某抽水蓄能电站蜗壳平压管破裂分析与处理

徐树祥

摘要：为了保证抽水蓄能类型电站能有稳定的运行质量，应认识到抽水蓄能类型电站的作用以及电站當中电力机组的运行特点，能对蜗壳平压管等结构的故障有深入的了解，通过高质量的设备故障处理以及维护来保证抽水蓄能类型电站运行的稳定性。本文就抽水蓄能类型电站当中蜗壳平压管结构破裂故障的分析以及处理进行了研究。

关键词：电站；抽水蓄能；蜗壳；平压管；处理

现代社会在能源开发方面投入了较大研发力度，实现了对于水力势能、电力能源的多元化利用，出现了抽水蓄能类型电站等先进的大型设施，通过电能和水力势能之间的相互转化，实现了电能利用效率的提升。但在抽水蓄能类型电站运行中，由于整体负荷较高，所以抽水蓄能类型电站当中蜗壳平压管等组件可能会出现故障，需要技术人员做好处理工作。

1抽水蓄能类型电站以及蜗壳结构分析

在抽水蓄能类型电站运行中，一方面能利用处在低谷时候的电能将水通过机械设备抽到水库当中，一方面当电力负荷处在高层期的时候在将水库当放出，实现水利势能向电能方向的转化。从抽水蓄能类型电站的功能来看，这一设施通过将多余电能转化为水利势能实现了多余电能的存储，同时在利用水利是能发电的时候又实现了水力势能向电能的转化，这也就实现了电能的高效存储，避免了资源的浪费，推动了水水电站以及电力体系的发展。在现代各领域技术均有发展的现代，这一设施的功能也得到了进一步的强化，在调频方面、调相方面也有突出的作用，整个社会的发展有着保障性作用。

而在抽水蓄能类型电站的实际运行中，由于这一设施所承载的运行强度以及负荷较大，所以对于抽水蓄能类型电站当中的组件影响也较大，甚至还可能出现设备组件故障的情况。抽水蓄能类型电站机械设备运行的时候，抽水蓄能设备在水泵启动以及处在调相运行状态的时候，需要转轮部件在气体环境中旋转。在这一阶段，迷宫环部件一旦缺少了外来水的冷却，那么就会在机组不断运行下累积大量热量，影响设备中不锈钢叶片的实际性质以及机组的整体运行质量。所以也就需要在设备运行的时候能将迷宫部件的喷水阀，使迷宫环有充足的冷却水，而且这也能让转轮周围形成一定大小的水环，避免转轮室结构出现气体大量泄漏的问题。

2抽水蓄能类型电站当中蜗壳平压管故障简介

某地有一抽水蓄能类型电站，在该电站当中1号电力机组在进行抽水调相转化抽水工况运行之后，工作人员发1号电力机中的球阀结构下游侧中的某一位置存在着从向外喷水问题，工作人员随机申请了停机指令。

后经蜗壳层积水排净后，现地检查发现1号机组蜗壳与尾水管平压阀485VD下方近尾水管侧管道变形破裂。发生泄漏的尾水平压管段设计材质为TP304或1Cr18Ni9Ti，规格为φ219.00mm×3.70mm。

3事故现场检查结果分析

通过高质量的现场勘察工作得知法兰结构与墙体结构之间的尾水管部件发生了泄露，并且泄露部分的张口较多，整个泄露部分的管道明显存在着胀粗情况。由于管道受到墙体结构以及焊接部分的限制所，所以整个管道从外观上来看呈腰鼓状，整个管道最大部分外径大约为310mm。电力机组当中的尾水管部件为有缝类型的钢管，而这一情况和最初要求的无缝类型钢管标准之间存在出入，影响这一部分的承压能力。在发生胀粗的钢管部分当中，管壁最薄的部分厚度约为2.7mm左右，墙体结构中未发生明显胀粗情况部分的管壁厚度大约在3.7mm到3.8之间。在进行尾水管部件和法兰部分进行焊接的时候应能先套在法兰结构上，之后进行后续的焊接操作，但在事故发电机组设备当中尾水管部件和法兰部件焊接处理结构中存在着根部未完全焊透的问题。在和法兰部分相连接焊缝上存在一段锈蚀，而这个锈蚀部位也是开裂的最初部分，管道结构沿着这一起点位一直撕裂到尾水管部分，撕裂断口从外观上看较为新鲜。而好法兰部分相互连接的下弯头部分外壁厚度达到了9.5mm，因而未出现撕裂的情况。在抽水蓄能类型电站当中1号电力机组发生了故障之后，随机也对该电站中的其他机组发生了检查，发现其他机组当中的相同部分也发生了轻度的变形。

4故障成因分析

抽水蓄能类型电站的实际运行负荷较高，并且电力机组设备的组成也较为复杂，可能导致发电机组出现故障的因素较多。而在对案例中电力机组平压管部件发生破裂问题进行分析的时候，将可能的成因划分为以下几个重点。

首先，在实际的平压管部件进行预埋处理以及和法兰结构相连接的时候，该抽水蓄能类型电站未按照既定的设计标准进行管道材料以及管道型号的选择。在对电站机组当中设备进行核对的时候，蜗壳机构以及平压管设计方案中要求蜗壳结构到尾水管结构平压管部分的预埋类型管路的管道直径应为219mm，管壁厚度应为6mm，管道材料应选择不锈钢类型管材。但在现场勘察中发现蜗壳结构到尾水管结构平压管部分的预埋类型管路的管道直径为219mm的，管壁厚度为3.7，管道材质选择的是公压规格为PN50的不锈钢类型焊接钢管。从抽水蓄能类型电站电力机组实际运行情况来看，机组从调相状态转换到抽水状态的时候，蜗壳结构到尾水管结构平压阀均为打开状态，导致这一管道段在短时间所受的压力达到了5.7Mpa，超过了这段管道所用不锈钢的最大承压上限。

其次，平压管结构民管段和其相连接的法兰结构在焊接方面存在缺陷。焊缝实际的焊接质量容易受到多种因素的影响，其中由于应力集中而导致焊缝质量缺陷尤为常见。在故障电力机组当中预埋类型管路和明管段相连接的材质是低合金刚，这也导致实际材质和管道材质出现了不相符合的问题。其次，预埋管道的实际厚度为3.7mm，这和法兰焊接部分11mm厚度存在较大的厚度差值，导致焊接部分更容易出现应力集中。第三，在该电力机组部件的焊接中，尾水管和法兰部分连接的焊缝属于是异种钢类型焊缝，并且焊接时所采用的方式为插入类型焊接方式，在焊接方式选择不当以及焊接部分未完全焊透的情况下，导致焊接部分的实际强度较低。另外，法兰部分在设计的组成材料是不锈钢类型材，但在实际的发电机组设计中所使用的材料却为低合金钢。这种低合金钢在实际的使用中存在着抗腐蚀能力偏低的问题，在设备长期的使用中可能会出现腐蚀问题，影响设备整体运行的安全性。

5故障处理方案与实施分析

（1）将该裸露的平压明管段更换为φ219.1mm×6mm的不锈钢无缝钢管并与原来管路焊接。该处焊缝通过不锈钢法兰转接。将不锈钢法兰与原混凝土锚筋焊接，最后用混凝土将法兰与墙体浇筑为一体。（2）替换全部碳钢材料为不锈钢材质，提高管路部件材质耐气蚀能力并提高焊接质量。改善厚、薄管路的连接，采用工地焊接形成的带径法兰（与混凝土锚筋固定）减少管路的应力集中。（3）增加管路水平及垂直方向的支架并固定，减小管路因冲击产生的振动。

6结束语

从蜗壳与尾水管平压管破裂故障的分析与处理来看，尽管该段管路在抽水蓄能电站众多设备和材料中微不足道，但如其发生故障，引起的损失和破坏力却又大得多，所以在今后的抽水蓄能电站建设和运维中，应从设计、材料采购、制造安装、运维检修等各个方面做好质量监督与管控，特别要加强承压焊缝的无损检测和日常运维巡视，才能确保电站安全、稳定运行。

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