白山发电厂2号机组导叶漏水量测试计算与研究

高 阳，高 山，张恩博

（1.白山发电厂，吉林 吉林 132000；2.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179；3.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

白山发电厂2号机组导叶漏水量测试计算与研究

高 阳1，高 山2，张恩博3

（1.白山发电厂，吉林 吉林 132000；2.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179；3.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

对于多年运行的老式水轮机，其导水机构漏水量会越来越大。由于漏水，使导叶密封面产生很大气蚀磨损，漏水严重时，导致机组潜动，严重影响机组安全运行。鉴于此，通过白山2号机组导水机构改造，采用精确方法测量改造前后导叶漏水量，解决机组漏水量偏大、机组潜动问题，将改造后漏水量减少到机组额定流量的3‰以下。

导叶；漏水量；水头

1 概述

白山发电厂一期电站2号机组为300 MW悬式混流水轮发电机组，于1983年12月投产，至今已运行30余年。由于该机组是国产第一批300 MW的水轮发电机组，受当时的设计、材料、工艺等多方面因素影响，设备老化问题日趋严重，目前机组在运行过程中暴露出很多问题，存在多方面隐患，给设备的安全稳定运行带来威胁。尤其是导叶漏水量逐年增大，机组经常出现潜动问题，严重影响机组安全，因此有必要通过精确方法测量水轮机导叶漏水量，检验改造前后机组导叶漏水量（包括闸门漏水量）是否满足规程要求，评定导叶止封效果，为改造机组提供数据支持。

2 测试原理及遵循条件

测量导叶漏水量采用容积法，导叶漏水量测试相关参数见表1，导叶漏水测量原理示意图见图1。

式中：D为压力管道内径，7.5 m；h为管道内水位的变化（h＝h1-h2），m；α为管道倾斜角度，60°；t为时间，s。试验采集的数据以斜直规矩管段为准，测量时管道内充满水，被测机组导叶处于关闭状态，采用压力传感器测量压力钢管压力变化，即在斜直段上，采集压力管道压力值，经过一段时间后可得管道内水位垂直变化，在已知压力管道内径及管道倾斜角时，求得导叶漏水量：

表1 导叶漏水量测试相关参数

图1 导叶漏水测量原理示意图

在进行导叶漏水量测量时，导水机构应处于关闭状态；机组技术供水和生活用水等阀门处于关闭状态；进水阀门（检修闸门）处于关闭状态。

3 实际导叶漏水量分析

采用容积法测量导水机构漏水量时，其实际导叶漏水量还与进水阀门漏水量有关，因此实际导叶漏水量q′应计入导叶前进水闸门的漏水流量Δq。

为了求得真实的导叶漏水流量，还需进行进水闸门漏水量的估测。

4 导叶前闸门漏水量估测与计算

闸门漏水量的测量采用估测法，即放空钢管内积水打开钢管进孔检查，若存在漏水则可用估测的方法算出漏水流量。具体步骤如下。

取平直管段L1＝10 m，量取水流流经钢管水面的平均弦长（L2）10次，取其平均值，见表2；水流的流速采用浮球漂流L1＝10 m距离，同时用秒表测取漂离时间。为了保证测试的准确性，试验共测取10次，见表3。

表2 水面宽度（弦长） m

表3 浮漂移动时间 s

由表2计算平均弦长为L2＝2.20 m，由表3计算平均时间为t＝106 s。

平管段水流截面见图2，水流的平均速度为V＝L1/t＝0.094（m/s），根据几何原理，计算扇形圆心角为因此，θ＝34.12°。过水面积为闸门漏水量为Δq＝F×V＝0.023 m3/s。

图2 钢管平直管段断面示意图

5 导叶漏水量的换算

由于电站水库水位频繁变化，电站水头也随之变化，导致作用在导水机构上水头不同，导叶漏水量也不同。故在测量导叶漏水量的同时，还必须记录相应的上库水位和下库水位，测量时水位按照导叶漏水时压力传感器中心高程及测量前后压力传感器中位值来确定管道内水位平均高程，得出上、下游水位差值H′。流量计算时还必须按试验时的水头H，将q′换算为对应于水头H下的导叶漏水流量q，计算和换算过程见表4，换算公式为

表4 换算到机组特征水头下的导叶漏水量计算表

6 结论

a.机组大修前：在试验水头 112.64 m下，导叶漏水量为1.089 m3/s，换算到设计水头112 m和最大水头126 m的导叶漏水量分别为1.086 m3/s和1.152 m3/s。GB/T15468—2006《水轮机基本技术条件》中5.7.1条规定：额定水头下导叶漏水量不大于水轮机额定流量的3‰，白山2号机额定流量为307 m3/s，导叶最大漏水量不应大于0.921 m3/s，实测导叶最大漏水量1.152 m3/s，超出规程要求，说明导叶间隙密封不良，导叶刚性较差导致其变形。

b. 机组导水机构更新改造后：在试验水头113.55 m下，导叶漏水量为0.126 m3/s，换算到设计水头112 m和最大水头126 m的导叶漏水量分别为0.125 m3/s、0.133 m3/s。改造后的水轮机设计流量为310 m3/s，按照规定导叶最大漏水量不应大于0.93 m3/s，实测导叶最大漏水量为0.133 m3/s，满足规程要求。

c. 说明水轮机导水机构更新改造后，端部及立面密封得到较好改善，消除了改造前导叶漏水量严重超标缺陷，达到了规程规定最大漏水量不大于机组额定流量3‰的要求，无论从节能方面还是从机组安全稳定运行方面都达到了预期目标，保证了机组安全、经济运行。

［1］刘小亭，李维藩.水力机组现场测试手册 ［M］.北京：水利电力出版社，1993.

［2］曹卫华，赵 越，陈金霞，等.测量水轮机导叶漏水的标准节流孔板法 ［J］.大电机技术，2008，38（3）：34-37.

［3］宋明轩.消除水轮机停机状态导叶漏水的探讨 ［J］.东北电力技术，2000，21（10）：22-23.

［4］水轮机基本技术条件：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 阳（1978），男，学士，从事水轮发电机组性能测试工作。

2017-01-03）