爱华网1.工程概述 二滩水电站位于四川省境内的雅砻江干流上。电站共装设6台550MW的混流式水轮发电机组，总容量3300MW。是川渝电网最大的调峰、调频、调压及事故备用主力电厂。并担任调频调峰任务。电站首台机组于1998年8月18日正式并网运行，1999年12月6台机组全部投入使用，2000年上半年工程全部竣工。 二滩水电站水轮机尾水管为高窄型尾水管，分为锥管和肘管两部分。尾水锥管材质为δ25mmQ235-B钢板。尾水管锥管段进口直径为Φ5964mm，出口Φ7439mm，高8350mm，进口不设配割段。进口段500mm范围内采用δ25mm厚不锈钢板1Cr18Ni9Ti以增强转轮出口部位尾水管的抗空化能力。尾水管中上部设有800×1000 mm2的进人门，门下设有铝合金检修平台。尾水管不论是锥管还是肘管上都只设有环向筋板，无纵向筋板。 2012年6月25日，巡检中发现3号机尾水管进人门左上方混凝土和钢衬之间漏水较大（见图1、图2）。根据以往类似情况的经验和现场情况分析，产生漏水的原因为3号水轮机尾水锥管出现了裂纹。 2.裂纹原因分析 2.1 尾水锥管裂纹统计 二滩水电站六台机组自1998年投产运行至今，已发生过12起（不含本次）尾水锥管裂纹，其中3号机组共出现过6起（不含本次）尾水锥管裂纹，其他机组共出现过6起尾水锥管裂纹，详见尾水锥管裂纹统计表（表1）。其中3号机尾水锥管2011年10月4日D修与2011年12月28日C修发现的裂纹长度和位置如图3所示。 2.2 裂纹统计分析及裂纹处理 2.2.1 未出现裂纹的机组 根据统计结果，二滩水电站六台机组自投产运行至今，仅1号机组未出现尾水锥管裂纹。 2.2.2 出现1次裂纹的机组 根据统计结果，二滩水电站4号机组和6号机组自投产运行至今，尾水锥管均只出现1次裂纹。其中，4号机组裂纹是在2012年4月机组C修期间用超声波探伤发现的内部裂纹。2006年12月6号机组C修期间检查出尾水锥管裂纹，经处理后至今未再出现裂纹（运行了5年半时间）。根据对4号机组和其他机组的探伤检查说明，机组尾水锥管裂纹是随着机组运行时间的增加而不断发展的，以前未出现裂纹的机组也逐渐开始出现裂纹。 2.2.3 出现2次裂纹的机组 二滩水电站2号机组和5号机组自投产运行至今，尾水锥管均出现2次裂纹。2号机组2007年12月机组C修期间，第一次检查出尾水锥管裂纹；2011年4月机组D修，第二次确认尾水锥管出现裂纹（两条），距上次裂纹出现的时间间隔为3年4个月。5号机组2002年2月机组C修期间，第一次检查出尾水锥管裂纹；2005年5月机组C修期间，第二次确认尾水锥管出现裂纹，距上次裂纹出现的时间间隔为3年3个月。5号机组尾水锥管第二次裂纹处理后运行至今已满7年，未出现裂纹。 2.2.4 多次出现裂纹的机组 3号机组自投产运行至今，尾水锥管共出现6次裂纹（不含本次）。2002年1月机组C修期间，第一次检查出尾水锥管裂纹（两条）；2005年4月3号机组D修期间，确认其尾水锥管第二次出现裂纹，距上次裂纹出现的时间间隔为3年3个月；2006年3月机组C修期间，第三次确认尾水锥管出现裂纹，距上次裂纹出现的时间间隔为11个月；2008年2月机组C修期间，第四次确认尾水锥管出现裂纹，距上次裂纹出现的时间间隔为1年11个月；2011年10月3号机组D修期间，第五次确认尾水锥管出现裂纹，距上次裂纹出现的时间间隔为3年10个月；2011年12月3号机组C修期间，第六次确认尾水锥管出现裂纹，这次裂纹是扩大尾水锥管探伤范围时用超声波探伤发现的，裂纹位于尾水管进人门左上方距尾水锥管上部50mm、距尾水锥管表面19mm处（尾水锥管钢板厚度为25mm），长度为45mm。根据统计可知，3号机组尾水锥管共出现过7条裂纹，其中尾水管进人门左上方2条，正上方4条，右上方1条。 2.2.5尾水锥管裂纹统计及裂纹的处理 二滩水电站六台机组自投产以来，尾水锥管共出现过14条裂纹（不含本次），所有裂纹均出现在尾水管进人门上方（左上方5条，正上方6条，右上方3条）。 对于尾水锥管出现的裂纹，均按照二滩电站《尾水锥管裂纹处理工艺》要求对裂纹进行补焊处理，然后对脱空段进行灌浆处理。 2.3.尾水锥管裂纹的预防及检查 2.3.1 以往每年每台次机组检修时，都会对尾水锥管进行探伤检查，重点检查尾水检修平台以上部位，对尾水锥管所有焊缝均进行渗透探伤检查。由于尾水管进人门上部为裂纹频发部位，所以，还要对尾水管进人门上部、尾水管进人门左右两侧3m以内范围进行超声波探伤检查，以确认该区域尾水锥管无内部缺陷。 2.3.2 2011年间，因“2号机尾水管进人门左上方漏水”、“3号水轮机尾水管进人门上部左侧漏水”缺陷，对2号、3号机进行D修，确认漏水均因尾水锥管出现裂纹所致。于是，2011~2012年度C修期间，除对各台机组尾水检修平台上部尾水锥管所有焊缝进行渗透探伤检查外，对尾水管进人门上部整圈尾水锥管均进行了超声波探伤检查。 2.3.3 机组检修期间，对尾水检修平台以上部位的尾水锥管进行脱空检查，对单块脱空面积达0.5㎡及以上的区域进行钻孔灌浆处理。 2.3.4 机组检修中，对发现的尾水锥管裂纹及缺陷均严格按工艺要求进行了及时处理，尾水锥管探伤检查及尾水锥管脱空检查处理对尾水锥管裂纹起到了一定的预防作用。 2.4原因分析 2.4.1 安装方面的原因分析
（1） 由于二滩电站六台机组分别由不同厂家制造、安装，不同机组尾水管的材质、施工焊接质量、混凝土灌注情况等必然存在差异，在相似运行工况下出现裂纹的概率也就不同。相比其它机组，3号机尾水锥管出现裂纹次数最多，其第一次出现裂纹的时间最早且距机组投运时间较短，说明3号机尾水锥管可能存在某些先天的薄弱因素。 （2） 经过观察，部分机组在运行过程中尾水管进人门处一直十分干燥，而另一部分机组在运行过程中尾水管进人门混凝土和钢衬之间经常有水流出，2号、3号机组尤其明显，进一步检查时某些机组尾水锥管却未发现裂纹，这些现象说明尾水锥管钢板和混凝土之间存在微小间隙。由于该微小间隙的存在，使得原设计的锥管钢板和混凝土联合受力结构改变成锥管钢板单独受力结构，增大了锥管裂纹发生的可能。 2.4.2 运行方面的原因分析 二滩水电站是所在电网中的大型骨干电厂，担任系统的调峰调频任务，机组负荷调整频繁，常在非最优工况的低负荷区运行。负荷调整时的过渡过程、低负荷工况下尾水管中的涡流、涡带都将引起尾水压力脉动增加。尾水管进人门及其周边区域处于涡带的旋转压力场区，且其结构上无混凝土支撑，在尾水压力脉动作用下，该金属结构振动加剧，尾水锥管疲劳破坏作用就更加显著，易导致尾水锥管管壁开裂、出现漏水，泄漏的水不断的将尾水管撞击磨损的混凝土浆带出，随着漏水量增加，混凝土侵蚀加剧，当尾水锥管管壁与混凝土之间的间隙越来越大时，尾水锥管管壁振幅加大，导致锥管管壁钢板疲劳加剧、裂纹恶化，进入恶性循环。 2.4.3 裂纹处理工艺及灌浆孔处理工艺分析 （1）二滩水电站尾水锥管裂纹均按照《二滩水力发电厂尾水锥管裂纹处理工艺》处理，其中6号机和5号机尾水锥管自裂纹处理后投运至今已长达5年半和7年时间，状态稳定，均未再出现裂纹，由此证明我厂尾水锥管裂纹处理工艺满足尾水锥管裂纹处理要求。但是，当尾水锥管出现穿透性裂纹时，由于位置的限制，只能采用单面焊、双面成型的方法进行补焊处理，必然导致混凝土侧2~3mm的钢材强度无法完全恢复至原有强度。由于尾水锥管钢板厚度只有25mm，当尾水锥管同一区域反复出现穿透性裂纹后，这一区域的钢板可能会由于反复补焊导致强度减弱。 （2）机组检修期间，还会对尾水检修平台以上部位的尾水锥管进行脱空检查，对单块脱空面积达0.5㎡及以上的区域进行钻孔灌浆处理。尾水锥管灌浆处理首先要在脱空部位钻灌浆孔，孔径为12mm。然后注入水泥浆，灌浆完毕且脱空处的浆液充分凝固后对灌浆孔进行补焊封堵。由于灌浆孔是通孔，在补焊封堵时打底的过程中焊条的高温会造成混凝土飞溅，从而导致焊肉中夹渣，影响补焊效果。2012年检修中对这一工艺进行了改进，在灌浆孔底部先放入一个φ11mm厚3mm的不锈钢块，然后再进行补焊。这样虽然可以避免混凝土飞溅导致的焊肉夹渣现象，但灌浆孔底部2~3mm的钢材强度无法完全恢复至原有强度。这样的灌浆孔越多，尾水锥管强度受到的影响就越大，特别是尾水管进人门上部及其附近区域的尾水锥管。 3.结论及建议 综上所述，3号机尾水锥管存在某些先天薄弱因素，其钢板和混凝土之间存在间隙，尾水锥管同一区域反复出现裂纹后补焊导致强度减弱，灌浆孔补焊处理后导致强度减弱，机组负荷频繁调整且长期在振动区域运行，在某些负荷区域尾水管压力脉动增加等因素诱发了尾水锥管穿透性裂纹，使得尾水渗透至尾水锥管钢板和混凝土之间流出。 据此提出如下建议： 3.1 尽可能将尾水锥管钢板和混凝土之间的间隙填实，特别是尾水管进人门区域。并保证灌浆材料的固化时间足以使其达到设计的强度。 3.2 对尾水管进人门周围无混凝土支撑的尾水锥管采取加固措施，降低振动幅值。 3.3 进一步改进尾水锥管穿透性裂纹处理工艺，改善补焊质量，提高焊接区域的管壁强度。 3.3.1 裂纹焊接前，利用电加热片加热对作业区进行加温，完全驱除裂纹区域内混凝土和尾水锥管钢板之间的潮气。 3.3.2 对于穿透性裂纹，进一步改进其打底工艺，并调整打底焊接材料和焊接方法。 3.4 尾水管管壁，特别是尾水锥管裂纹多发区域，尽可能少钻灌浆孔。 3.5改进灌浆孔补焊工艺，尽量提高补焊后尾水管管壁强度。 3.6优化机组运行方式，尽可能减少机组在振动区运行的次数和时间，减少机组负荷调整的次数。
