某抽水蓄能電站蝸殼平壓管破裂分析與處理

徐樹祥

摘要：為了保證抽水蓄能類型電站能有穩定的運行質量，應認識到抽水蓄能類型電站的作用以及電站當中電力機組的運行特點，能對蝸殼平壓管等結構的故障有深入的了解，通過高質量的設備故障處理以及維護來保證抽水蓄能類型電站運行的穩定性。本文就抽水蓄能類型電站當中蝸殼平壓管結構破裂故障的分析以及處理進行了研究。

關鍵詞：電站；抽水蓄能；蝸殼；平壓管；處理

現代社會在能源開發方面投入了較大研發力度，實現了對于水力勢能、電力能源的多元化利用，出現了抽水蓄能類型電站等先進的大型設施，通過電能和水力勢能之間的相互轉化，實現了電能利用效率的提升。但在抽水蓄能類型電站運行中，由于整體負荷較高，所以抽水蓄能類型電站當中蝸殼平壓管等組件可能會出現故障，需要技術人員做好處理工作。

1抽水蓄能類型電站以及蝸殼結構分析

在抽水蓄能類型電站運行中，一方面能利用處在低谷時候的電能將水通過機械設備抽到水庫當中，一方面當電力負荷處在高層期的時候在將水庫當放出，實現水利勢能向電能方向的轉化。從抽水蓄能類型電站的功能來看，這一設施通過將多余電能轉化為水利勢能實現了多余電能的存儲，同時在利用水利是能發電的時候又實現了水力勢能向電能的轉化，這也就實現了電能的高效存儲，避免了資源的浪費，推動了水水電站以及電力體系的發展。在現代各領域技術均有發展的現代，這一設施的功能也得到了進一步的強化，在調頻方面、調相方面也有突出的作用，整個社會的發展有著保障性作用。

而在抽水蓄能類型電站的實際運行中，由于這一設施所承載的運行強度以及負荷較大，所以對于抽水蓄能類型電站當中的組件影響也較大，甚至還可能出現設備組件故障的情況。抽水蓄能類型電站機械設備運行的時候，抽水蓄能設備在水泵啟動以及處在調相運行狀態的時候，需要轉輪部件在氣體環境中旋轉。在這一階段，迷宮環部件一旦缺少了外來水的冷卻，那么就會在機組不斷運行下累積大量熱量，影響設備中不銹鋼葉片的實際性質以及機組的整體運行質量。所以也就需要在設備運行的時候能將迷宮部件的噴水閥，使迷宮環有充足的冷卻水，而且這也能讓轉輪周圍形成一定大小的水環，避免轉輪室結構出現氣體大量泄漏的問題。

2抽水蓄能類型電站當中蝸殼平壓管故障簡介

某地有一抽水蓄能類型電站，在該電站當中1號電力機組在進行抽水調相轉化抽水工況運行之后，工作人員發1號電力機中的球閥結構下游側中的某一位置存在著從向外噴水問題，工作人員隨機申請了停機指令。

后經蝸殼層積水排凈后，現地檢查發現1號機組蝸殼與尾水管平壓閥485VD下方近尾水管側管道變形破裂。發生泄漏的尾水平壓管段設計材質為TP304或1Cr18Ni9Ti，規格為φ219.00mm×3.70mm。

3事故現場檢查結果分析

通過高質量的現場勘察工作得知法蘭結構與墻體結構之間的尾水管部件發生了泄露，并且泄露部分的張口較多，整個泄露部分的管道明顯存在著脹粗情況。由于管道受到墻體結構以及焊接部分的限制所，所以整個管道從外觀上來看呈腰鼓狀，整個管道最大部分外徑大約為310mm。電力機組當中的尾水管部件為有縫類型的鋼管，而這一情況和最初要求的無縫類型鋼管標準之間存在出入，影響這一部分的承壓能力。在發生脹粗的鋼管部分當中，管壁最薄的部分厚度約為2.7mm左右，墻體結構中未發生明顯脹粗情況部分的管壁厚度大約在3.7mm到3.8之間。在進行尾水管部件和法蘭部分進行焊接的時候應能先套在法蘭結構上，之后進行后續的焊接操作，但在事故發電機組設備當中尾水管部件和法蘭部件焊接處理結構中存在著根部未完全焊透的問題。在和法蘭部分相連接焊縫上存在一段銹蝕，而這個銹蝕部位也是開裂的最初部分，管道結構沿著這一起點位一直撕裂到尾水管部分，撕裂斷口從外觀上看較為新鮮。而好法蘭部分相互連接的下彎頭部分外壁厚度達到了9.5mm，因而未出現撕裂的情況。在抽水蓄能類型電站當中1號電力機組發生了故障之后，隨機也對該電站中的其他機組發生了檢查，發現其他機組當中的相同部分也發生了輕度的變形。

4故障成因分析

抽水蓄能類型電站的實際運行負荷較高，并且電力機組設備的組成也較為復雜，可能導致發電機組出現故障的因素較多。而在對案例中電力機組平壓管部件發生破裂問題進行分析的時候，將可能的成因劃分為以下幾個重點。

首先，在實際的平壓管部件進行預埋處理以及和法蘭結構相連接的時候，該抽水蓄能類型電站未按照既定的設計標準進行管道材料以及管道型號的選擇。在對電站機組當中設備進行核對的時候，蝸殼機構以及平壓管設計方案中要求蝸殼結構到尾水管結構平壓管部分的預埋類型管路的管道直徑應為219mm，管壁厚度應為6mm，管道材料應選擇不銹鋼類型管材。但在現場勘察中發現蝸殼結構到尾水管結構平壓管部分的預埋類型管路的管道直徑為219mm的，管壁厚度為3.7，管道材質選擇的是公壓規格為PN50的不銹鋼類型焊接鋼管。從抽水蓄能類型電站電力機組實際運行情況來看，機組從調相狀態轉換到抽水狀態的時候，蝸殼結構到尾水管結構平壓閥均為打開狀態，導致這一管道段在短時間所受的壓力達到了5.7Mpa，超過了這段管道所用不銹鋼的最大承壓上限。

其次，平壓管結構民管段和其相連接的法蘭結構在焊接方面存在缺陷。焊縫實際的焊接質量容易受到多種因素的影響，其中由于應力集中而導致焊縫質量缺陷尤為常見。在故障電力機組當中預埋類型管路和明管段相連接的材質是低合金剛，這也導致實際材質和管道材質出現了不相符合的問題。其次，預埋管道的實際厚度為3.7mm，這和法蘭焊接部分11mm厚度存在較大的厚度差值，導致焊接部分更容易出現應力集中。第三，在該電力機組部件的焊接中，尾水管和法蘭部分連接的焊縫屬于是異種鋼類型焊縫，并且焊接時所采用的方式為插入類型焊接方式，在焊接方式選擇不當以及焊接部分未完全焊透的情況下，導致焊接部分的實際強度較低。另外，法蘭部分在設計的組成材料是不銹鋼類型材，但在實際的發電機組設計中所使用的材料卻為低合金鋼。這種低合金鋼在實際的使用中存在著抗腐蝕能力偏低的問題，在設備長期的使用中可能會出現腐蝕問題，影響設備整體運行的安全性。

5故障處理方案與實施分析

（1）將該裸露的平壓明管段更換為φ219.1mm×6mm的不銹鋼無縫鋼管并與原來管路焊接。該處焊縫通過不銹鋼法蘭轉接。將不銹鋼法蘭與原混凝土錨筋焊接，最后用混凝土將法蘭與墻體澆筑為一體。（2）替換全部碳鋼材料為不銹鋼材質，提高管路部件材質耐氣蝕能力并提高焊接質量。改善厚、薄管路的連接，采用工地焊接形成的帶徑法蘭（與混凝土錨筋固定）減少管路的應力集中。（3）增加管路水平及垂直方向的支架并固定，減小管路因沖擊產生的振動。

6結束語

從蝸殼與尾水管平壓管破裂故障的分析與處理來看，盡管該段管路在抽水蓄能電站眾多設備和材料中微不足道，但如其發生故障，引起的損失和破壞力卻又大得多，所以在今后的抽水蓄能電站建設和運維中，應從設計、材料采購、制造安裝、運維檢修等各個方面做好質量監督與管控，特別要加強承壓焊縫的無損檢測和日常運維巡視，才能確保電站安全、穩定運行。

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