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俄罗斯萨彦水电事故
俄罗斯水电站事故
建造于俄罗斯西伯利亚地区叶尼塞河上的萨彦-舒申斯克水电站是俄罗斯境内最大的水电站,曾是苏联时期国家建设的骄傲。
然而,2009年8月17日这一天,这一曾经的骄傲却演变成了一场惨不忍睹的灾难。
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,平地响起一声闷雷,一道水柱冲天而起,随后的67分钟里,发生了世界水电史上最大的惨案——伴随着进水口闸门的紧急落下,昔日欢声笑语的电厂,变得一片死寂。
正担负着电网440万千瓦负荷的大电厂,出力瞬间为零。
3台64万千瓦的机组严重毁坏,其余7台受到重创。
当时正在电厂工作的300多名员工,有75名不幸遇难,13名受伤。
这是8月20日从空中拍摄的俄罗斯西伯利亚地区哈卡斯共和国境内的萨彦-舒申斯克水电站大坝的照片。
事故发生后,俄罗斯总理普京及政府相关部门负责人亲临现场视察救援工作。
如今,这一惨案已经过去半年多了,当时震惊世界的新闻,早已被随后发生的美国三英里岛核泄漏事件、印度核电站工作人员受核辐射事件、黑龙江鹤岗煤矿瓦斯爆炸事件等国际能源重大事故所掩盖,“新闻”已成“旧闻”。
然而这一事故留给人们的教训和启示却永远铭刻在世界水电史上。
事故调查结果:
超负荷运转导致涡轮机组螺桩脱落
莫斯科出版的《共青团真理报》2009年10月5日报道,对萨彦-舒申斯克水电站事故进行的初步调查结果分析,事故直接原因是超负荷运转导致涡轮机组螺桩脱落。
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。
报道说,据俄技术监察部专家介绍,他们在调查萨彦-舒申斯克水电站第二组机组时发现,事故发生前几个小时,该机组曾6次超极限运转,导致涡轮机叶片发热,膨胀了四倍,致使涡轮机剧烈抖动,类似于洗衣机甩干模式下的抖动,最终导致涡轮机螺桩因负载过重而脱落。
《共青团真理报》援引事故原因分析报告说,事故隐患10年前就已存在,即从上世纪80年代至今,整个设备是在危险状态下运转的。
而事发前一天,西伯利亚水电公司下属一个名为“鲁萨尔”的电站发生火灾,致使原本属于该电站担负的发电工作转到了萨彦-舒申斯克水电站。
报道说,由于作为电站管理层对以上情况,以及关于“系统操作”与设备条件不匹配的情况全然了解,但未告知调度人员,并导致事故,因此,作为以往负责电站管理工作的所有高层,除丘拜斯被列为首要人物外,位列其后的包括水电站站长和总工程师等无一得以免责。
事故发生前的萨彦·舒申斯克水电站发电机房
事故发生后的萨彦·舒申斯克水电站发电机房
针对初步调查结果,丘拜斯声明:
“我对所有在我负责电站工作期间发生的一切负责。
2000年,电站转入市场运营。
当时,我必须签署相关协议”,但文件中白纸黑字写明了“要求更换涡轮机”。
按照丘拜斯的说法,接手电站管理时,他完全了解电站存在技术问题,但他明确表示:
“与其部分接手,不如全部接手”。
他说,当时,不可能让电站停产。
一方面是需求不断增长,一方面是电站需要投资更新设备,这本身对当地经济和当地居民来说就是灾难。
事故原因分析:
变压器爆炸酿惨祸
俄罗斯萨彦-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,但由于俄罗斯方未对事故做出正式的、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。
事故发生前的萨彦-舒申斯克水电站
萨彦-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。
一般认为,萨彦-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:
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。
萨彦-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。
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,萨彦-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。
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。
链接:
爆炸原因疑点重重
“变压器为什么会发生爆炸?
它的爆炸如何能产生这么大的能量,把近10公分厚的压力钢管炸断?
”中国工程院院士、中国三峡集团公司前总经理陆佑楣接受《科学时报》采访时表示,俄罗斯最大的水电站发生爆炸的原因疑点重重。
中国水力发电工程学会副秘书长张博庭在接受《科学时报》采访时同样表示,如果没有外力的破坏,变压器的爆炸能产生那么大的能量确实让人难以想象,“水电站的变压器似乎不应该有那么大的能量。
不过由于压力钢管本身承受着一两百米的水头,如果受到附近一个突然的外力作用,发生爆裂的可能性也是存在的”。
俄塔社8月17日报道,初步调查结果显示,维修过程中变压器发生爆炸是造成该水电站当天发生事故的原因。
“水电站从来没有发生过这种事故。
”陆佑楣说。
令陆佑楣不解的是,什么原因能导致变压器爆炸,而一个变压器爆炸又为什么会有这么大的能量将压力钢管炸断。
陆佑楣介绍,全世界的水电站设计都大同小异,变压器安置在发电厂房与大坝之间,压力钢管在变压器的后面,前面还有快速闸门。
一个变压器的爆炸为何能产生如此巨大的能量,将十多公分厚的压力钢管炸断,而压力钢管被炸断后,快速闸门没有下来,这都是疑点所在。
“人为破坏和操作失误引起变电站爆炸的可能性都是存在的。
”张博庭认为。
8月21日,媒体报道,车臣武装分子在网络上公布一封信件,他们自称使用反坦克手榴弹造成俄罗斯萨彦—舒申斯克水电站的大爆炸。
但这一说法很快被俄调查人员否认。
俄罗斯总理弗拉基米尔·普京8月20日下令检修全国老化基础设施,避免发生重大安全事件。
言外之意,设备老化也可能是造成此次事故的一个重要原因。
张博庭不赞同这一观点:
“萨彦—舒申斯克水电站工程于1968年动工兴建,1975年10月11日河道截流,1978年第1台临时机组在60m水头下投入运行,这时主体工程浇筑的混凝土量约为全部混凝土工程量的1/3(320万m2),1989年全部工程竣工。
相比美国很多水电站建于上世纪二三十年代,他们的设备并不算陈旧。
”
“也可能是后续管理出现问题,不过,在水电站的设计过程中也应预计到要防止这类事故的发生。
”陆佑楣说,例如对压力钢管应有一定的保护措施,不能直接将其暴露在外。
我国三峡大坝的压力钢管就采用了钢筋混凝土将其包起来的措施。
“俄罗斯这个水电站的压力钢管究竟是怎样一种状况,至今还未公布,原因还在进一步调查中。
”
不过,无论是什么原因造成了此次事故,陆佑楣与张博庭同时认为,这场偶然性事故仍给人们带来很多启示。
陆佑楣说:
“弄清楚变压器发生爆炸及其爆炸产生这么大威力的原因,就可以知道我们可以在哪些方面采取预见性的保护措施,以防微杜渐。
”
张博庭则认为,就这一事故本身的性质来说,并不是危险性很大的事故,从已有的报道可以了解到,水电站上游闸门应该已经被关闭,事故的局势已经得到控制,不会产生进一步的破坏。
不过,此次事故给了人们两点启示:
一是严格按照操作规程办事的重要性,“幸好是水电站,如果是核电站就等于原子弹爆炸了,其危害之大不可想象”。
二是,事故提醒人们不仅是大坝出现事故的危险性很大,水轮机部分出现问题也会造成很大损失,而这正是以前人们所忽视的地方。
“俄罗斯水电站事故无疑给我们敲响了一次警钟,加强管理和监督是保障发电站安全的重要举措。
”陆佑楣指出。
张博庭介绍,由于我国一直都很注重对电力系统加强管理,因此,我国至今没有发生过由于操作失误或人为破坏而产生的大型恶性事故,但是加强对发电站的监督和定期检查不应放松。
事故发生前的萨彦-舒申斯克水电站
萨彦-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/mi
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