西龙池抽蓄电站平衡管埋管段漏水故障分析与处理

0引言

西龙池抽水蓄能电站位于山西省忻州市,是华北电网首座百万千瓦级抽蓄电站,总装机容量1200MW,2008年12月首台机组投产,2010年4台机组全部并网,承担电网调峰、填谷、调频及事故备用任务。

2号机组水车室首次出现平衡管埋管段渗漏现象,该电站4台机组已持续安全运行超过10年,此前并无同类故障记录。平衡管是抽水蓄能机组的重要辅助系统,主要用于平衡机组运行过程中的轴向水推力,其工作状态直接影响机组的安全稳定运行。该渗漏故障若未能及时发现和处理,极有可能导致尾水倒灌,严重时甚至可能引发水淹厂房等重大安全事故,对电站设备与人员安全构成严重威胁。

因此,系统分析该故障的产生原因,优化故障处理方案,并建立长效防控机制,不仅对西龙池电站的安全稳定运行具有重要意义,也可为同类抽水蓄能电站的运维管理提供重要参考。本文基于西龙池抽水蓄能电站2号机组平衡管埋管段漏水故障的处理实践,系统阐述了故障现象、故障原因、处理过程及防控措施,以期为行业提供有益借鉴。

1 故障情况

1.1 故障前系统运行方式

故障前,500 kv系统合环运行,1号、2号、4号机组发电工况运行,3号机组处于检修状态;10 kv厂用电系统分段运行。2号机组当时负荷为300 MW,运行参数均在正常范围内,机组振动、摆度等监测指标未见异常。

1.2 事件经过

某日17:12:19,2号机组按照调度指令发电工况启动,负荷180 MW。

17:30:32,2号机组负荷调整至300 MW。

19:12:00,2号机组巡检过程中发现水车室墙壁有渗水现象,通知维护人员处理。

19:30:00,oncall人员现场检查后判断为机组平衡管渗水,需要停机后排水处理。

20:01:39,向调度申请将2号机组解列。

20:11:36,2号机组停机稳态。

2 现场处置情况

2.1值守处置

值守人员发现渗水情况后,立即启动应急响应预案:调取工业电视系统实时监视渗水情况变化,每5 min记录一次渗水量和渗水范围变化;第一时间向华北网调、山西省调汇报故障情况,申请2号机组紧急停机处理,在得到调度许可后,严格按照规程执行停机操作,重点监控机组转速下降过程、尾水位变化情况以及顶盖排水泵运行状态;安排专人每15min测量一次渗水量,密切关注渗水发展趋势;准备好应急排水设备,包括移动式排水泵2台(排水能力各为100m³/h),随时准备投入排水工作。

2.2 oncaII处置

现场检查水车室机坑平衡管路埋管段法兰位置,发现法兰附近里衬钢板有漏水现象,锁定渗漏点为法兰焊缝。oncall人员立即开展专业分析,制定详细的抢修方案和安全措施,包括焊接工艺要求、混凝土修补方案等。其间安排专人监视漏水趋势,备好移动排水泵随时准备抽水,并对现场附近设备进行有效防护,包括水导轴承、发电机下部等关键设备。值长立即组织运行操作人员准备排水操作,维护人员准备抢修工器具和材料。

3 故障处理

3.1 情况梳理

该故障的可能原因有以下几方面:

1)管路焊缝焊接质量不高,未按规范进行焊接,本身存在质量缺陷[1],推测焊缝存在未焊透、夹渣等缺陷,随着机组的长时间运行缺陷部位逐渐暴露。

2)平衡管埋管段位于机组“振源区”,平衡管直接与顶盖相连,运行过程中振动较大导致焊缝疲劳产生裂纹[2],因此,外部运行环境恶劣也可能是导致故障发生的原因之一。

3)基建期施工时,内平衡管预埋管路混凝土灌浆不均匀[3],缺陷管路附近的混凝土对内平衡管的支护作用减弱,振动时管道位移量增大进一步加剧焊缝应力集中,长时间运行后导致焊缝开裂。

3.2问题排查与处理

1)检查发现水车室基坑里衬—X方向有两处鼓包,此处位于内平衡管和外平衡管之间;基坑里衬有一处破损,且往外渗水;水导油位计附近墙体也有渗水现象。

2)根据漏水位置附近管路分布,经分析怀疑为内平衡管路或外平衡管路渗水,巨大压力冲击下导致基坑里衬鼓包,同时冲击墙壁钢板引起渗水外漏[4]。基坑里衬鼓包情况如图1所示。

3)内平衡管在机组开停机状态下压力均为1Mpa,外平衡管在机组停机状态下压力为1 Mpa,在机组开机状态下压力为6 Mpa。通过观察比较机组开停机状态下墙体渗水情况,发现机组开停机状态下渗水情况无明显变化,进而判断内平衡管渗水可能性较大。

4)机组停机后,运行人员紧急排空尾水,维护人员拆开水车室—X方向内平衡管管路,发现—X方向内平衡管预埋管法兰处焊缝开裂,至此锁定漏水部位。

5)维护人员拆开管路附近墙体钢板,拆除管路附近行走踏板,留足处理空间,对焊缝开裂处进行补焊处理,补焊完成后,对内平衡管预埋管法兰处焊缝进行pT探伤,探伤结果正常。裂纹情况及补焊后情况如图2所示。

6)对内平衡管预埋管路混凝土进行灌浆,增强管路附近的混凝土对内平衡管的支护作用,防止混凝土不均造成机组在长时间运行振动后发生漏水。

7)检查管路内无遗留物品后,对内平衡管管路进行回装,并及时恢复水车室行走踏板,并对基坑里衬鼓包进行修复。处理完成后对机组尾水进行充水操作,充水后检查平衡管路法兰无渗漏,机组空载运行正常,随即向调度及时报备。

3.3 后续检查维护情况

1)缺陷处理完毕后,每日对2号机组在发电和抽水运行过程中—X方向内平衡管振动加速度值进行测量,数值较小且相对稳定。振动值数据如表1所示。

2)维护人员对平衡管位置加强跟踪监测,并在后续2号机组C级检修过程中对该处焊缝进行再次探伤,探伤结果显示正常。

3)西龙池抽蓄电站4号机组水车室—X方向基坑里衬处也存在类似渗水,电站维护人员结合机组C级检修对该处平衡管进行了打压,发现该平衡管存在渗漏,因无法确定渗漏点未做处理。2号机缺陷处理后,根据此经验,利用机组停机间隙对4号机该处焊缝进行了探伤,发现该处存在一处长约3 cm的裂纹,借鉴2号机组—X方向内平衡管缺陷的处理方法,对4号机组水车室—X方向内平衡管预埋段焊缝裂纹进行打磨焊接,处理过后对该处焊缝进行探伤,探伤无异常,机组恢复备用后里衬渗水现象消失。

4)在后续4号机组C级检修过程中,对该处焊缝进行再次探伤,探伤结果正常。对该段内平衡管进行打压试验,1 Mpa水压保压30 min未见下降,保压试验结果满足运行要求。

4 故障原因分析

1)根本原因:经过深入分析,确定故障的根本原因在于基建期施工质量控制不严。具体表现为:一是焊缝焊接质量未达到设计要求,焊缝存在未熔合缺陷;二是预埋管路混凝土灌浆不密实,灌浆料收缩后与管道间形成空隙,导致管道支撑刚度不足。这两方面因素共同作用,为故障发生埋下隐患。

2)直接原因:机组长期运行中,内平衡管承受着复杂的交变载荷。特别是在近年来电网调频需求增加的情况下,机组启停频繁,工况转换次数显著增多。统计数据显示,该机组年平均启停次数超600次,是投运初期的5倍。这种运行工况加速了焊缝缺陷的扩展,最终导致焊缝完全开裂。

3)环境因素:水车室环境湿度高,空气中含有微量腐蚀性成分,对焊缝缺陷处产生腐蚀作用,进一步降低了焊缝的疲劳强度。材质分析表明,裂纹源区存在明显的腐蚀痕迹,表明环境因素对裂纹扩展起到了促进作用。

5 故障机理复原

基于现场检查和分析结果,故障机理可复原如下:

首先,在基建期安装阶段,内平衡管法兰焊接过程中由于工艺控制不严,焊缝局部存在未熔合缺陷。同时,管道混凝土灌浆施工时,灌浆压力不足或灌浆工艺不当,导致灌浆料与管道间存在空隙。

其次,在机组运行过程中,特别是在工况转换时,管道承受较大的压力波动和机械振动。由于混凝土支撑不足,管道振动幅度增大,在焊缝缺陷处产生应力集中[5]。

随着运行时间积累,在交变应力作用下,焊缝缺陷处逐渐产生微观裂纹。裂纹在振动应力和环境腐蚀的共同作用下不断扩展,最终贯穿整个焊缝厚度。

当裂纹扩展到一定程度后,高压水从裂纹处渗出,首先进入混凝土空隙中。随着渗水量增加,水压力逐渐增大,最终导致混凝土结构损坏,里衬板鼓包变形,水从里衬接缝处渗出到水车室内。

6 暴露的问题

1)设备运维管理方面:日常检修维护存在盲区,对重要预埋管路的检查不够深入。目前检修规程中对于此类隐蔽部位的检查主要依赖外观检查,缺乏有效的无损检测手段。特别是在机组检修中,对预埋管路的检查往往被忽视,未能及时发现潜在缺陷。

2)技术监督方面:未建立完善的振动监测体系,对平衡管等关键管道的振动状态缺乏实时监控。现有的振动监测点主要布置在机组主轴和轴承座部位,对辅助系统的振动监测重视不足。同时,未对管道焊缝的疲劳寿命进行评估和预测。

3)风险管理方面:针对新能源大量接入后电网运行方式变化对机组运行的影响评估不足。近年来,随着新能源占比提高,抽蓄机组调频、调峰任务加重,启停次数显著增加,但相应的设备管理策略未及时调整,缺乏针对性的预防性维护措施。

4)基建遗留问题管理方面:对基建期遗留问题的跟踪管理不够完善。虽然机组已投运多年,但对一些基建期可能存在的质量隐患缺乏系统性排查和持续跟踪机制。

7防控措施

1)完善检修维护标准:修订检修规程,将重要预埋管路焊缝的无损检测纳入常规检修项目。每两次C级检修至少进行一次全面探伤检查,重点部位每次检修都必须检查。建立管道焊缝专项检查记录,跟踪记录焊缝状态变化趋势。

2)加强状态监测:在平衡管等关键管道上增加振动监测点,实时监测管道振动情况。建立管道振动数据库,设置振动报警阈值,当振动值异常增大时及时预警。每月进行一次管道振动专项分析,评估管道运行状态。

3)开展寿命评估:委托专业机构对重要管道焊缝进行疲劳寿命评估,根据评估结果制定针对性的检查维护计划。特别是对运行时间超过15年的机组,要全面开展管道系统安全性评估。

4)强化技术监督:建立管道系统专项技术监督制度,每年至少开展一次管道系统专项检查。检查内容包括管道振动、支撑状态、焊缝质量等多个方面,发现问题及时处理。

5)完善应急预案:修订水车室漏水现场处置方案,增加针对预埋管路渗漏的专项处置措施。定期组织应急演练,提高人员应急处置能力。备足应急抢修物资,确保随时可用。

6)加强人员培训:组织开展专项技术培训,提高维护人员对管道系统故障的判断和处理能力。特别要加强焊接、无损检测等专业技能培训,培养专业化的检修队伍。

8 结束语

西龙池抽水蓄能电站2号机组水车室平衡管埋管段漏水故障,暴露出基建期施工质量控制和设备运行维护管理方面存在的问题。通过本次故障的处理,总结了宝贵经验,为同类设备的运维管理提供了重要参考。

实践证明,对于抽水蓄能电站这种大型复杂能源设施,必须建立全生命周期的设备管理理念。从基建期开始就要严格控制施工质量,特别是隐蔽工程的施工质量。运行期要建立完善的状态监测和技术监督体系,及时发现和处理设备缺陷。同时要根据电网运行方式的变化,及时调整设备维护策略,确保设备安全可靠运行。

本次故障的成功处理,不仅消除了设备隐患,也为完善抽水蓄能电站技术标准积累了宝贵经验。所采用的故障分析方法、处理工艺和防控措施,对同类电站具有重要的借鉴意义。后续将继续跟踪处理效果,不断完善技术措施,为抽水蓄能电站的安全稳定运行提供有力保障。

[参考文献]

[1] 尚帅.建筑钢结构焊缝无损检测系统设计[J].建材技术与应用,2025(4):107-110.

[2]刘平,潘峤,常玉红,等.基于可靠性分析的抽水蓄能电站优化调度策略研究[J].西北水电,2021(5):31-34.

[3] 吕春雨.水库导流洞封堵设计与施工关键问题探讨[J].东北水利水电,2025,43(3):20-22.

[4]李彧,张力,高天涯,等.富水砂层深基坑开挖风险分析及应对措施研究 [J].施工技术(中英文),2025,54 (5):100-103.

[5]周琪.新投水电站水轮发电机组及水力机械缺陷分析[J].水电站机电技术,2022,45(8):133-136.

《机电信息》2025年第23期第15篇