大源渡水電廠機組冷卻水系統壓力泄漏原因分析及處理

大源渡水電廠位於湖南省衡山和衡東兩縣交界處的湘江幹流上，它是由湖南湘江航運建設開發公司建設的國家重點工程，也是我國交通系統投資辦電的第一個試點工程，工程總投資20億元人民幣，總裝機容量為120MW，裝有4台30MW的燈泡貫流式機組，機組設備全部由VATECH公司(原奧地利ELIN公司、奧地利MCE公司、德國的SULZER公司)提供。

1發電機冷卻水系統介紹

發電機冷卻方式為具有空氣冷卻器的雙密閉循環強迫通風冷卻方式，燈泡頭內為常壓;冷卻系統由兩台水泵、四組軸流風機、八個空氣冷卻器和燈泡頭錐體部位(抗壓蓋板下)的表面冷卻器、冷卻水管、閥門組成;迴流熱空氣由密閉循環凈化水冷卻，迴流熱凈化水經發電機表面冷卻器由河水冷卻;冷卻水還用於冷卻在油水冷卻器中的軸承潤滑油和調速器油箱油冷卻器中的調速器油。

機組密閉循環冷卻水中添加了Henkel生產的P3-ferrolix@332的防腐添加劑以防止管路內結垢和管路內部生鏽。正常工作時，冷卻水泵強迫冷卻水通過空氣冷卻器、軸承油冷卻器、調速器油冷卻器循環流動冷卻空氣和油;每組軸流風機接兩個空氣冷卻器，強迫空氣通過通風溝與間隙對定子鐵芯、定子繞組、轉子繞組進行冷卻;機組正常運行時，膨脹水箱處的冷卻水壓保持在1.0bar～1.8bar之間。(機組冷卻水系統圖見圖一)

2故障情況

2008年5月5日15：30，運行人員巡視發現：3#G機組膨脹水箱壓力表計顯示0.4bar，且表計指針波動，隨即通知維護人員，考慮到壓力表計波動，初步判斷為：冷卻系統管路產生氣體太多引起壓力波動，隨即對冷卻系統管路進行了排氣並補水增壓至1.8bar;隨後的兩天內每天補水增壓一次，密切跟蹤觀察，壓力有小幅下降。5月7日20：08，運行人員巡視發現3#G機組膨脹水箱壓力表計顯示只有0.3bar，因冷卻水壓力的降低，造成機組冷卻效果相比其他機組要差，在同樣負荷的情況下，3#G的鐵芯溫度比4#G的鐵芯溫度要高出5℃，在水情較好，機組可以滿負荷運行的情況下，3#G只能限負荷運行。為保證機組的冷卻效果且不影響發電效益的前提下，採用了對機組冷卻系統臨時補水增壓的措施，但情況越來越糟，壓力下降越來越快，加水次數也由開始的每天一次增加到最後的每天三次，且仍然不能保證機組正常的運行壓力。如果表面冷卻器及其連接管路存在泄漏，在膨脹水箱壓力小於0.7bar的情況下，整套機組冷卻水管路內的水壓將小於管路承受的外界河水壓力，造成發電機密閉循環冷卻水與河水混合，將會對冷卻水系統管路產生腐蝕和結垢等不良後果。

3故障原因分析及處理過程 3.1故障原因分析與排查

針對此故障情況，5月7日23：00運行人員經調度同意將3#G停下，緊急檢查。初步分析故障原因有兩點：其一：管路內存在較多的分段氣體，氣體通過管路上各自動排氣閥排出造成系統壓力降低;其二：冷卻系統某個位置存在泄漏點，造成壓力下降。針對可能的故障原因一，在停機狀態下，將機組冷卻水系統補水增壓至正常壓力1.5bar，多次手動啟動冷卻水泵進行冷卻水循環后再停泵排氣，通過多次加水增壓循環操作，最後無氣體排出，但系統壓力仍然下降，因而排除故障原因一，判斷故障原因為冷卻系統管路某處存在泄漏點。

隨即按以下步驟對壓力泄漏點逐步進行了排查：

a) 對管路系統的所有閥門、法蘭進行了仔細檢查，未發現泄漏;

b) 關閉新增的冷卻增容部分相關閥門，將其退出運行，加水增壓后，壓力仍下降較快;

c) 關閉機組冷卻系統至軸承油冷卻器和調速器油冷卻器的相關閥門，加水增壓后，壓力仍下降;

d) 關閉機組冷卻系統至空氣冷卻器的相關閥門，加水增壓后，壓力仍下降較快，懷疑壓力泄漏點在表面冷卻器上，因4#G機也曾出現過同樣的問題，表面冷卻器與中間管路的法蘭焊接處焊縫開裂，通過流道排氣閥對機組抗壓蓋板下方流道排氣，發現機組冷卻水系統壓力也在下降，且最後冷卻水壓力表指示值接近上游水位與壓力表安裝處的高程水壓差值0.7bar，故確定表面冷卻器存在泄漏。

3.2故障處理過程

5月12日8：00，調度同意將3#G退出備用，緊急搶修，時長三天。維護人員沉放機組進、尾水檢修閘門將流道內積水抽干，開啟抗壓蓋板處(表面冷卻器正上方)人孔門，對錶面冷卻器及其管路進行了徹底的污渣沖洗，洗凈後用檢修用氣吹乾，隨後對機組冷卻系統進行補水加壓，在加壓過程中，對錶面冷卻器進行了詳細的檢查，最終找到泄漏點在表面冷卻器與其中間管路的法蘭連接處。由於浸在河水中的表面冷卻器及其管路全部為鋁合金材料製成，其焊接工藝要求很高，電廠維護人員聯繫了湖南省航空技術學院後勤技術服務部的專家到現場實施緊急搶修，將焊縫補好，經補水加壓至1.5bar，而後啟動水泵循環多次，將管路內的氣體排盡，再次通過幾個小時的密切觀察，壓力值未下降，說明故障已處理好。

4暴露的問題及防範措施

4.1此次故障的直接原因是表面冷卻器與其中間管路的焊縫開裂;間接原因有五點。

a) 機組進水口因污渣較多容易形成漩渦、氣泡進入流道積聚到抗壓蓋板下，排氣不及時，造成機組振動加劇，引發上面所說的焊縫處開裂;

b) 機組長期處于振動區，因追求負荷最大化的因素及某些運行人員不熟悉水輪機特性曲線使機組較長時間處于振動區，造成機械焊縫薄弱區開裂;

c) 兩塊表面冷卻器中間的管路其材質為鋁合金，材料厚度僅為5mm，在表面冷卻器與管路連接的介面焊接處難免應力不均勻留下薄弱區，在河水的腐蝕、流道內汽蝕、機組經常性的振動超標、流道寄生物(尤其是貝殼)長期大量繁殖，形成酸腐蝕等因素的影響下，這些焊接的薄弱區最終被攻破，引起開裂;

d) 機組冷卻水系統壓力過高，密閉循環冷卻水在溫度升高后膨脹，造成壓力進一步升高，引起焊縫薄弱處開裂;

e) 表面冷卻器存在設計缺陷，原設計中的表面冷卻器其管路所能承受的內外壓差要求達到0.3bar，但實際使用過程中檢測僅能達到0.2bar，就此供貨方曾經進行過賠償。

4.2運行維護管理方面

a) 根據進水口固定攔污柵污渣堵塞情況，及時安排人員進行清污，尤其是應定期對固定攔污柵下部的污渣進行清理，其嚴重影響了水流的流態，容易形成漩渦和氣泡;

b) 在進水口攔污柵堵塞較嚴重時定期對機組流道進行排氣，同時加強對機組振動擺度測量裝置相關數據的監視，發現振動數據接近超標值時，及時開啟抗壓蓋板上的流道排氣閥對流道排氣或者適當調整機組出力，避免機組振動過大;

c) 根據水輪機特性曲線，在不同的水頭下，合理分配機組所帶的負荷，避免機組處于振動區運行;

d) 平時加強對機組冷卻水系統的巡視，發現冷卻水壓力降低的情況及時處理;