口阀法兰连接螺栓发生疲劳断裂的主要 动力，其中正向水锤压力占比较大。 4 处理意见 4 1 改用高质量的闸阀，并改进设计 由原 因分析可知，排水闸阀阀体法兰连接所采 用的普通螺栓抗拉强度较低，容易发生疲劳断裂故 障。因此 ，一方面 ，应该正确计算法兰连接螺栓所 承受的应力 ，选用强度适中的螺栓 ，同时在 闸阀阀 体下部加装水泥支墩 ，分散闸阀所受到的外力 ，以 提高该处法兰的结构强度 ，避免再次发生阀体法兰 连接螺栓疲劳断裂的事故。另一方面，重新安装出 口阀 ，使其靠近潜水泵，以减少正 向水锤压力。对 由此而引起的反向水锤压力的增大在计算法兰连接 螺栓所承受的应力时应一并考虑在内。 4 2 减小水击压力 减小水击压力 ，即减小阀门处的迎水面的水击 压强。由水力学原理可知 ， 减小水击压强的方法存 减小管 内流速 ，缩短受水击的管道长度 ，适当延长 阀门启闭时间，在阀门迎水面设置空放阀等。 ( 1 )在流量一定的前提下减小管内流速，就必 须增加管路 内径 ，这就需要重新安装管道 ，这种方 法改造的工期较长，投资较大。 一 9一 S 电 力 安 全 技 术 第14 卷( 2 0 1 2 年 第 4 期) 一 起冗余D P U 全停引起的机组跳闸分析 邸若冰 ( 阳城 国际发 电有限责任 公司，山西 阳城0 4 8 1 0 2 ) 摘要通过一起西门子T - X P冗余D P U故障全停引起的机组跳闸事件，分析了 引起异常发 生的设备和设计方面的原因，并提 出了相应的技术防范措施。 关键词T - XP ；DP U；冗余全停 ；技术措施 1 设备与系统概况 某公司总装机容量 6 X 3 5 0 MW ，机组采用单 元 制配置。锅炉为美 国福斯特 惠勒公司设计制 造 的亚临界 自然循环 汽包炉 ，汽轮机为德 国西 门 子 公 司 设 计 制 造 的 K3 0 4 0 一l 6 N3 0 2 X1 0型 反 动 式 单轴、双 缸 、双 排 汽、亚 临 界、一 次 中间 再 热、节 流调 节 凝 汽式 汽 轮机。DC S采用 西 门 子 T E L E P E R M x P自动 控 制 系统，D E H采 用 西 门子 S I MAD YN- D数 字 电液调 节 系统。每 台 机组 DC S系统 共配置 1 1 对 冗余 DP U，1 对 冗余 S I MA D Y N D负责 D E H系统控制，另外还配置 了专用的 E T S 、T S I 系统。l 1 对冗余的 D P U融合 了 机 组 的 D AS 、MC S 、C C S 、S C S 、F S S S 、E C S 等 功 能，并 按 照 热力 系 统 划 分 到 1 l 对 D P U 中 ( AP 0 1 一 AP 0 8 ，A P 3 4 一A P 3 6 ) ，每对 D P U通 过配 置各种 I O模件实现具体的控制功能。 2 事故经过 2 0 1 1 -1 0 - 1 l T0 5 ： 1 0 ，3号机组以协调控制方式 运行，负荷为 2 9 0 Mw，主汽压力为 l 4 5 MP a 。 0 5 ： l 0 ： 0 6 ， 操作监视画面发 DP U AP 0 3 I M3 2 4 3 0 4 冗余通讯耦合故 障、AP 0 3全停故 障、AP AP连 接 故 障等大 量报警 ，机 组协调 控 制 CC S和 电气 控 制 E C S画面数据失去且无法操作。同时 ，机组 负荷 和主汽压力开始逐渐下降 ，汽机调 门快速开 大并维持全开 ，锅炉燃料指令快速降低，高低 旁 阀门快开。为 了稳定燃烧维持汽压 ，运行 人员将 燃料主控解为手动控制，随后将高旁解为手动关 闭。0 5 ： 2 l ： 2 7 ，热工值 班人 员现场检查 发现 ，负 责 CC S及 E C S的 DP U A P 0 3双侧全停。后手动 聱 鞭尊 #豢 带肇 带 幸 尊尊 静静尊 棒糖 辨棒棒 # 尊 尊尊 弗雌 替 特弗特 謦臻 举#糖 尊幸 尊静 彝尊 囊謦 #幸 尊 赫尊 臻 # 舡尊 臻静 静掌尊 姆# 舡幸 #尊 雌豢 替# ( 2 )由于厂 内排水泵出 口闸阀为常开阀，故延 长阀门启闭时间这一措施只能在减压阀上实施，但 由于逆止阀的结构造成了调节的困难 ，经过实践后 证明，效果并不明显；因此，应将闸阀改造为电动 阀门，同时降低阀门电动装置电动机转速或改变减 速机构的传动比。这就意味着不能采用标准的阀门 电动装置，需要重新设计和制造阀门。对单个水电 厂来说 ，这种方法也不切实际。 ( 3 )在阀门迎水面加装空放 阀，这需要增加空 放阀的设备投资 ，并增设一段管道。 能否在现有设备的基础上 ，稍作改动就能达到 上述 目的。通过对系统图 l 和设备实际布置位置的 仔细研究，采用缩短受水击的管道长度这一方法简 一 一 便可行。从图 l中的标注可以看出，潜水泵泵体 的 高程为 l 6 0 3 5 m，出口阀高程在 1 6 2 2 8 m，管路 长度为 l 9 3 m，故出口阀较原来受到较大正向水 锤压力。只要将 出口阀 P 2 1 l 、P 2 2 1 和逆止阀移至 接近水源端的位置，就可以减少受水击的管道十来 米。这一方法投资小， 设备改动量也小， 效果明显。 5 结束语 综上所述，通过移动排水阀至水源端，减少受 水击的管道长度 ，从而减小该阀门在关闭时所受到 的水击压力 ，并采用高质量的阀门，就能从根本上 解决排水闸阀破裂的问题。( 收 稿日 期： 2 O l 卜0 8 2 4 )