白山發電廠2號機組導葉漏水量測試計算與研究

高 陽，高 山，張恩博

（1.白山發電廠，吉林 吉林 132000；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179；3.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

白山發電廠2號機組導葉漏水量測試計算與研究

高 陽1，高 山2，張恩博3

（1.白山發電廠，吉林 吉林 132000；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179；3.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

對于多年運行的老式水輪機，其導水機構漏水量會越來越大。由于漏水，使導葉密封面產生很大氣蝕磨損，漏水嚴重時，導致機組潛動，嚴重影響機組安全運行。鑒于此，通過白山2號機組導水機構改造，采用精確方法測量改造前后導葉漏水量，解決機組漏水量偏大、機組潛動問題，將改造后漏水量減少到機組額定流量的3‰以下。

導葉；漏水量；水頭

1 概述

白山發電廠一期電站2號機組為300 MW懸式混流水輪發電機組，于1983年12月投產，至今已運行30余年。由于該機組是國產第一批300 MW的水輪發電機組，受當時的設計、材料、工藝等多方面因素影響，設備老化問題日趨嚴重，目前機組在運行過程中暴露出很多問題，存在多方面隱患，給設備的安全穩定運行帶來威脅。尤其是導葉漏水量逐年增大，機組經常出現潛動問題，嚴重影響機組安全，因此有必要通過精確方法測量水輪機導葉漏水量，檢驗改造前后機組導葉漏水量（包括閘門漏水量）是否滿足規程要求，評定導葉止封效果，為改造機組提供數據支持。

2 測試原理及遵循條件

測量導葉漏水量采用容積法，導葉漏水量測試相關參數見表1，導葉漏水測量原理示意圖見圖1。

式中：D為壓力管道內徑，7.5 m；h為管道內水位的變化（h＝h1-h2），m；α為管道傾斜角度，60°；t為時間，s。試驗采集的數據以斜直規矩管段為準，測量時管道內充滿水，被測機組導葉處于關閉狀態，采用壓力傳感器測量壓力鋼管壓力變化，即在斜直段上，采集壓力管道壓力值，經過一段時間后可得管道內水位垂直變化，在已知壓力管道內徑及管道傾斜角時，求得導葉漏水量：

表1 導葉漏水量測試相關參數

圖1 導葉漏水測量原理示意圖

在進行導葉漏水量測量時，導水機構應處于關閉狀態；機組技術供水和生活用水等閥門處于關閉狀態；進水閥門（檢修閘門）處于關閉狀態。

3 實際導葉漏水量分析

采用容積法測量導水機構漏水量時，其實際導葉漏水量還與進水閥門漏水量有關，因此實際導葉漏水量q′應計入導葉前進水閘門的漏水流量Δq。

為了求得真實的導葉漏水流量，還需進行進水閘門漏水量的估測。

4 導葉前閘門漏水量估測與計算

閘門漏水量的測量采用估測法，即放空鋼管內積水打開鋼管進孔檢查，若存在漏水則可用估測的方法算出漏水流量。具體步驟如下。

取平直管段L1＝10 m，量取水流流經鋼管水面的平均弦長（L2）10次，取其平均值，見表2；水流的流速采用浮球漂流L1＝10 m距離，同時用秒表測取漂離時間。為了保證測試的準確性，試驗共測取10次，見表3。

表2 水面寬度（弦長） m

表3 浮漂移動時間 s

由表2計算平均弦長為L2＝2.20 m，由表3計算平均時間為t＝106 s。

平管段水流截面見圖2，水流的平均速度為V＝L1/t＝0.094（m/s），根據幾何原理，計算扇形圓心角為因此，θ＝34.12°。過水面積為閘門漏水量為Δq＝F×V＝0.023 m3/s。

圖2 鋼管平直管段斷面示意圖

5 導葉漏水量的換算

由于電站水庫水位頻繁變化，電站水頭也隨之變化，導致作用在導水機構上水頭不同，導葉漏水量也不同。故在測量導葉漏水量的同時，還必須記錄相應的上庫水位和下庫水位，測量時水位按照導葉漏水時壓力傳感器中心高程及測量前后壓力傳感器中位值來確定管道內水位平均高程，得出上、下游水位差值H′。流量計算時還必須按試驗時的水頭H，將q′換算為對應于水頭H下的導葉漏水流量q，計算和換算過程見表4，換算公式為

表4 換算到機組特征水頭下的導葉漏水量計算表

6 結論

a.機組大修前：在試驗水頭 112.64 m下，導葉漏水量為1.089 m3/s，換算到設計水頭112 m和最大水頭126 m的導葉漏水量分別為1.086 m3/s和1.152 m3/s。GB/T15468—2006《水輪機基本技術條件》中5.7.1條規定：額定水頭下導葉漏水量不大于水輪機額定流量的3‰，白山2號機額定流量為307 m3/s，導葉最大漏水量不應大于0.921 m3/s，實測導葉最大漏水量1.152 m3/s，超出規程要求，說明導葉間隙密封不良，導葉剛性較差導致其變形。

b. 機組導水機構更新改造后：在試驗水頭113.55 m下，導葉漏水量為0.126 m3/s，換算到設計水頭112 m和最大水頭126 m的導葉漏水量分別為0.125 m3/s、0.133 m3/s。改造后的水輪機設計流量為310 m3/s，按照規定導葉最大漏水量不應大于0.93 m3/s，實測導葉最大漏水量為0.133 m3/s，滿足規程要求。

c. 說明水輪機導水機構更新改造后，端部及立面密封得到較好改善，消除了改造前導葉漏水量嚴重超標缺陷，達到了規程規定最大漏水量不大于機組額定流量3‰的要求，無論從節能方面還是從機組安全穩定運行方面都達到了預期目標，保證了機組安全、經濟運行。

［1］劉小亭，李維藩.水力機組現場測試手冊 ［M］.北京：水利電力出版社，1993.

［2］曹衛華，趙 越，陳金霞，等.測量水輪機導葉漏水的標準節流孔板法 ［J］.大電機技術，2008，38（3）：34-37.

［3］宋明軒.消除水輪機停機狀態導葉漏水的探討 ［J］.東北電力技術，2000，21（10）：22-23.

［4］水輪機基本技術條件：GB/T 15468—2006［S］.

Test Calculation and Research on Baishan No.2 Hydraulic Turbine Guide Vane Water Leakage

GAO Yang1，GAO Shan2，ZHANG Enbo3
（1.Baishan Power Plant，Jilin，Jilin 132000，China；2.Liaoning Dongke Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110179，China；3.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Water leakage of hydraulic turbine wicket gates is a common problem.In this paper，through the transformation of Baishan No.2 hydraulic turbine wicket gates，guide vanes water leakage transformation are measured by using accurate method.The problems of big leakage and unit creep are solved and reducing water leakage to below the rated flow rate of 3/1000 after the transformation.

guide vane，water leakage，water head

TM621

A

1004-7913（2017）03-0042-03

高 陽（1978），男，學士，從事水輪發電機組性能測試工作。

2017-01-03）