起重錘蝶閥操作機構事故原因分析及處理
白鶴水電站系引水式發電廠,電站裝機容量2×12.5 MW。機組進水口蝴蝶閥為重錘式蝶閥,蝶閥采用雙平板、雙偏心、雙重錘、臥室、單接力器結構。閥門全開阻力系數為0.09。閥體采用雙層殼體形式,以保證閥體的剛性。
蝶閥啟閉方式:液壓操作開啟;由重錘或由重錘和動水力矩聯合作用關閉。
1 事故發生經過
2002-02-07 T 09:10,運行人員接到地調開1臺機的命令,運行人員09:11開2號機,09:12并網,負荷帶至10 MW左右時,聽到一聲巨響,發生蝶閥事故,蝶閥接力器與蝶閥操作力臂的聯接銷彎曲脫落,蝶閥在重錘和動水力矩聯合作用下快速關閉,產生直接水錘,導致蝶閥與壓力鋼管法蘭聯結螺栓松動,密封翻出,噴水。噴水迅速淹過水輪機層,直至發電機下機架水位才得以控制,造成水淹廠房。
2 設備損壞情況
事故后,檢查發現機組蝶閥關閉,蝶閥接力器操作桿與重錘臂聯接銷彎曲脫開,加厚附板焊接處開焊、撕開,銷的止退板螺栓拔出,銷彎曲、變形,重錘臂嚴重擴展變形,落在接力器的上蓋上,接力器操作桿處于全開位置下92 mm處,機組2只剪斷銷剪斷,導水機構斷面有編織袋異物進入。
經檢查蝶閥受損嚴重,引水遂洞未受到損害,2 臺水輪機及輔助設備被淹,發電機及輔助設備等其它設備完好。
3 事故原因分析
3.1 蝶閥誤關原因分析
(1) 事故發生前,該電站曾經發生多次蝶閥鎖錠誤脫扣,每次動作都是在機組帶負荷至10 MW左右又遇導水機構剪斷銷剪斷的情況下發生。
從蝶閥鎖錠裝置電氣回路著手,經過大量的檢查試驗工作,均未發現異常。分析導水機構剪斷銷剪斷,應與脫扣無直接關聯,但由此造成的水力不平衡導致機組及引水鋼管的振動增大;同時檢查蝶閥機械鎖扣鐵芯時,有時動作后發卡不能回落到位(從外部難以發現),加上設計的蝶閥重錘臂機械鎖扣與鎖錠裝置接觸面小,遇到機組的振動,機械鎖扣功能鎖錠裝置便容易發生誤脫扣,這是本次事故的前提條件。
(2) 本次事故在重錘機械鎖扣誤脫扣的前提下,又由于接力器操作桿與重錘臂聯接銷被頂脫開,導致蝶閥不經接力器的緩沖發生非正常動水快速關閉,大的沖擊力造成蝶閥法蘭失效。這是本次事故發生的重要原因。而蝶閥接力器操作桿與重錘臂聯接銷被頂脫開的原因是問題的關鍵。
3.2 聯接銷被頂脫開原因
(1) 在以往的蝶閥關閉過程中,蝶閥操作力臂在關閉的開始階段,經常發生與關閉方向相反的運動,往復幾次后才順利關閉。根據上述現象,認為主要原因是接力器油缸內存在一定量的空氣,空氣的可壓縮性造成在關閉過程中的往復運動,產生對聯接銷往復沖擊;同時機組所帶負荷又較大,水流流速大,動水力較大。此時聯接銷受到一個大的沖擊力。
(2) 從聯接銷的固定方式情況看,聯接銷為一端固定,一端自由,自由端僅靠薄的止退板止退。由于止退板強度不夠,聯接銷被頂出,導致事故的發生。在1號機的蝶閥試驗結果表明聯接銷強度不足,聯接銷以及操作力臂的機構、剛度等不能滿足電站安全生產的要求。
(3) 在長期的運行過程中,蝶閥多次動水關閉,可能存在著聯接銷的疲勞問題。
綜上分析,由于蝶閥的機械鎖扣發卡不到位,又因機組的振動,導致蝶閥鎖錠裝置脫扣是本次事故的前提條件;蝶閥接力器操作桿與重錘臂聯接銷被頂脫開是本次事故的直接原因。而蝶閥的聯接銷以及操作力臂的結構、剛度等不足、接力器油腔內存在空氣造成了聯接銷被頂脫開。
4 防范措施及改進意見
(1) 由于蝶閥控制回路的安裝位置低,環境潮濕,線圈、導線均為通用產品,無特殊防潮防水措施,因此對鎖錠裝置的電磁回路進行以下改進:
① 在脫扣電磁線圈的兩端串入接觸器的輔助接點,防止因直流接地和潮濕等因素引發誤脫扣;
② 在脫扣電磁線圈并入一路動作監視繼電器,以區分誤脫扣的原因;
③ 行程接點采用了防水型。
(2) 在接力器油缸蓋上加裝放氣閥,以消除油缸中的空氣。
(3) 對蝶閥重錘臂和聯接銷的結構及固定方式進行完善和改進:加大聯接銷的直徑;在聯接銷自由端改為加鎖錠螺母止退;重錘臂加橫向筋板,增加其橫向穩定性;同時對蝶閥重錘臂和聯接銷的剛度和強度進行復核,滿足電站安全運行的要求。
(4) 將重錘重心外移350 mm,增加楔形股頭與重錘臂鉤頭之間的接觸力和穩定性;消除鐵芯發卡,提高鎖扣裝置的可靠性。
(5) 運行中加強對蝶閥操作機構的聯結銷、鎖扣裝置的檢查。
一年多運行證明,改進后蝶閥運行正常,達到預期效果,大大地提高了蝶閥的安全可靠性。
蝶閥啟閉方式:液壓操作開啟;由重錘或由重錘和動水力矩聯合作用關閉。
1 事故發生經過
2002-02-07 T 09:10,運行人員接到地調開1臺機的命令,運行人員09:11開2號機,09:12并網,負荷帶至10 MW左右時,聽到一聲巨響,發生蝶閥事故,蝶閥接力器與蝶閥操作力臂的聯接銷彎曲脫落,蝶閥在重錘和動水力矩聯合作用下快速關閉,產生直接水錘,導致蝶閥與壓力鋼管法蘭聯結螺栓松動,密封翻出,噴水。噴水迅速淹過水輪機層,直至發電機下機架水位才得以控制,造成水淹廠房。
2 設備損壞情況
事故后,檢查發現機組蝶閥關閉,蝶閥接力器操作桿與重錘臂聯接銷彎曲脫開,加厚附板焊接處開焊、撕開,銷的止退板螺栓拔出,銷彎曲、變形,重錘臂嚴重擴展變形,落在接力器的上蓋上,接力器操作桿處于全開位置下92 mm處,機組2只剪斷銷剪斷,導水機構斷面有編織袋異物進入。
經檢查蝶閥受損嚴重,引水遂洞未受到損害,2 臺水輪機及輔助設備被淹,發電機及輔助設備等其它設備完好。
3 事故原因分析
3.1 蝶閥誤關原因分析
(1) 事故發生前,該電站曾經發生多次蝶閥鎖錠誤脫扣,每次動作都是在機組帶負荷至10 MW左右又遇導水機構剪斷銷剪斷的情況下發生。
從蝶閥鎖錠裝置電氣回路著手,經過大量的檢查試驗工作,均未發現異常。分析導水機構剪斷銷剪斷,應與脫扣無直接關聯,但由此造成的水力不平衡導致機組及引水鋼管的振動增大;同時檢查蝶閥機械鎖扣鐵芯時,有時動作后發卡不能回落到位(從外部難以發現),加上設計的蝶閥重錘臂機械鎖扣與鎖錠裝置接觸面小,遇到機組的振動,機械鎖扣功能鎖錠裝置便容易發生誤脫扣,這是本次事故的前提條件。
(2) 本次事故在重錘機械鎖扣誤脫扣的前提下,又由于接力器操作桿與重錘臂聯接銷被頂脫開,導致蝶閥不經接力器的緩沖發生非正常動水快速關閉,大的沖擊力造成蝶閥法蘭失效。這是本次事故發生的重要原因。而蝶閥接力器操作桿與重錘臂聯接銷被頂脫開的原因是問題的關鍵。
3.2 聯接銷被頂脫開原因
(1) 在以往的蝶閥關閉過程中,蝶閥操作力臂在關閉的開始階段,經常發生與關閉方向相反的運動,往復幾次后才順利關閉。根據上述現象,認為主要原因是接力器油缸內存在一定量的空氣,空氣的可壓縮性造成在關閉過程中的往復運動,產生對聯接銷往復沖擊;同時機組所帶負荷又較大,水流流速大,動水力較大。此時聯接銷受到一個大的沖擊力。
(2) 從聯接銷的固定方式情況看,聯接銷為一端固定,一端自由,自由端僅靠薄的止退板止退。由于止退板強度不夠,聯接銷被頂出,導致事故的發生。在1號機的蝶閥試驗結果表明聯接銷強度不足,聯接銷以及操作力臂的機構、剛度等不能滿足電站安全生產的要求。
(3) 在長期的運行過程中,蝶閥多次動水關閉,可能存在著聯接銷的疲勞問題。
綜上分析,由于蝶閥的機械鎖扣發卡不到位,又因機組的振動,導致蝶閥鎖錠裝置脫扣是本次事故的前提條件;蝶閥接力器操作桿與重錘臂聯接銷被頂脫開是本次事故的直接原因。而蝶閥的聯接銷以及操作力臂的結構、剛度等不足、接力器油腔內存在空氣造成了聯接銷被頂脫開。
4 防范措施及改進意見
(1) 由于蝶閥控制回路的安裝位置低,環境潮濕,線圈、導線均為通用產品,無特殊防潮防水措施,因此對鎖錠裝置的電磁回路進行以下改進:
① 在脫扣電磁線圈的兩端串入接觸器的輔助接點,防止因直流接地和潮濕等因素引發誤脫扣;
② 在脫扣電磁線圈并入一路動作監視繼電器,以區分誤脫扣的原因;
③ 行程接點采用了防水型。
(2) 在接力器油缸蓋上加裝放氣閥,以消除油缸中的空氣。
(3) 對蝶閥重錘臂和聯接銷的結構及固定方式進行完善和改進:加大聯接銷的直徑;在聯接銷自由端改為加鎖錠螺母止退;重錘臂加橫向筋板,增加其橫向穩定性;同時對蝶閥重錘臂和聯接銷的剛度和強度進行復核,滿足電站安全運行的要求。
(4) 將重錘重心外移350 mm,增加楔形股頭與重錘臂鉤頭之間的接觸力和穩定性;消除鐵芯發卡,提高鎖扣裝置的可靠性。
(5) 運行中加強對蝶閥操作機構的聯結銷、鎖扣裝置的檢查。
一年多運行證明,改進后蝶閥運行正常,達到預期效果,大大地提高了蝶閥的安全可靠性。
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