大同二電廠汽輪機(jī)飛車(chē)事故親歷記!
一九八五年十月二十九日，大同二電廠二號(hào)機(jī)組發(fā)生了震驚業(yè)界的汽輪機(jī)飛車(chē)事故。這是一起因調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷和接長(zhǎng)軸螺栓制造質(zhì)量造成的重大設(shè)備損壞事故，事故發(fā)生時(shí)我正在現(xiàn)場(chǎng)檢查設(shè)備，親歷了事故的全過(guò)程，參與了事故的處理。作為親歷者有責(zé)任把這些過(guò)程記錄下來(lái)。
事故發(fā)生過(guò)程中留存的原始記錄
二十九日下午，我作為水泵隊(duì)技術(shù)員接到晚上啟動(dòng)一號(hào)機(jī)組的通知，晚飯后我早早來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)，先去集控室向值長(zhǎng)了解啟動(dòng)安排和設(shè)備缺陷情況，然后到就地檢查設(shè)備。當(dāng)時(shí)廠內(nèi)只有二號(hào)機(jī)組單機(jī)運(yùn)行，經(jīng)500kV變電站的255開(kāi)關(guān)送電；一號(hào)機(jī)組檢修消缺后準(zhǔn)備啟動(dòng)；三號(hào)機(jī)組在基建調(diào)試階段，當(dāng)晚也準(zhǔn)備啟動(dòng)。
21點(diǎn)30分左右，我正在一號(hào)機(jī)組零米給水泵處檢查設(shè)備，突然感到廠房照明先暗后特亮，緊接著聽(tīng)到機(jī)組傳來(lái)一陣很怪的“吭吭”聲，我知道發(fā)生了異常情況，趕緊從給水泵旁的樓梯爬上了十米運(yùn)轉(zhuǎn)平臺(tái)，聽(tīng)到二號(hào)機(jī)處的聲音越來(lái)越大并傳來(lái)劇烈振動(dòng)，我下意識(shí)地朝著控制室方向跑去，跑到半路被從控制室撤出的運(yùn)行人員擋了回來(lái)，緊接著看到二號(hào)機(jī)組機(jī)頭起火，后來(lái)發(fā)電機(jī)處也起火并傳來(lái)爆炸聲。這時(shí)正在生產(chǎn)二樓會(huì)議室開(kāi)會(huì)的廠領(lǐng)導(dǎo)聞?dòng)嵹s來(lái)，了解情況后立即組織救火，廠房?jī)?nèi)濃煙滾滾，機(jī)組傳來(lái)陣陣刺耳的摩擦聲，就像人痛苦時(shí)發(fā)出的呻吟聲，我的心情就像被針扎一樣難受，直到機(jī)組沒(méi)了聲音才離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)。
回到水泵隊(duì)，我把所有的值班人員迅速組織起來(lái)，飛奔現(xiàn)場(chǎng)參加滅火工作。這時(shí)廠消防隊(duì)和大同市的消防車(chē)正陸續(xù)趕往現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)過(guò)兩個(gè)多小時(shí)的奮戰(zhàn)終于把火災(zāi)撲滅。據(jù)說(shuō)那天晚上除了大同當(dāng)?shù)氐南儡?chē)外，把朔州的消防車(chē)也調(diào)了過(guò)來(lái)，市委書(shū)記肖聰慈命令武警進(jìn)入緊急戒備狀態(tài)以應(yīng)不測(cè)。
晚上一點(diǎn)多，檢修處召開(kāi)會(huì)議布置下步工作，我拖著疲憊不堪的身軀來(lái)到會(huì)場(chǎng)時(shí)，看到副總工程師張旗也在，會(huì)上張總說(shuō)汽輪機(jī)可能發(fā)生了飛車(chē)事故，這個(gè)消息令我十分吃驚，在事故還未開(kāi)始調(diào)查，大家還沒(méi)從救火現(xiàn)場(chǎng)回過(guò)味來(lái)處于懵懂狀態(tài)的情況下，張總能夠作出如此準(zhǔn)確的判斷，其學(xué)識(shí)和擔(dān)當(dāng)令人由衷的欽佩。
事故初步診斷報(bào)告
這場(chǎng)突如其來(lái)的飛車(chē)事故是怎樣發(fā)生的呢？
經(jīng)過(guò)事故調(diào)查委員會(huì)歷時(shí)兩個(gè)月的工作，對(duì)這起事故的情況逐漸清晰了起來(lái)。
1、事故前情況：
廠內(nèi)二號(hào)機(jī)組單機(jī)運(yùn)行，經(jīng)500kV變電站的255開(kāi)關(guān)送電（降壓為220kV），發(fā)電機(jī)負(fù)荷130MW，發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)整器未投，勵(lì)磁電流1200安。
2、事故經(jīng)過(guò)：
21點(diǎn)30分左右，發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷由2分鐘前的130MW快速增至170MW，值班人員發(fā)現(xiàn)盤(pán)上出現(xiàn)“裝置故障”光字牌，表計(jì)大幅擺動(dòng)，照明先暗后特亮，同時(shí)聽(tīng)到機(jī)組發(fā)出“怪叫聲”、2秒后255開(kāi)關(guān)跳閘，盤(pán)上出現(xiàn)“失磁保護(hù)動(dòng)作”光字牌，機(jī)組負(fù)荷甩至66MW ，約10秒后發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)202跳閘，機(jī)組出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)，再經(jīng)10秒左右，鍋爐值班員手動(dòng)打開(kāi)安全閥排汽，汽機(jī)值班員目擊車(chē)頭轉(zhuǎn)速表已達(dá)4380轉(zhuǎn)/分，機(jī)組隨即發(fā)出巨響，噴出火團(tuán)。事故的整個(gè)過(guò)程約40秒左右，時(shí)間極短。
3、設(shè)備損壞情況：
機(jī)組轉(zhuǎn)子斷為五段，四個(gè)斷面分別為車(chē)頭、中壓轉(zhuǎn)子與其接長(zhǎng)軸的聯(lián)軸器、兩個(gè)接長(zhǎng)軸之間的聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)與主勵(lì)磁機(jī)之間的聯(lián)軸器，聯(lián)軸器損壞表現(xiàn)為全部緊固螺栓脫出或斷裂。
四個(gè)中壓調(diào)節(jié)汽門(mén)操縱座沿M20螺釘法蘭面斷裂，有三個(gè)掉落地面。
高壓轉(zhuǎn)子部分復(fù)環(huán)甩脫，葉輪有磨損，汽封和軸封全部磨損。
中壓轉(zhuǎn)子第26級(jí)葉片全部甩出，除第24級(jí)外，其余各級(jí)葉片嚴(yán)重?fù)p壞，中段缸體左側(cè)斷裂。
低壓轉(zhuǎn)子部分復(fù)環(huán)甩脫，葉片變形或頂部磨損，低壓缸局部變形。
前、中軸承箱及三號(hào)軸承座斷裂，一瓦上軸承蓋拋至機(jī)組左側(cè)，軸瓦有逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，一至六瓦巴氏合金有捻?yè)p，三瓦尤為嚴(yán)重，推力瓦的工作面和非工作面全部損壞，盤(pán)車(chē)裝置殼體斷裂，盤(pán)車(chē)馬達(dá)掉落地面。
4、解體檢查情況：
發(fā)現(xiàn)中壓主汽門(mén)自動(dòng)關(guān)閉器滑閥下部節(jié)流旋塞 脫出16毫米；高壓缸軸封套圈有逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象；高、中壓轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器螺栓雖未斷開(kāi)，但都嚴(yán)重?fù)p壞。
為了查清汽輪機(jī)飛車(chē)事故的原因，機(jī)械工業(yè)部和水利電力部委托中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)組織二十位專家教授組成事故診斷專家組，歷時(shí)半年進(jìn)行機(jī)組事故診斷，但對(duì)造成機(jī)組損壞的直接原因卻是眾說(shuō)紛紜，莫衷一是。
一部分專家認(rèn)為，超速是造成機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞的直接原因。對(duì)事故過(guò)程分析如下：
1、21時(shí)30分左右，機(jī)組在未投自動(dòng)電壓調(diào)整器且運(yùn)行人員未調(diào)整勵(lì)磁的情況下，有功負(fù)荷由130 MW升到170 MW，由于功率因數(shù)遠(yuǎn)大于0.96，引起機(jī)組失步，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)低勵(lì)失步保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)2秒鐘時(shí)限跳255開(kāi)關(guān)，有功負(fù)荷從170 MW甩至66 MW左右。本應(yīng)按整定值255開(kāi)關(guān)跳閘后0.5秒跳202開(kāi)關(guān)，由于保護(hù)接線錯(cuò)誤，202不能跳閘，但經(jīng)10~15秒（模擬時(shí)間）202開(kāi)關(guān)跳閘，這是這次事故的導(dǎo)火線，但與機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞沒(méi)有直接關(guān)系。
3、由于機(jī)組超速，首先使高中壓轉(zhuǎn)子接長(zhǎng)軸和低壓轉(zhuǎn)子接長(zhǎng)軸的法蘭螺栓斷裂（有兩個(gè)螺栓飛出，至今尚未找到）。當(dāng)高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子斷開(kāi)后，中間再熱器的剩余能量使高中壓轉(zhuǎn)子繼續(xù)升速到4380轉(zhuǎn)/分以上，使葉片甩出、動(dòng)靜部分摩擦、軸承損壞、噴油著火，當(dāng)26級(jí)葉片全部甩出后形成緊急剎車(chē)。超速是機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞的直接原因。
4、從中壓轉(zhuǎn)子與接長(zhǎng)軸的聯(lián)軸器螺栓主體斷口分析，斷面形貌表現(xiàn)為疲勞斷口，先有疲勞裂紋，最后受到重大沖擊而全部斷裂。疲勞紋起源于螺紋根部退刀槽處，該處加工圓角小于設(shè)計(jì)要求，應(yīng)力集中易于形成疲勞源。從已有疲勞裂紋的螺栓殘骸先擼扣后沿疲勞裂紋斷裂的情況看，螺栓疲勞裂紋已成隱患，但不是釀成這次嚴(yán)重超速破壞事故的主要原因。
另一部分專家認(rèn)為，油膜振蕩或軸系失穩(wěn)是造成機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞的直接原因。對(duì)事故過(guò)程模擬如下：
1、由于存在不利運(yùn)行工況和機(jī)組軸系扭振，該機(jī)在事故以前，已經(jīng)在螺栓退刀槽應(yīng)力集中較大處，因受較長(zhǎng)期的交變應(yīng)力作用而產(chǎn)生了疲勞裂紋。
廠長(zhǎng)于洪基關(guān)于事故初步診斷報(bào)告的批示
究竟是超速引起機(jī)組振動(dòng)？還是振動(dòng)造成機(jī)組超速？這個(gè)問(wèn)題在今天看來(lái)通過(guò)事故順序記錄儀并不難分析，但在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，就像回答“先有雞還是先有蛋”一樣困難。
當(dāng)年的國(guó)產(chǎn)200MW汽輪機(jī)在安全監(jiān)測(cè)和故障診斷裝備方面完全就是一臺(tái)“裸機(jī)”，不但軸承振動(dòng)、鑒相、軸向位移、脹差等重要參數(shù)沒(méi)有自動(dòng)記錄，就是汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速也沒(méi)有自動(dòng)記錄，事故分析可依據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)資料只有一段主蒸汽壓力和溫度記錄曲線及運(yùn)行人員就地觀察到的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速4380轉(zhuǎn)/分，事故的過(guò)程又極其短暫，只有40秒左右。故障診斷只能依據(jù)這些極其有限的現(xiàn)場(chǎng)資料和設(shè)備損壞情況進(jìn)行分析推斷。
國(guó)產(chǎn)200MW汽輪機(jī)是在消化吸收前蘇聯(lián)50MW機(jī)組技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，由于缺乏末級(jí)長(zhǎng)葉片的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，就用三個(gè)50MW機(jī)組的汽缸組成200MW機(jī)組的低壓缸，形成了三缸三排汽的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)軸系又細(xì)又長(zhǎng)，穩(wěn)定性很差，中、低壓缸之間的接長(zhǎng)軸更是軸系的薄弱環(huán)節(jié)，早期的多臺(tái)200MW機(jī)組曾發(fā)生過(guò)油膜振蕩。
發(fā)電總廠關(guān)于開(kāi)展反事故斗爭(zhēng)的文件
一九八八年二月十二日，秦嶺發(fā)電廠五號(hào)機(jī)組在進(jìn)行危急保安器提升轉(zhuǎn)速試驗(yàn)時(shí)，發(fā)生了軸系斷裂重大事故，6處聯(lián)軸器螺栓、5處軸體發(fā)生斷裂，軸系斷為13段。
國(guó)家事故調(diào)查組經(jīng)過(guò)七個(gè)月的調(diào)查分析，認(rèn)為這次事故是由油膜失穩(wěn)開(kāi)始的突發(fā)性、綜合性強(qiáng)烈振動(dòng)造成的軸系嚴(yán)重破壞。該機(jī)組的軸系穩(wěn)定性裕度偏低和機(jī)組轉(zhuǎn)速飛升到3500轉(zhuǎn)/分~3600轉(zhuǎn)/分是釀成這次事故的主要起因。
這兩起事故發(fā)生后，水電部和機(jī)械部聯(lián)合制定了防止國(guó)產(chǎn)200MW汽輪機(jī)超速和軸系斷裂的反事故措施，包括更換聯(lián)軸器螺栓材質(zhì)、更換發(fā)電機(jī)前后軸承為橢圓瓦、更換調(diào)速器滑閥和超速試驗(yàn)滑閥套筒、提升轉(zhuǎn)速試驗(yàn)時(shí)將主蒸汽壓力降低到7MPa、正常停機(jī)時(shí)必須先打閘后解列等，并從國(guó)外引進(jìn)了飛利浦公司RMS700型汽輪機(jī)安全監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，特別有遠(yuǎn)見(jiàn)的是給機(jī)組配置了黑匣子——事故順序記錄儀。