大同二電廠(chǎng)汽輪機飛車(chē)事故親歷記!
一九八五年十月二十九日，大同二電廠(chǎng)二號機組發(fā)生了震驚業(yè)界的汽輪機飛車(chē)事故。這是一起因調速系統設計缺陷和接長(cháng)軸螺栓制造質(zhì)量造成的重大設備損壞事故，事故發(fā)生時(shí)我正在現場(chǎng)檢查設備，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，我作為水泵隊技術(shù)員接到晚上啟動(dòng)一號機組的通知，晚飯后我早早來(lái)到現場(chǎng)，先去集控室向值長(cháng)了解啟動(dòng)安排和設備缺陷情況，然后到就地檢查設備。當時(shí)廠(chǎng)內只有二號機組單機運行，經(jīng)500kV變電站的255開(kāi)關(guān)送電；一號機組檢修消缺后準備啟動(dòng)；三號機組在基建調試階段，當晚也準備啟動(dòng)。
21點(diǎn)30分左右，我正在一號機組零米給水泵處檢查設備，突然感到廠(chǎng)房照明先暗后特亮，緊接著(zhù)聽(tīng)到機組傳來(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轉平臺，聽(tīng)到二號機處的聲音越來(lái)越大并傳來(lái)劇烈振動(dòng)，我下意識地朝著(zhù)控制室方向跑去，跑到半路被從控制室撤出的運行人員擋了回來(lái)，緊接著(zhù)看到二號機組機頭起火，后來(lái)發(fā)電機處也起火并傳來(lái)爆炸聲。這時(shí)正在生產(chǎn)二樓會(huì )議室開(kāi)會(huì )的廠(chǎng)領(lǐng)導聞?dòng)嵹s來(lái)，了解情況后立即組織救火，廠(chǎng)房?jì)葷鉄煗L滾，機組傳來(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，直到機組沒(méi)了聲音才離開(kāi)現場(chǎng)。
回到水泵隊，我把所有的值班人員迅速組織起來(lái)，飛奔現場(chǎng)參加滅火工作。這時(shí)廠(chǎng)消防隊和大同市的消防車(chē)正陸續趕往現場(chǎng)，經(jīng)過(guò)兩個(gè)多小時(shí)的奮戰終于把火災撲滅。據說(shuō)那天晚上除了大同當地的消防車(chē)外，把朔州的消防車(chē)也調了過(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)以應不測。
晚上一點(diǎn)多，檢修處召開(kāi)會(huì )議布置下步工作，我拖著(zhù)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)始調查，大家還沒(méi)從救火現場(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確的判斷，其學(xué)識和擔當令人由衷的欽佩。
事故初步診斷報告
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)事故調查委員會(huì )歷時(shí)兩個(gè)月的工作，對這起事故的情況逐漸清晰了起來(lái)。
1、事故前情況：
廠(chǎng)內二號機組單機運行，經(jīng)500kV變電站的255開(kāi)關(guān)送電（降壓為220kV），發(fā)電機負荷130MW，發(fā)電機自動(dòng)電壓調整器未投，勵磁電流1200安。
2、事故經(jīng)過(guò)：
21點(diǎn)30分左右，發(fā)電機有功負荷由2分鐘前的130MW快速增至170MW，值班人員發(fā)現盤(pán)上出現“裝置故障”光字牌，表計大幅擺動(dòng)，照明先暗后特亮，同時(shí)聽(tīng)到機組發(fā)出“怪叫聲”、2秒后255開(kāi)關(guān)跳閘，盤(pán)上出現“失磁保護動(dòng)作”光字牌，機組負荷甩至66MW ，約10秒后發(fā)電機主開(kāi)關(guān)202跳閘，機組出現強烈振動(dòng)，再經(jīng)10秒左右，鍋爐值班員手動(dòng)打開(kāi)安全閥排汽，汽機值班員目擊車(chē)頭轉速表已達4380轉/分，機組隨即發(fā)出巨響，噴出火團。事故的整個(gè)過(guò)程約40秒左右，時(shí)間極短。
3、設備損壞情況：
機組轉子斷為五段，四個(gè)斷面分別為車(chē)頭、中壓轉子與其接長(cháng)軸的聯(lián)軸器、兩個(gè)接長(cháng)軸之間的聯(lián)軸器、發(fā)電機與主勵磁機之間的聯(lián)軸器，聯(lián)軸器損壞表現為全部緊固螺栓脫出或斷裂。
四個(gè)中壓調節汽門(mén)操縱座沿M20螺釘法蘭面斷裂，有三個(gè)掉落地面。
高壓轉子部分復環(huán)甩脫，葉輪有磨損，汽封和軸封全部磨損。
中壓轉子第26級葉片全部甩出，除第24級外，其余各級葉片嚴重損壞，中段缸體左側斷裂。
低壓轉子部分復環(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組左側，軸瓦有逆轉現象，一至六瓦巴氏合金有捻?yè)p，三瓦尤為嚴重，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)馬達掉落地面。
4、解體檢查情況：
發(fā)現中壓主汽門(mén)自動(dòng)關(guān)閉器滑閥下部節流旋塞 脫出16毫米；高壓缸軸封套圈有逆轉現象；高、中壓轉子聯(lián)軸器螺栓雖未斷開(kāi)，但都嚴重損壞。
為了查清汽輪機飛車(chē)事故的原因，機械工業(yè)部和水利電力部委托中國機械工程學(xué)會(huì )、中國電機工程學(xué)會(huì )、中國電工技術(shù)學(xué)會(huì )組織二十位專(zhuān)家教授組成事故診斷專(zhuān)家組，歷時(shí)半年進(jìn)行機組事故診斷，但對造成機組損壞的直接原因卻是眾說(shuō)紛紜，莫衷一是。
一部分專(zhuān)家認為，超速是造成機組嚴重損壞的直接原因。對事故過(guò)程分析如下：
1、21時(shí)30分左右，機組在未投自動(dòng)電壓調整器且運行人員未調整勵磁的情況下，有功負荷由130 MW升到170 MW，由于功率因數遠大于0.96，引起機組失步，導致發(fā)電機低勵失步保護動(dòng)作，經(jīng)2秒鐘時(shí)限跳255開(kāi)關(guān)，有功負荷從170 MW甩至66 MW左右。本應按整定值255開(kāi)關(guān)跳閘后0.5秒跳202開(kāi)關(guān)，由于保護接線(xiàn)錯誤，202不能跳閘，但經(jīng)10~15秒（模擬時(shí)間）202開(kāi)關(guān)跳閘，這是這次事故的導火線(xiàn)，但與機組嚴重損壞沒(méi)有直接關(guān)系。
3、由于機組超速，首先使高中壓轉子接長(cháng)軸和低壓轉子接長(cháng)軸的法蘭螺栓斷裂（有兩個(gè)螺栓飛出，至今尚未找到）。當高中壓轉子與低壓轉子斷開(kāi)后，中間再熱器的剩余能量使高中壓轉子繼續升速到4380轉/分以上，使葉片甩出、動(dòng)靜部分摩擦、軸承損壞、噴油著(zhù)火，當26級葉片全部甩出后形成緊急剎車(chē)。超速是機組嚴重損壞的直接原因。
4、從中壓轉子與接長(cháng)軸的聯(lián)軸器螺栓主體斷口分析，斷面形貌表現為疲勞斷口，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計要求，應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，但不是釀成這次嚴重超速破壞事故的主要原因。
另一部分專(zhuān)家認為，油膜振蕩或軸系失穩是造成機組嚴重損壞的直接原因。對事故過(guò)程模擬如下：
1、由于存在不利運行工況和機組軸系扭振，該機在事故以前，已經(jīng)在螺栓退刀槽應力集中較大處，因受較長(cháng)期的交變應力作用而產(chǎn)生了疲勞裂紋。
廠(chǎng)長(cháng)于洪基關(guān)于事故初步診斷報告的批示
究竟是超速引起機組振動(dòng)？還是振動(dòng)造成機組超速？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。
當年的國產(chǎn)200MW汽輪機在安全監測和故障診斷裝備方面完全就是一臺“裸機”，不但軸承振動(dòng)、鑒相、軸向位移、脹差等重要參數沒(méi)有自動(dòng)記錄，就是汽輪機的轉速也沒(méi)有自動(dòng)記錄，事故分析可依據的現場(chǎng)資料只有一段主蒸汽壓力和溫度記錄曲線(xiàn)及運行人員就地觀(guān)察到的汽輪機轉速4380轉/分，事故的過(guò)程又極其短暫，只有40秒左右。故障診斷只能依據這些極其有限的現場(chǎng)資料和設備損壞情況進(jìn)行分析推斷。
國產(chǎn)200MW汽輪機是在消化吸收前蘇聯(lián)50MW機組技術(shù)的基礎上發(fā)展起來(lái)的，由于缺乏末級長(cháng)葉片的設計制造經(jīng)驗，就用三個(gè)50MW機組的汽缸組成200MW機組的低壓缸，形成了三缸三排汽的結構。這種結構的汽輪機軸系又細又長(cháng)，穩定性很差，中、低壓缸之間的接長(cháng)軸更是軸系的薄弱環(huán)節，早期的多臺200MW機組曾發(fā)生過(guò)油膜振蕩。
發(fā)電總廠(chǎng)關(guān)于開(kāi)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(chǎng)五號機組在進(jìn)行危急保安器提升轉速試驗時(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。
國家事故調查組經(jīng)過(guò)七個(gè)月的調查分析，認為這次事故是由油膜失穩開(kāi)始的突發(fā)性、綜合性強烈振動(dòng)造成的軸系嚴重破壞。該機組的軸系穩定性裕度偏低和機組轉速飛升到3500轉/分~3600轉/分是釀成這次事故的主要起因。
這兩起事故發(fā)生后，水電部和機械部聯(lián)合制定了防止國產(chǎn)200MW汽輪機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)電機前后軸承為橢圓瓦、更換調速器滑閥和超速試驗滑閥套筒、提升轉速試驗時(shí)將主蒸汽壓力降低到7MPa、正常停機時(shí)必須先打閘后解列等，并從國外引進(jìn)了飛利浦公司RMS700型汽輪機安全監測保護系統，特別有遠見(jiàn)的是給機組配置了黑匣子——事故順序記錄儀。