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二号汽轮机飞车事故亲历记

  一九八五年十月二十九日,大同二电厂二号机组发生了震惊业界的汽轮机飞车事故。这是一起因调速系统设计缺陷和接长轴螺栓制造质量造成的重大设备损坏事故,事故发生时我正在现场检查设备,亲历了事故的全过程,参与了事故的处理。作为亲历者有责任把这些过程记录下来。

  二十九日下午,我作为水泵队技术员接到晚上启动一号机组的通知,晚饭后我早早来到现场,先去集控室向值长了解启动安排和设备缺陷情况,然后到就地检查设备。当时厂内只有二号机组单机运行,经500kV变电站的255开关向北京送电;一号机组检修消缺后准备启动;三号机组在基建调试阶段,当晚也准备启动。

  21点30分左右,我正在一号机组零米给水泵处检查设备,突然感到厂房照明先暗后特亮,紧接着听到机组传来一阵很怪的“吭吭”声,我知道发生了异常情况,赶紧从给水泵旁的楼梯爬上了十米运转平台,听到二号机处的声音越来越大并传来剧烈振动,我下意识地朝着控制室方向跑去,跑到半路被从控制室撤出的运行人员挡了回来,紧接着看到二号机组机头起火,后来发电机处也起火并传来爆炸声。

  这时正在生产二楼会议室开会的厂领导闻讯赶来,了解情况后立即组织救火,厂房内浓烟滚滚,机组传来阵阵刺耳的摩擦声,就像人痛苦时发出的呻吟声,我的心情就像被针扎一样难受,直到机组没了声音才离开现场。

  回到水泵队,我把所有的值班人员迅速组织起来,飞奔现场参加灭火工作。这时厂消防队和大同市的消防车正陆续赶往现场,经过两个多小时的奋战终于把火灾扑灭。据说那天晚上除了大同当地的消防车外,把朔州的消防车也调了过来,市委书记肖聪慈命令武警进入紧急戒备状态以应不测。

  晚上一点多,检修处召开会议布置下步工作,我拖着疲惫不堪的身躯来到会场时,看到副总工程师张旗也在,会上张总说汽轮机可能发生了飞车事故,这个消息令我十分吃惊,在事故还未开始调查,大家还没从救火现场回过味来处于懵懂状态的情况下,张总能够作出如此准确的判断,其学识和担当令人由衷的钦佩。

  厂内二号机组单机运行,经500kV变电站的255开关向北京送电(降压为220kV),发电机负荷130MW,发电机自动电压调整器未投,励磁电流1200安。

  21点30分左右,发电机有功负荷由2分钟前的130MW快速增至170MW,值班人员发现盘上出现“装置故障”光字牌,表计大幅摆动,照明先暗后特亮,同时听到机组发出“怪叫声”、2秒后255开关跳闸,盘上出现“失磁保护动作”光字牌,机组负荷甩至66MW ,约10秒后发电机主开关202跳闸,机组出现强烈振动,再经10秒左右,锅炉值班员手动打开安全阀排汽,汽机值班员目击车头转速表已达4380转/分,机组随即发出巨响,喷出火团。事故的整个过程约40秒左右,时间极短。

  中压转子第26级叶片全部甩出,除第24级外,其余各级叶片严重损坏,中段缸体左侧断裂。

  前、中轴承箱及三号轴承座断裂,一瓦上轴承盖抛至机组左侧,轴瓦有逆转现象,一至六瓦巴氏合金有捻损,三瓦尤为严重,推力瓦的工作面和非工作面全部损坏,盘车装置壳体断裂,盘车马达掉落地面。

  发现中压主汽门自动关闭器滑阀下部节流旋塞 脱出16毫米;高压缸轴封套圈有逆转现象;高、中压转子联轴器螺栓虽未断开,但都严重损坏。

  为了查清汽轮机飞车事故的原因,机械工业部和水利电力部委托中国机械工程学会、中国电机工程学会、中国电工技术学会组织二十位专家教授组成事故诊断专家组,历时半年进行机组事故诊断,但对造成机组损坏的直接原因却是众说纷纭,莫衷一是。

  1、21时30分左右,机组在未投自动电压调整器且运行人员未调整励磁的情况下,有功负荷由130 MW升到170 MW,由于功率因数远大于0.96,引起机组失步,导致发电机低励失步保护动作,经2秒钟时限跳255开关,有功负荷从170 MW甩至66 MW左右。本应按整定值255开关跳闸后0.5秒跳202开关,由于保护接线开关跳闸,这是这次事故的导火线,但与机组严重损坏没有直接关系。

  2、202开关跳闸后,由于右侧中压主汽门自动关闭器滑阀下部节流旋塞脱出16毫米,使滑阀始终处在上限位置,右侧中压主汽门约延迟15~17秒才能完全关闭,而中压调速汽门也未及时关闭,使转子转速达3700~3800转/分,并使机组加剧振动。

  3、由于机组超速,首先使高中压转子接长轴和低压转子接长轴的法兰螺栓断裂(有两个螺栓飞出,至今尚未找到)。当高中压转子与低压转子断开后,中间再热器的剩余能量使高中压转子继续升速到4380转/分以上,使叶片甩出、动静部分摩擦、轴承损坏、喷油着火,当26级叶片全部甩出后形成紧急刹车。超速是机组严重损坏的直接原因。

  4、从中压转子与接长轴的联轴器螺栓主体断口分析,断面形貌表现为疲劳断口,先有疲劳裂纹,最后受到重大冲击而全部断裂。疲劳纹起源于螺纹根部退刀槽处,该处加工圆角小于设计要求,应力集中易于形成疲劳源。从已有疲劳裂纹的螺栓残骸先撸扣后沿疲劳裂纹断裂的情况看,螺栓疲劳裂纹已成隐患,但不是酿成这次严重超速破坏事故的主要原因。

  另一部分专家认为,油膜振荡或轴系失稳是造成机组严重损坏的直接原因。对事故过程模拟如下:

  1、由于存在不利运行工况和机组轴系扭振,该机在事故以前,已经在螺栓退刀槽应力集中较大处,因受较长期的交变应力作用而产生了疲劳裂纹。

  2、转子在202开关跳闸后,转速升高并稳定在一定水平下,有可能发生油膜振荡或失稳现象,造成机组强烈振动,出现较大不平衡,加剧振动,导致中压调汽门的操纵座与轴承座连接的法兰面振松,从而使中压调速汽门失控,形成转速进一步飞升,轴瓦进一步损坏,不平衡进一步加大的恶性循环,终于使联轴器螺栓中已存在的疲劳裂纹迅速扩大,最后瞬间断裂,高中压转子与低压转子脱离,由于高中压转子转动惯量只占轴系约1/4,故其转速继续飞升至4000转/分以上,使第26级叶片全部甩脱,中压缸严重损毁。

  究竟是超速引起机组振动?还是振动造成机组超速?这个问题在今天看来通过事故顺序记录仪并不难分析,但在当时的技术条件下,就像回答“先有鸡还是先有蛋”一样困难。

  当年的国产200MW汽轮机在安全监测和故障诊断装备方面完全就是一台“裸机”,不但轴承振动、鉴相、轴向位移、胀差等重要参数没有自动记录,就是汽轮机的转速也没有自动记录,事故分析可依据的现场资料只有一段主蒸汽压力和温度记录曲线及运行人员就地观察到的汽轮机转速4380转/分,事故的过程又极其短暂,只有40秒左右。故障诊断只能依据这些极其有限的现场资料和设备损坏情况进行分析推断。

  事故后解体发现中压主汽门自动关闭器滑阀下部节流旋塞脱出16毫米,使滑阀始终处在上限位置,经计算右侧中压主汽门约延迟15~17秒才能完全关闭,所以部分专家指出机组超速是事故的直接原因。但问题是中压主汽门延迟关闭,还有中压调速汽门呢?没有证据说明中压调速汽门在事故前也失灵。

  国产200MW汽轮机是在消化吸收前苏联50MW机组技术的基础上发展起来的,由于缺乏末级长叶片的设计制造经验,就用三个50MW机组的汽缸组成200MW机组的低压缸,形成了三缸三排汽的结构。这种结构的汽轮机轴系又细又长,稳定性很差,中、低压缸之间的接长轴更是轴系的薄弱环节,早期的多台200MW机组曾发生过油膜振荡。

  轴系稳定性差是国产200MW机组存在的重大设备隐患,所以有的专家认为轴系失稳是事故的直接原因。轴系失稳引发油膜振荡,强烈振动造成中压调速汽门操纵座损坏,中压调速汽门失灵造成机组超速。但问题是二号机组在调试期间和投产以后均未出现过轴系失稳现象,事故前甩掉66MW负荷能引起多大的转速动态飞升?会造成机组失稳?

  两种意见相持不下,当时前一种意见稍占上风。但是两年后秦岭发电厂发生的又一起同型号的汽轮机飞车事故,似乎是专门给后一种意见增加了一个注脚。

  一九八八年二月十二日,秦岭发电厂五号机组在进行危急保安器提升转速试验时,发生了轴系断裂重大事故,6处联轴器螺栓、5处轴体发生断裂,轴系断为13段。

  国家事故调查组经过七个月的调查分析,认为这次事故是由油膜失稳开始的突发性、综合性强烈振动造成的轴系严重破坏。该机组的轴系稳定性裕度偏低和机组转速飞升到3500转/分~3600转/分是酿成这次事故的主要起因。

  该型机组在额定参数下且同步器在3000转/分位置时,其调速系统工作范围上限约为3400转/分(计算值),较国内其他厂家200MW汽轮机调速系统上限(一般为3600转/分)降低很多,超速试验滑阀可控面积大,调速器滑阀的最大排油口面积小,有产生调速系统开环的条件。

  秦岭电厂五号机和我厂二号机均为东方汽轮机厂生产的200MW三缸三排汽凝汽式汽轮机,我厂原二号机出厂编号为第12台,秦岭五号机出厂编号为第14台,均为D05型向D09型转型的过渡产品。

  这两起事故发生后,水电部和机械部联合制定了防止国产200MW汽轮机超速和轴系断裂的反事故措施,包括更换联轴器螺栓材质、更换发电机前后轴承为椭圆瓦、更换调速器滑阀和超速试验滑阀套筒、提升转速试验时将主蒸汽压力降低到7MPa、正常停机时必须先打闸后解列等,并从国外引进了飞利浦公司RMS700型汽轮机安全监测保护系统,特别有远见的是给机组配置了黑匣子——事故顺序记录仪。返回搜狐,查看更多

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