事故原因分析：变压器爆炸酿惨祸

文/ 中国水科院 中国大坝协会 编辑/时香丽

事故发生前的萨彦－舒申斯克水电站 摄影/CFP

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。

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。

摄影/ChinaFotoPress/CFP

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。