二灘水電站水輪機流道漏水分析與處理

徐文峰

(二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000)

二灘水電站水輪機流道漏水分析與處理

徐文峰

(二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000)

介紹了二灘水電站水輪機流道漏水的分析、處理過程，對類似水輪機蝸殼測壓管的設(shè)計、安裝提出了參考建議。

二灘水電站；水輪機漏水；分析；膨脹間隙

二灘水電站坐落于四川攀枝花境內(nèi)的雅礱江上，是雅礱江梯級開發(fā)的第一座電站，裝有6臺GE Canada制造的單機容量550 MW的混流式水輪發(fā)電機組，是20世紀我國建成投產(chǎn)的最大的水電站。發(fā)電初期，在5號機組附近的基坑、地板以及機組埋件與混凝土結(jié)合部位，多處出現(xiàn)了大量的漏水現(xiàn)象，極大地威脅了電站的安全運行，極大地損害了現(xiàn)場安全文明形象。經(jīng)過認真的分析排查，確認了漏水的位置，采取了可行的措施進行了封堵，消除了漏水，排除了隱患。

1 水輪機參數(shù)與漏水狀況

水輪機型號：HLF497-LJ-625.7；設(shè)計水頭：165 m；最高水頭：189.2 m；最低水頭：135 m；額定出力：582 MW；額定流量：367 m3/s；額定轉(zhuǎn)速：142.9 r/min；安裝高程：EL1002.50 m；水庫正常高水位：EL1 200 m；正常尾水位：EL1 017.27 m；蝸殼形式：金屬蝸殼，包角345°；尾水管形式：窄高型彎肘管；吸出高度：-8.4 m。

主要漏水位置：5號機蝸殼進人門處的蝸殼與混凝土結(jié)合縫，尾水錐管進人門處錐管與混凝土結(jié)合縫，發(fā)電機機坑混凝土基礎(chǔ)，發(fā)電機層、水輪機層地板，水車室進人廊道墻面，技術(shù)供水室天花板。

漏水特征：漏水壓力大，無法封堵；特別是，蝸殼與混凝土之間縫隙處的漏水流量大，呈噴涌狀。漏水的大小與運行水頭或上游水位的關(guān)系不明顯，與開機運行或停機備用也無明顯關(guān)系。只有當(dāng)停機檢修，水輪機流道排空一至二天后，漏水消失。

漏水的危害：大流量、多位置的漏水對現(xiàn)場的安全文明生產(chǎn)造成了巨大的影響，機坑內(nèi)外、電氣設(shè)備附件多處有水，不但是發(fā)生短路、觸電的危險源，而且造成了環(huán)境潮濕，惡化了設(shè)備運行條件；漏水破壞了墻面、地面的裝修，損害了現(xiàn)場工作條件。特別是天花板、墻面等相對于地面較高位置的漏水，難以通過遮擋或引流的方法進行處理，危害更甚。

2 來源分析

二灘是大型工程，如果對有可能發(fā)生泄漏的設(shè)備、設(shè)施都逐個進行檢查、探傷，工程量特別巨大，是不現(xiàn)實的。遂決定，通過分析漏水的形態(tài)及其對外界條件變化的反應(yīng)，分析得到各相關(guān)設(shè)備漏水可能性的大小，按照順序，結(jié)合實際條件進行檢查、確定。#5機蝸殼進人門處的蝸殼與混凝土結(jié)合縫的漏水流量大，對外界變化的反應(yīng)較直接，便于觀察。因此，通過分析該處漏水的形態(tài)，來確定漏水的來源。

二灘電站的廠房布置于壩肩左岸地下，水庫水位、尾水水位均高于漏水部位的高程。但監(jiān)測表明，廠房防滲和排水系統(tǒng)工作正常，廠房巖體自身的滲水量很小。而且在5號水輪機檢修、排空期間，其蝸殼進人門處的漏水消失，因此，可以確定漏水來自5號水輪機。

二灘電站水輪機的技術(shù)供水取自本臺機的尾水管，通過水泵加壓、進入埋管供冷卻器，最后又通過埋管排到尾水管。如埋管的安裝質(zhì)量出現(xiàn)問題的話，會造成漏水，且漏點難以發(fā)現(xiàn)。但是，我們觀察到，當(dāng)機組備用、水泵停運期間，5號機蝸殼進人門處的漏水無明顯變化，因此基本可以確定漏點不在技術(shù)供水埋管上。

從5號機蝸殼進人門處的漏水形態(tài)以及多處混凝土基礎(chǔ)出現(xiàn)漏水等因素判斷，漏水源頭的水壓應(yīng)比較大；且對比枯期與行洪期（尾水位的變幅相對比較大）的漏水，其流量無明顯變化，因此，基本可以確定漏點不在尾水管上。

漏點位置的懷疑重點是5號水輪機的引水系統(tǒng)的埋件，主要包括壓力管道、蝸殼、座環(huán)。二灘電站的壓力管道不是全程鋼襯，鋼襯的起始位置的高程為EL1 032.5 m,該處鋼襯與混凝土的結(jié)合部，是一個有可能出現(xiàn)漏點的薄弱環(huán)節(jié)。在機組大修期間，通過專門搭設(shè)腳手架，對此專門進行了檢查，確認設(shè)備正常，漏點不在此。

我們觀察到，在水輪機檢修完成后的充水過程中，蝸殼進人門處的漏水出現(xiàn)了一個明顯的變化過程：提起尾水閘門充水閥充水，當(dāng)蝸殼內(nèi)部的水位超過水輪機安裝高程不久，漏水就出現(xiàn)；當(dāng)尾水充水完畢，提進水口閘門的充水閥對引水系統(tǒng)進行充水時，漏水隨著引水管水位的增加激烈增大，到一定程度后又會減小到一個穩(wěn)定的流量。再一次驗證了漏點不在鋼襯起始位置，而應(yīng)在高程較低（不高于尾水位）的部位。

水輪機座環(huán)與基礎(chǔ)環(huán)，是通過一圈連接板相連，安裝時在現(xiàn)場焊接。在安裝階段，由于焊縫較大、焊接應(yīng)力高，曾經(jīng)在多臺機上出現(xiàn)焊接裂紋而返工，因此該處因運行振動發(fā)生裂紋的可能性較大。利用大修的機會，對該焊縫進行了全面的探傷，確認無裂紋，漏點不在此。

二灘電站水輪機蝸殼，為保證質(zhì)量安全，焊接安裝完成后進行了設(shè)計水壓的1.5倍（3.46 MPa）水壓試驗，且在最大靜水壓1.94 MPa下保壓澆注混凝土，投運后蝸殼本體出現(xiàn)漏點的可能性基本為零。為了測量水輪機進口壓力和過機流量，在蝸殼3個斷面上，共設(shè)置了3×4個取壓接頭，這些取壓接頭相對于蝸殼本體，是薄弱環(huán)節(jié)，是最有可能出現(xiàn)問題的地方。再則，蝸殼混凝土是保壓澆注，安裝完成后，當(dāng)蝸殼內(nèi)部的水壓低于最大靜水壓時（大部分運行時間），除底部外，蝸殼外表與混凝土之間始終存在一層膨脹間隙，其大小可參考5號機蝸殼水壓試驗數(shù)據(jù)（表1）。蝸殼測壓管橫穿該間隙，如在該處發(fā)生泄漏，則漏水將會立刻通過膨脹間隙從蝸殼進入門處的縫隙處涌出。如測壓管在膨脹間隙處發(fā)生破裂，在蝸殼內(nèi)部水壓升高過程中，其裂口的大小將隨著蝸殼體積的膨脹而變小，漏水反而因之減小，這與在5號水輪機引水系統(tǒng)充水過程中觀察到的現(xiàn)象是一致的。因此，基本可以斷定：漏點是在5號機蝸殼取壓接頭或管道上。

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3 處理過程

在判明了最大的懷疑對象后，確認和處理工作變得非常簡單。方案首先是在蝸殼內(nèi)部的三個測壓斷面搭設(shè)腳架，檢查測壓接頭的安裝是否完好；然后在封堵測壓管，做打壓試驗，檢查測壓管是否完好；對發(fā)現(xiàn)不能保壓的測壓管，從表計接頭通入壓力水，同時封堵取壓口，足夠長時間后，預(yù)計將在蝸殼進人門的蝸殼與混凝土結(jié)合縫處觀察到有水流出。

通過以上步驟，確認了有兩根測壓管在蝸殼的膨脹間隙處發(fā)生了破裂，證明對漏水的來源分析是完全正確的。對發(fā)生泄漏的測壓管，在蝸殼內(nèi)部，對其取壓口進行了封焊。最終，漏水處理獲得了圓滿的成功，各部位的漏水完全消失，排除了隱患，保障了現(xiàn)場文明生產(chǎn)。

4 總結(jié)與建議

隨著運行年限的增加，其它機組也陸續(xù)發(fā)生了相同的缺陷。到2009年底，電站的全部6臺機，共8根測壓管的相同位置出現(xiàn)泄漏，都用相同的步驟進行了確認、處理。該缺陷具有普遍性，見表2。

表2 發(fā)生泄漏的測壓管統(tǒng)計

當(dāng)我們回過頭來分析蝸殼的安裝工藝和運行狀態(tài)，會發(fā)現(xiàn)，其測壓管在該位置發(fā)生破裂、泄漏，并非只是安裝質(zhì)量問題所致，其設(shè)計決定了這是很難避免的。蝸殼混凝土采用保壓澆注，由于膨脹間隙的存在，蝸殼所受約束很小，在機組投運、蝸殼充水時，蝸殼將產(chǎn)生彈性變形、脹大。測壓管與蝸殼之間的連接，在結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝工藝上未采取特別措施。由于膨脹間隙的變化，在蝸殼膨脹、收縮過程中，測壓管穿過該間隙的部分將出現(xiàn)極大的變形應(yīng)力，極易損壞；位置越靠上，膨脹間隙越大，變形應(yīng)力越大，越容易破裂，這可以從表2中的數(shù)據(jù)得到印證。蝸殼內(nèi)部的水壓因水庫水位、機組負荷、機組檢修等原因而反復(fù)變化，膨脹間隙隨之反復(fù)變化，該段測壓管就會反復(fù)受到變形應(yīng)力的作用，疲勞損傷。所以，隨著機組運行年限的增加，產(chǎn)生故障的測壓管數(shù)目也會逐步增加。

蝸殼壓力，是水輪發(fā)電機組運行中重要的監(jiān)測參數(shù)。如果蝸殼測壓管發(fā)生泄漏，測值不再準確，自然失去測量價值，然而，埋管段一旦發(fā)生泄漏卻無法修復(fù)；從蝸殼來的漏水壓力高、流量大，會造成難以預(yù)知的嚴重危害。因此，在設(shè)計、安裝階段對此應(yīng)予足夠重視。特別是對于高水頭水輪機的蝸殼測壓管，應(yīng)在其與蝸殼相接的部位設(shè)置必要的變形適應(yīng)結(jié)構(gòu)，以免因蝸殼膨脹間隙變化而損壞，造成難以挽回的損失。

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TV738

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1672-5387（2010）04-0050-03

2010-05-14

徐文峰（1974-），男，高級工程師，從事水電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作。