大同二電廠汽輪機(jī)飛車事故親歷記!
一九八五年十月二十九日，大同二電廠二號機(jī)組發(fā)生了震驚業(yè)界的汽輪機(jī)飛車事故。這是一起因調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計缺陷和接長軸螺栓制造質(zhì)量造成的重大設(shè)備損壞事故，事故發(fā)生時我正在現(xiàn)場檢查設(shè)備，親歷了事故的全過程，參與了事故的處理。作為親歷者有責(zé)任把這些過程記錄下來。
事故發(fā)生過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)員接到晚上啟動一號機(jī)組的通知，晚飯后我早早來到現(xiàn)場，先去集控室向值長了解啟動安排和設(shè)備缺陷情況，然后到就地檢查設(shè)備。當(dāng)時廠內(nèi)只有二號機(jī)組單機(jī)運(yùn)行，經(jīng)500kV變電站的255開關(guān)送電；一號機(jī)組檢修消缺后準(zhǔn)備啟動；三號機(jī)組在基建調(diào)試階段，當(dāng)晚也準(zhǔn)備啟動。
21點(diǎn)30分左右，我正在一號機(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，緊接著聽到機(jī)組傳來一陣很怪的“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，聽到二號機(jī)處的聲音越來越大并傳來劇烈振動，我下意識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，緊接著看到二號機(jī)組機(jī)頭起火，后來發(fā)電機(jī)處也起火并傳來爆炸聲。這時正在生產(chǎn)二樓會議室開會的廠領(lǐng)導(dǎo)聞訊趕來，了解情況后立即組織救火，廠房內(nèi)濃煙滾滾，機(jī)組傳來陣陣刺耳的摩擦聲，就像人痛苦時發(fā)出的呻吟聲，我的心情就像被針扎一樣難受，直到機(jī)組沒了聲音才離開現(xiàn)場。
回到水泵隊(duì)，我把所有的值班人員迅速組織起來，飛奔現(xiàn)場參加滅火工作。這時廠消防隊(duì)和大同市的消防車正陸續(xù)趕往現(xiàn)場，經(jīng)過兩個多小時的奮戰(zhàn)終于把火災(zāi)撲滅。據(jù)說那天晚上除了大同當(dāng)?shù)氐南儡囃?，把朔州的消防車也調(diào)了過來，市委書記肖聰慈命令武警進(jìn)入緊急戒備狀態(tài)以應(yīng)不測。
晚上一點(diǎn)多，檢修處召開會議布置下步工作，我拖著疲憊不堪的身軀來到會場時，看到副總工程師張旗也在，會上張總說汽輪機(jī)可能發(fā)生了飛車事故，這個消息令我十分吃驚，在事故還未開始調(diào)查，大家還沒從救火現(xiàn)場回過味來處于懵懂狀態(tài)的情況下，張總能夠作出如此準(zhǔn)確的判斷，其學(xué)識和擔(dān)當(dāng)令人由衷的欽佩。
事故初步診斷報告
這場突如其來的飛車事故是怎樣發(fā)生的呢？
經(jīng)過事故調(diào)查委員會歷時兩個月的工作，對這起事故的情況逐漸清晰了起來。
1、事故前情況：
廠內(nèi)二號機(jī)組單機(jī)運(yùn)行，經(jīng)500kV變電站的255開關(guān)送電（降壓為220kV），發(fā)電機(jī)負(fù)荷130MW，發(fā)電機(jī)自動電壓調(diào)整器未投，勵磁電流1200安。
2、事故經(jīng)過：
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)盤上出現(xiàn)“裝置故障”光字牌，表計大幅擺動，照明先暗后特亮，同時聽到機(jī)組發(fā)出“怪叫聲”、2秒后255開關(guān)跳閘，盤上出現(xiàn)“失磁保護(hù)動作”光字牌，機(jī)組負(fù)荷甩至66MW ，約10秒后發(fā)電機(jī)主開關(guān)202跳閘，機(jī)組出現(xiàn)強(qiáng)烈振動，再經(jīng)10秒左右，鍋爐值班員手動打開安全閥排汽，汽機(jī)值班員目擊車頭轉(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)。事故的整個過程約40秒左右，時間極短。
3、設(shè)備損壞情況：
機(jī)組轉(zhuǎn)子斷為五段，四個斷面分別為車頭、中壓轉(zhuǎn)子與其接長軸的聯(lián)軸器、兩個接長軸之間的聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)與主勵磁機(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。
四個中壓調(diào)節(jié)汽門操縱座沿M20螺釘法蘭面斷裂，有三個掉落地面。
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級葉片全部甩出，除第24級外，其余各級葉片嚴(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損，三瓦尤為嚴(yán)重，推力瓦的工作面和非工作面全部損壞，盤車裝置殼體斷裂，盤車馬達(dá)掉落地面。
4、解體檢查情況：
發(fā)現(xiàn)中壓主汽門自動關(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，但都嚴(yán)重?fù)p壞。
為了查清汽輪機(jī)飛車事故的原因，機(jī)械工業(yè)部和水利電力部委托中國機(jī)械工程學(xué)會、中國電機(jī)工程學(xué)會、中國電工技術(shù)學(xué)會組織二十位專家教授組成事故診斷專家組，歷時半年進(jìn)行機(jī)組事故診斷，但對造成機(jī)組損壞的直接原因卻是眾說紛紜，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。對事故過程分析如下：
1、21時30分左右，機(jī)組在未投自動電壓調(diào)整器且運(yùn)行人員未調(diào)整勵磁的情況下，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)低勵失步保護(hù)動作，經(jīng)2秒鐘時限跳255開關(guān)，有功負(fù)荷從170 MW甩至66 MW左右。本應(yīng)按整定值255開關(guān)跳閘后0.5秒跳202開關(guān)，由于保護(hù)接線錯誤，202不能跳閘，但經(jīng)10~15秒（模擬時間）202開關(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)子接長軸和低壓轉(zhuǎn)子接長軸的法蘭螺栓斷裂（有兩個螺栓飛出，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、動靜部分摩擦、軸承損壞、噴油著火，當(dāng)26級葉片全部甩出后形成緊急剎車。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。對事故過程模擬如下：
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，因受較長期的交變應(yīng)力作用而產(chǎn)生了疲勞裂紋。
廠長于洪基關(guān)于事故初步診斷報告的批示
究竟是超速引起機(jī)組振動？還是振動造成機(jī)組超速？這個問題在今天看來通過事故順序記錄儀并不難分析，但在當(dāng)時的技術(shù)條件下，就像回答“先有雞還是先有蛋”一樣困難。
當(dāng)年的國產(chǎn)200MW汽輪機(jī)在安全監(jiān)測和故障診斷裝備方面完全就是一臺“裸機(jī)”，不但軸承振動、鑒相、軸向位移、脹差等重要參數(shù)沒有自動記錄，就是汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速也沒有自動記錄，事故分析可依據(jù)的現(xiàn)場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)場資料和設(shè)備損壞情況進(jìn)行分析推斷。
國產(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)展起來的，由于缺乏末級長葉片的設(shè)計制造經(jīng)驗(yàn)，就用三個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，穩(wěn)定性很差，中、低壓缸之間的接長軸更是軸系的薄弱環(huán)節(jié)，早期的多臺200MW機(jī)組曾發(fā)生過油膜振蕩。
發(fā)電總廠關(guān)于開展反事故斗爭的文件
一九八八年二月十二日，秦嶺發(fā)電廠五號機(jī)組在進(jìn)行危急保安器提升轉(zhuǎn)速試驗(yàn)時，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。
國家事故調(diào)查組經(jīng)過七個月的調(diào)查分析，認(rèn)為這次事故是由油膜失穩(wěn)開始的突發(fā)性、綜合性強(qiáng)烈振動造成的軸系嚴(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)時將主蒸汽壓力降低到7MPa、正常停機(jī)時必須先打閘后解列等，并從國外引進(jìn)了飛利浦公司RMS700型汽輪機(jī)安全監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)，特別有遠(yuǎn)見的是給機(jī)組配置了黑匣子——事故順序記錄儀。