中国如何避免水电惨案——俄罗斯萨扬惨案启示.docx

根据GB/T15468－1995《水轮机基本技术条件》中关于稳定运行区域出力范围规定，混流式水轮机的出力范围为相应水头下的机组最大保证功率的（45～100）%，故软件编制时当流量或出力小于单台机允许的最小流量或出力，系统将弹出消息框并结束运行，当流量或出力大于四台机允许的最大流量或出力，系统将弹出消息框并按最大出力分配负荷。在水轮机的稳定运行区域内，针对流量一定，出力最大化的优化情况，流量取整由4m3/s～36m3/s（以下简称：控制流量）；针对出力一定，流量最小化的优化情况（以下简称：控制出力，为了更直观地反映总出力相同时的组态效率相同，出力取值为流量一定，出力最大化的优化情况时生成的总出力），出力取值由3004kW～28367kW
中国如何避免水电惨案
——俄罗斯萨扬惨案启示
作者： 来自：《 中国能源报 》（ 2010年3月29日 第 06 版）　
　　编者按
　　近日，国家电监会出台了《关于吸取俄罗斯萨扬水电站事故教训 进一步加强水电站安全监督管理的意见》，对萨扬水电站事故原因作了总结，并对强化我国水电站运行安全监督管理提出意见。时间退回到2009年8月17日，俄罗斯萨扬-舒申斯克水电站(装机10×64万千瓦)发生特别重大安全事故，造成75人死亡，13人受伤，2号、7号、9号发电机组几近报废，厂房结构严重破坏，电厂恢复发电至少半年以上。
　　中国水电站应如何从萨扬惨案中吸取教训以避免惨剧发生？就此，《中国能源报》记者采访了曾访问考察过俄罗斯萨阳-舒申斯克水电站的中国长江三峡集团公司科技委委员、原副总工程师黄源芳教授。
萨扬惨案是一面镜子
水电工作者应吸取有益教训 杜绝一切安全隐患

■黄源芳
　　“在市场经济中处于“强势”的业主应该有清醒的认识：业主技术管理的严格与否，业主的决策正确与否，科学的措施落实与否，及时发现和避免设计、制造、安装、运行、维修过程中的某些安全漏洞至关重要。

　　事件回放
　　萨扬-舒申斯克水电站建在西伯利亚的叶尼塞河上，它担负着西伯利亚地区大约10％的电力供应，是俄罗斯最大的水电站。2009年8月17日当地时间早上8时13分，这座拥有10台64万千瓦机组的巨型水电站内，一道水柱冲天而起，随后的67分钟里，发生了世界水电站历史上最大的惨案。伴随着电站进水口闸门紧急落下，昔日充满欢声笑语的电厂，变得死一般寂静。正在担负电网440万千瓦负荷的大电厂的电站出力瞬间变为零……
　　9时20分水轮机进水口工作门在坝顶被手动关闭，截断了冲入水轮机室的水流。11时32分位于坝顶的移动式应急柴油发电机组启用，11时40分，大坝溢洪道闸门被打开。
　　事故导致3台64万千瓦的机组严重毁坏，其余7台受到重创。当时正在厂房内工作的300多名员工中，有75名不幸遇难。
　　链接

　　事故前的萨扬-舒申斯克水电站，位于西伯利亚莽莽大草原上，天高云淡，沃野千里。

　　萨扬事故发生前的厂房。厂房内全部铺设大理石，洁白明亮，整洁清新。

　　萨扬事故后，2号机组坑内油混水中内水轮机大轴、转轮、发电机转子等转动部件。本应在水下静默工作的机组承重顶盖等固定部件，竟然脱离座环束缚独自蹿升10米，倒在发电机层楼板上，堪称“离奇”。

　　萨扬事故中遇难者亲属在葬礼上哭泣。

　　中囯是世界水电大国，水电站的总装机容量世界第一。我国也有与萨扬-舒申斯克相同年代建设、安装、运行的水电站，当年我国机电设备的技术水平并不如那时的苏联。特别是我国“大跃进”和“文革”期间制造投产的机组设备，遗留的问题较多，仍有许多老机组设备未被提到“现代化改造”的日程上。
　　我国对水电机组修复与现代化改造，更多地着眼于“增容”，相对缺乏科技内涵，忽略了“安全”和“环保”等因素，致使有的隐患未经消除就被放行。我国在电站、机电设备运行的规章制度、责任范围、问责体制等方面还未系统化，容易造成事故责任不清。萨扬惨案是一面镜子，水电工作者都应以此为戒，杜绝一切隐患，使之不会在中国重演。

　　设计
　　一切从安全出发
　　对于新建、升级改造以及现代化改造的水电站机电设备，不应选用技术落后、技术性能不稳定、安全性差甚至已淘汰的机电设备，而应采用成熟先进且经运行被证明是安全、高效的设备。同时，水轮机的总体技术要求不应轻易触动“底线”。包括运行水头范围、应力水平、试验标准、运行范围等，不经详细论证和试验，不应随意提出“超标准”、“超世界水平”的技术要求。对于已证明成熟的传统结构形式不应轻易改变。
　　作为在系统中担任负荷调节的机组，水轮机必须具有良好的调节性能，有较宽的运行稳定范围。水轮机调节需保证计算，特别是高水头、长引水管、长尾水管过渡过程，不但在做可行性研究时要计算，在机组招标文件中也要明确提出要求。在水轮机性能经过模型验收试验后，还应根据水工布置、水轮机性能的最新成果，复核计算各种危险组合工况下的各种数据是否在原先设定的安全范围内。此项成果应经业主单位主管领导专门批准，以示负责。
　　在电站厂房机电设备布置方面，厂房内的行政办公室、生活用房以及检修车间应尽可能不布置在正常下游水位以下。在任何情况下应保证电厂内通信、通道(包括电梯)畅通的措施。根据各水电站运行的特点，设计时应考虑水工建筑物在发生事故或非常情况下，例如设备爆炸、水淹厂房时的避难场所和保护人身安全的设施，并在电站运行维护规程中以正式条文予以明示。
　　高水头电站必须设进水口快速闸门，不应以任何理由，例如以设置圆筒阀为由取消进水口快速下落闸门。进水口快速门应有“双电源”并可手动关闭，重要大型电站的备用电源应接至电厂保安自备电厂。自备柴油发电机作为紧急备用电源，必须如同检查消防系统一样，要有定期检查、试运行检验的机制，确保紧急时能发挥作用。
　　升级改造
　　体检、健身、修复，一个都不能少
　　国际电工委员会水轮机技术委员会一份文件说，水力发电设备是稳固的、可靠的、使用寿命长的设备。其稳固性可在很长时间内不需进行重要修复而能维持连续运行。水轮机可以不需要进行重要的修复改造，工作30至50年，这主要取决于机组的型式、设计、制造质量、运行条件和其他因素。当然，发电设备不可避免地会随着时间的推移，性能、可靠性、可利用率下降。
　　萨扬惨案是水轮机寿终正寝导致的吗？相比之下，已年过半百的中国第一座自主设计的水电站——新安江电站7.5万千瓦级机组，不但未见“老态龙钟”之相，而且“神采奕奕”，“光彩照人”。新安江水电站员工仔细为长期运行的机组做了完善的检修和修复，这一语道破维持水电设备“长生不老”的秘诀，就是要经常“体检”，要有“健身方案”，要有足够的经费支付体检、换心术(换转轮)和日常护理费用。
　　因此，对巨型水电设备机组要有完善的检修制度和修复计划，对有缺陷的大机组的更新、修复计划要落实，对自动化元件、保护元件和系统进行及时的升级换代。对设备运行状况应有专人负责记录，要进一步研究更准确检测机组外特性(振动、摆动、频率、温升、间隙)的方法，并应对检测结果进行快速研判和果断决策。发现水电设备问题、缺陷应及时修复，更换部件、进行现代化改造，而不是让其长期“带病”运行。特别是新机组、大修后重新投运的机组，发现了问题还未安排大修的机组更应成为重点定期巡视的对象。
　　应对水电设备的技术实行淘汰机制。根据水轮机的技术发展和原型机的运行研究，在一定时期内提出技术落后的、欠安全的“淘汰机型、应用材料”清单，经国家有关部门，例如国家生产安全局或国家标准委批准公布。应通过“技术换市场”方式将替代的机型、技术转让给中、小设备制造厂家，使新投产的水电站机电设备的安全性能更有保障。
　　应在把握现状基础上，提出水电机电设备升级改造的方案，落实资金，分步实施。在此基础上，根据现有水电站的特点、运行参数及其现状、修复改造后重新投入运行的机组状况，提出运行限制区域的建议，以及参与电网功率和频率调节的方法和管理的建议。
　　调节
　　分区运行保证安全
　　回望中国“水火相争”的年代，“水电派”为争“优先发展”，曾一再强调水电机组运行调节灵活，于是以火电为主的电网调度部门，就要求水电机组从零负荷到满负荷都要运行。因此，迄今还有单机容量30万千瓦的水电机组，较长时间带负荷不超过1万千瓦运行。有些10万千瓦水电机组，甚至72小时担任“空载备用”，为电网安全担任“安全卫兵”的角色，却极大损害了机组本身。
　　萨扬惨案引发水电机组如何安全运行的大讨论最终达成一致：分区运行才能确保安全。大型水电站，必须严格按照运行区域分区运行。运行分区应通过原型水轮机试验，参照水轮机模型验收试验成果，由电厂(或发电集团公司)与国家(地方)电网研究提出，并经国家安全生产总局聘请的有经验的专家组评审后，以合同或法律形式做出规定。
　　应明确大型水电机组(例如30万千瓦以上)不参与电网“频率调节”。对巨型水电机组(例如60万千瓦以上)宜安排长期在稳定高效运行区内运行。即使出于电网安全的考虑，巨型机组也宜快速通过不稳定运行区。应坚持只有设备状态为“优良”的水电机组才能参与负荷调整和无功调节运行。
　　业主
　　决策和负总责的关键
　　“水电站事故是由一系列原因造成的，其中包括水电站本身设计缺陷，使用、维护不当及管理不善等因素。”在俄罗斯萨扬事故的报告中，责任人不包括30年前的工程设计单位和水轮机设备制造厂的负责人，设计和制造并不承担责任。很明显，俄罗斯当局认定，从萨扬水电站工程设计、产品制造、部件安装、设备运行、电厂检修、突发事故处理方面存在的所有这些缺陷或不足，都是业主技术管理的漏洞。业主应负总责。
　　业主要科学决策，不赶进度，坚持质量，才能保证不出事故。坚持保证质量、顾及安全的原则，尽量不把缺陷带到现场。在市场经济中处于“强势”的业主应该有清醒的认识：业主技术管理的严格与否，业主的决策正确与否，科学的措施落实与否，对及时发现和避免设计、制造、安装、运行、维修过程中的某些安全漏洞至关重要。当然，业主并不是什么都懂的“通才”，但业主可以依靠有理论有实践经验的各专业人士组成的专家组，在安全和高效生产方面严格把关。
　　处理
　　公开迅速才能警示业界
　　萨扬事故的处理，从事发当天的2009年8月17日，到媒体报道的2009年10月5日公布事故原因分析报告，仅用了52天的时间。在表述“事故原因”时，媒体报道强调了事故直接原因是超负荷运转导致水轮机组螺栓脱落。初步指定责任者25人，首要责任人为原“俄罗斯统一电力公司”总裁丘拜斯，其余所有原水电站站长和总工程师等无一免责。
　　事故报告充分体现了以“事实为依据”的原则，全面公布了萨扬水电站事故基本经过、人员伤亡、设备毁坏、事故原因、有关责任人名单及违规违法事实、经济损失等情况。媒体迅速报道分析了这份报告披露的内容，使这件震惊世界的惨案不再继续“漫燃”。
　　这“快刀斩乱麻”的处理突发重大事故的方式，体现了俄罗斯处理此事的效率和决心，也体现了一个发达的工业大国迅速处理事故尽快恢复电力生产的信心。
　　在当今的中国，发生重大惨案，都有媒体跟踪报道。造成重大事故者故意隐瞒不报者，将受到政府纪律或法律的惩处。然而，对于未造成人员伤亡的“技术性”事故，情况就不同了。据悉，近年来国内有的新建抽水蓄能电站机组在试运行时，电机曾发生重大事故。但由于没有死人，使“关门”处理成为可能。然而，这样的关门处理不但造成了外界的各种猜测怀疑，业内人士也无法在公开的技术刊物上看到“事故报告”这类文章，更无法从“已交的学费”中举一反三，吸取有益的教训。
　　突发重大事故的处理，即使在今天，仍然存在“公开”与“掩盖”两种不同处置方法。当然，前者可能会“丢面子”，但最终彻底丢掉面子的是“掩盖”这种并不高明的做法。
　　编后
　　借助萨扬惨案这面镜子，使我们清楚看到：电站机电设备对电站安全的重要性；水轮机科学的分区运行的必要性；机电设备及时升级改造的迫切性；业主提高机电设备技术管理的关键性。
　　水电工作者，都应以此为戒，认真吸取历史教训。
让我们共同努力，杜绝一切引发惨案的隐患产生，才能使水电惨案不会在中国上演。　　相关阅读　　
谁之过？　
根据俄罗斯政府公布的萨扬事故原因技术调查报告披露情况看，事故发生的原因和暴露的问题是多方面的：机组运行中水轮机轴承振动幅值严重超标而未按规定“卸荷并停机”；在制造厂商文件和电站运行文件中，均无保证检查紧固件状况的标准和紧固件的使用期限；在机房受淹，保护和控制回路电压消失时，导水机构不能自动关闭；中控室没有关闭进水口快速事故闸门的控制开关……所有的一切应急预案、应急措施、应急通讯似乎都没有发挥作用。
　　49个螺栓：
　　大限已到是导火索
　　事故调查人员发现，躺在萨扬-舒申斯克2号机坑内的油混水中的机件，除了水轮机大轴、转轮、发电机转子等转动部件外，竟还有机组的承重部件顶盖和支撑在顶盖上的发电机推力支架等固定部件。这“一串”部件中的顶盖从原来的位置与浇灌在混凝土内的联结部件——座环脱开了，窜升10米左右倒在发电机层楼板上。而用于将顶盖紧固在水轮机座环上的80个螺栓中的49个螺栓，在事故发生时未能起到“联结紧固”的作用，成为酿成这一悲剧的直接原因。
　　在对这关键的49个螺栓断口逐个检验后发现，有41个螺栓螺纹断裂的疲劳断口面积平均达64.9％。断口面积占螺栓面积70％以上的螺栓有14个，甚至有8个螺栓断口断裂面积超过90％！也就是说，螺栓已完全失去承载能力。用探伤方法检验后还发现螺母上有较长不连续的裂缝，螺圈上也有本不容许存在的缺陷。
　　萨扬水电站的10台64万千瓦水轮发电机组，首台在1978年12月投入运行，最后一台于1985年12月投产发电。制造厂家规定的紧固件使用寿命与设备本身的使用寿命都是30年。而至事故发生时，水轮机已运行29年10个月。早在1997年，俄罗斯就制订计划，提出对功率在30万千瓦以上的64座水电站进行设备更新，其中包括更换154台转桨式和29台混流式水轮机。可是，直到2002年，俄罗斯只更换了8台机组。
　　运行：
　　安全限制的缺失
　　水电站水轮机的运行区域是经过设计、模型试验和电站运行试验确定的。萨扬水轮机分成4个区域：容许运行区、不推荐运行区、推荐运行区、临时禁止运行区。但是，限于当时的技术水平，推荐运行区的负荷调整范围太窄，在事故发生前的负荷调整范围只有7万千瓦。
　　惨案发生前一天，电站内的2号机组，负荷变化幅度超过7万千瓦达12次。事故当日零时至2时30分，发电负荷从44.15万千瓦降低至28万千瓦，而从4时12分至7时5分发电负荷又增加至41万千瓦，变化达16万千瓦。计划出力的这种变化迫使2号机组从其投入工作时刻起，相继6次通过不推荐运行区域。从前次维修结束重新投入运行后，2号机组总共210次处于不推荐运行区域，总共运行时间超过2500秒，水轮机轴承振动幅值严重超标。这种运行方式，是造成“惨案”的主要原因之一。
　　萨扬机组设计上明确了不同运行分区，但是没有设定在各区域运行的安全限制，电网调度部门以首选的负荷调整机组——2号机作为“自动发电控制”运行机组这个外部原因加之联接顶盖和座环的49个“不作为”的螺栓，导致了惨案的最终发生。
　　机电设备：
　　“配角”也惹祸
　　水工专业和机电专业是支撑整个水电工程建设和运行管理的两大支柱。我们通常将调控水库水位、监测大坝安全、“将水变成电”和“把电送出去”的设备统称为机电设备，这是水电工程总体建设中不可或缺的重要组成部分。一般认为，机电设备不是在施工现场“造就”出来的，而是在工厂“加工”出来的。机电设备是“钢”的，材料好，加工精确，一般不应该会引发事故。因此，在水电工程建设中“机电设备”往往处于“配角”地位，引发事故的风险也似乎要小些。
　　萨扬水电站在水工技术方面创造了多项世界纪录，但也出现过不少问题和事故。例如，施工初期一些柱状混凝土浇筑块出现裂缝，坝基渗水，消力池受破坏。在未加控制的条件下泄洪，曾使水电站厂房受淹，使消力池底护面严重破坏，导致消力池底护面受到严重损毁。这些发生在水工建筑物上的事故，后来通过修复也就可以正常运用了。人们怎么也不曾想到，正在电站厂房内运行的2号机组，是惨案发生的源头。紧接着电站厂用电系统、通信系统、保护系统、自动化系统均遭到破坏，殃及其他9台机组，拉垮了3台机组的厂房。
　　这次直接由机动设备引发的萨扬惨案，使人们认识到了机电设备对水电工程也同样重要。这将会使人们对水电站机电设备的规划设计、工程建设和运营管理方面的重要性重新定位，将改变过去“水工是老大，机电无所谓”的片面认识。