Bài học từ sự cố thủy điện Sayano

Ngày 17/8/2009, tại Nhà máy Thủy điện Sayano-shusenskaya (Nhà máy S.S) thuộc Liên bang Nga đã xảy sự cố nghiêm trọng làm chết 75 người, phá hủy hầu như toàn bộ các tổ máy và một phần công trình xây dựng. Ðó là bài học không chỉ cho công tác quản lý trong hệ thống điện lực nước Nga, mà còn cho tất cả các nước có nhà máy thủy điện nói chung trên thế giới, trong đó có ngành thủy điện Việt Nam.

 Hiện trường tổ máy sau sự cố

1. Diễn biến sự cố

Ngày 16/8/2009

20h20: Xảy ra cháy ở Nhà máy Thủy điện Bratskaya, công suất 6.000 MW đang làm nhiệm vụ điều tần, làm hỏng toàn bộ hệ thống cáp thông tin. Nhà máy Bratskaya mất liên lạc với điều độ và không thể tiếp tục làm nhiệm vụ điều tần.

20h31: Điều độ hệ thống ra lệnh chuyển chức năng điều tần cho Nhà máy SS.

23h14: Tổ máy số 2 Nhà máy SS được đưa vào vận hành cùng 8 tổ máy khác (trừ tổ máy 6 đang sửa chữa) làm nhiệm vụ điều tần.

Nghiên cứu thông số vận hành các tổ máy trước thời điểm sự cố cho thấy: Độ rung ổ turbine tổ máy 2 lúc 8h00 ngày 17/8/2009 là 600 µm, lúc 8h13 là 840 µm, tăng 240µm và vượt giá trị quy định là 160µm, công suất giảm từ 600MW xuống còn 475MW.

Ngày 17/8/2009

Tổ máy 2 đang vận hành điều tần, thì đến 8h12 nhận được lệnh giảm công suất, chuyển qua vùng vận hành II, vùng tổ máy bị rung. Đúng lúc đó toàn bộ bu lông nắp turbine bị đứt. Dưới áp lực cột nước 194m, toàn bộ gồm nắp turbine, bánh xe công tác, trục, rotor máy phát và các giá chữ thập bị thổi bay lên cao, trong khi bay lên, mọi thứ vẫn còn quay, kể cả giá chữ thập, nên đã tàn phá thiết bị và công trình phía trên, trong đó có mái gian máy trong phạm vi 3 tổ máy 1-3. Gian máy cũng bị tàn phá nặng nề.

2. Nguyên nhân kỹ thuật và quản lý dẫn đến sự cố:

a. Tình trạng các bu lông nắp turbine.

41 bu lông có vết nứt trước khi sự cố xảy ra từ 5 đến 98% diện tích mặt cắt. Tính tổng hợp, tiết diện nứt do mỏi chiếm 64,9% toàn bộ bu lông nắp turbine.

Nghiên cứu nguyên nhân cơ bản dẫn đến phá hủy các bu lông là sự phát triển các vết nứt mỏi, mức độ phát triển vết nứt có thể đã chiếm đến 95% tổng diện tích chịu lực, có nghĩa là các bu lông đã mất gần hoàn toàn khả năng chịu lực.

Một trong những nguyên nhân dẫn đến vết nứt mỏi là tổ máy đã phải chuyển qua vùng cấm vận hành nhiều lần trong khi tham gia điều tần cấp 1 cho hệ thống. Sự cố xảy ra đúng lúc tổ máy vừa chuyển vào vùng cấm.

b. Chế độ đóng cánh hướng nước.

Có 2 loại điều tốc sử dụng tại Nhà máy SS đều không có cơ cấu đóng cánh hướng nước khi mất điện tự dùng. Riêng tổ máy số 5, trong sự cố lần này đã đóng được cánh hướng nước là nhờ tín hiệu báo hỏng bộ điều tốc phát ra sớm, khi chưa mất điện tự dùng.

c. Không có bộ phận bảo vệ độ rung và độ đảo tác động dừng máy.

Trong vòng 4 tháng đã có 12 lần độ đảo vượt quá trị số cho phép, 13 phút trước khi xảy ra sự cố, độ rung đã lên đến 600µm và tăng lên 840µm khi sự cố. Tuy nhiên lại không có Rơ le bảo vệ tác động dừng máy..

Theo quy định, kỹ sư chính nhà máy phải ra lệnh giảm tải hoặc ngừng máy khi độ rung vượt quá 160µm và độ đảo vượt quá 0,5mm. Phân tích số liệu ghi chép từ 21/4/2009 đến 17/8/2009, độ rung tổ máy 2 đã tăng 4 lần, đạt giá trị 840µm và độ đảo có lúc lên đến 2 mm. Tổ máy đã không được dừng kịp thời và vẫn vận hành trong nhiệm vụ điều tần cấp 1.

 Hiện trường tổ máy sau sự cố

Trong thời kỳ vận hành đầu tiên, đã có nhiều vi phạm kỹ thuật và tổ máy không hoạt động được. Đặc biệt, độ đảo biến đổi và tăng vượt quá trị số cho phép, nhiều lần lên đến 2 mm, kèm theo đó độ rung cũng tăng. Ở đây còn nhiều tồn tại về thiết bị mà Hội đồng Nghiệm thu nhà nước đã yêu cầu sớm phải khắc phục nhưng đã không được thực hiện theo thời gian quy định.

Tổ máy số 2 đã đưa vào vận hành được 29 năm 10 tháng. (Theo quy định của nhà chế tạo là 30 năm)

Ngoài những thay thế, bảo dưỡng định kỳ các bộ phận, chi tiết đã bị hỏng, Ủy ban điều tra nhận thấy, việc đưa thiết bị điều khiển nhóm công suất hữu công vào vận hành đã không tính đến tình trạng thiết bị thuộc thế hệ cũ, mặt khác, cũng không được sự thỏa thuận của nhà chế tạo, đặc biệt là, số lần và thời gian tổ máy làm việc qua vùng cấm vận hành không được quy định rõ ràng.

Ngoài các bu lông bị phá hủy, cũng đã phát hiện 6 bu lông không bị phá hủy, chứng tỏ các bu lông này đã không có mũ ốc. Đây là sai sót trong công tác nghiệm thu tổ máy sau đại tu. Thông thường, nhà chế tạo thiết bị khi xuất xưởng sản phẩm luôn kèm theo biểu đồ đường đặc tính vận hành, trong đó quy định vùng được phép vận hành thiết bị, vùng cấm vận hành và vùng không nên vận hành. Tổ máy PO.230/833-B-677 có đường đặc tính vận hành rất hẹp, khi ra khỏi vùng này tổ máy bị rung mạnh. Khuyến cáo của Hội đồng Nghiệm thu là thay máy turbine mới đã không được thực thi.

Công tác sửa chữa và phục hồi các thiết bị thủy điện, theo quy định phải do các đơn vị chuyên ngành thực hiện. Việc nhà máy thủy điện tự thành lập đơn vị sửa chữa, tuy có đầy đủ các thủ tục pháp lý nhưng chưa có kinh nghiệm nhiều trong khâu quản lý dẫn đến việc không thực hiện đầy đủ khối lượng công việc theo đúng quy định đại tu tổ máy. Ví dụ như, thiết bị đo rung không có chức năng bảo vệ, không có nguồn điều khiển dự phòng, không có nút ấn đóng sự cố cửa van CNN, không có cơ cấu để bộ điều tốc đóng cánh hướng nước khi mất điện tự dùng. Sử dụng thiết bị và cáp nguồn, cáp thông tin, kiểm tra là loại không chống ẩm và bụi,không có phương tiện bảo vệ cá nhân đầy đủ.

3. Những bài học về kỹ thuật.

a. Kiểm tra bu lông nắp turbine.

Nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sự cố Nhà máy SS là gần như toàn bộ bu lông nắp turbine đã bị nứt do mỏi sau thời gian vận hành xấp xỉ tuổi thọ quy định của nhà chế tạo (29 năm 10 tháng/30 năm ). Tại Nhà máy Thủy điện Hòa Bình đã một lần do thủy kích, tổ máy số 2 bị đứt 6 bu lông nắp turbine. Do đó, kinh nghiệm là sau khoảng 20 năm vận hành, cần kiểm tra các bu lông nắp turbine và các bu lông khác trên hệ thống đường ống áp lực có bị phá hủy không.

b. Thí nghiệm đường đặc tính vận hành tổ máy.

Trong thí nghiệm chạy thử tổng hợp nhất thiết phải xác nhận lại đường đặc tính vận hành và nghiêm chỉnh vận hành theo đường đặc tính đó. Đôi khi do ảnh hưởng tiến độ hoặc do lưới không bố trí được phương thức để thực hiện theo đường đặc tính, nên một số tổ máy đã bỏ qua.

Công tác khôi phục lại các tổ máy được tiến hành khẩn trương

c. Chế độ đóng cánh hướng nước.

Các tổ máy không có van cầu trước turbine, dự phòng cho cánh hướng nước là cửa rơi nhanh, nhưng trong trường hợp Nhà máy SS cho thấy, đã không bảo vệ được tổ máy và thậm chí không bảo vệ được công trình, do đó việc sử dụng sơ đồ điều tốc nào cũng phải có cơ cấu đóng cánh hướng nước trong tình huống điều tốc không làm việc hoặc mất điện tự dùng.

d. Chế độ đóng cửa rơi nhanh.

Cửa rơi nhanh CNN thông thường chỉ được đóng khi có sự cố vượt tốc cao, hoặc vượt tốc bình thường kết hợp tín hiệu không đóng được cánh hướng nước. Rõ ràng trong trường hợp sự cố tại SS, cửa rơi nhanh đã không đóng. Khi chạy tổ máy lần đầu, người ta thường làm thêm một nút ấn hạ cửa rơi nhanh khẩn cấp, nhưng sau khi chạy thử rồi thì lại tháo bỏ. Qua sự cố này cho thấy, cần có nút ấn khẩn cấp thường xuyên ở buồng điều khiển trung tâm.

e. Chọn các tổ máy làm nhiệm vụ điều tần.

Các tổ máy tham gia vận hành điều tần phải thay đổi công suất phát liên tục, phải vận hành qua vùng cấm nhiều lần hơn. Do đó, cần phải chọn những tổ máy mới, có đường đặc tính vận hành tốt hơn. Những nhà máy có tuổi thọ gần hết cần đặc biệt thận trọng kiểm tra trước khi cho vận hành điều tần.

f. Lắp thiết bị giám sát độ rung và độ đảo trực tuyến có chức năng bảo vệ.

Sau khi xảy ra sự cố nhà máy SS, đã xác định được nhiều thiếu sót trong khâu thiết kế chế tạo, sơ đồ điều khiển, giám sát thiết bị. Đối với các nhà máy đang vận hành cũng như nhà máy mới, nhất thiết phải có bộ phận bảo vệ độ rung và độ đảo tác động dừng máy tự động.

4. Những bài học về quản lý.

a. Nghiêm chỉnh chấp hành chế độ kiểm tra kỹ thuật.

Cần quy định rõ ràng trách nhiệm định kỳ kiểm tra thông số vận hành thiết bị và đưa ra những quyết định kịp thời.

b. Tổ chức công tác đại tu.

Khối lượng công tác đại tu phải được quy định rõ ràng, đầy đủ. Đơn vị có đủ tư cách pháp nhân, có giấy phép hành nghề mới được tiến hành công việc đại tu thiết bị nhà máy thủy điện.

c. Kiểm soát các văn bản của các nhà máy sau cổ phần hóa.

Sau khi cổ phần hóa, một số đơn vị có xu hướng soạn lại các tiêu chẩn, quy định kỹ thuật để có lợi cho công việc, cần có quy chế giám sát công việc này, để những thay đổi đó không làm giảm yêu cầu an toàn cho công tác quản lý kỹ thuật.

d. Kiểm tra tổng thể.

Với những tổ máy đã hết tuổi thọ quy định, nhất thiết phải có chương trình kiểm tra tổng thể, từ đó đưa ra quyết định kéo dài thời gian vận hành, hoặc thay thế bằng tổ máy mới trên cơ sở phân tích một cách khoa học.

Sau khi có biên bản tổng nghiệm thu, tổ máy đưa vào vận hành chính thức phải kèm theo bảng thống kê những tồn tại cần sớm khắc phục và có quy chế kiểm tra, giám sát chặt chẽ, nghiêm túc việc khắc phục những tồn tại đảm bảo đúng chất lượng và thời gian quy định.

Đồng thời việc quản lý lịch sử vận hành, công tác bảo trì máy móc thiết bị, ghi nhận tình trạng máy móc thiết bị cần được thực hiện 1 cách tự động thông qua các hệ thống phần mềm quản lý bảo trì thiết bị CMMS Nhằm hạn chế đến mức thấp nhất những sai sót trong công tác vận hành bảo trì do yếu tố con người gây ra.