姜紅偉，陳善貴，賀 涌，孟曉超，邱紹平

（1.安徽績(jī)溪抽水蓄能有限公司，安徽省績(jī)溪縣 245300；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京市海淀區(qū) 100038；3.華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江省杭州市 310014）

安徽績(jī)溪抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)及性能分析

姜紅偉1，陳善貴1，賀 涌1，孟曉超2，邱紹平3

（1.安徽績(jī)溪抽水蓄能有限公司，安徽省績(jī)溪縣 245300；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京市海淀區(qū) 100038；3.華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江省杭州市 310014）

介紹了安徽績(jī)溪抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)的模型驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)水泵水輪機(jī)的主要水力性能進(jìn)行了初步分析。

抽水蓄能；水泵水輪機(jī)；模型驗(yàn)收；水力性能分析

1 電站概況及主要參數(shù)

1.1 電站概況

安徽績(jī)溪抽水蓄能電站位于安徽省績(jī)溪縣伏嶺鎮(zhèn)，靠近皖江城市帶，鄰近江蘇省，距合肥、南京、上海直線距離分別為240、210、280km。本電站安裝6臺(tái)單機(jī)容量300MW的立軸單級(jí)混流式水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，電站裝機(jī)容量1800MW，年平均發(fā)電量30.15億kW·h，年抽水用電量為40.2億kW·h。電站以500kV電壓等級(jí)出線接入華東電網(wǎng)，在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰、填谷，調(diào)頻、調(diào)相、黑啟動(dòng)和事故備用等任務(wù)。

1.2 電站運(yùn)行條件

上庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位 962.99m

上庫(kù)正常蓄水位 961.0m

上庫(kù)死水位 921m

下庫(kù)正常蓄水位 340m

下庫(kù)死水位 318m

最大毛水頭/揚(yáng)程 643.0m

正常最小毛水頭/揚(yáng)程 581.0m

水輪機(jī)工況額定水頭 600m

額定頻率 50Hz

發(fā)電工況頻率正常變化范圍 49.5～50.2Hz

水泵工況頻率正常變化范圍 49.8～50.5Hz

短時(shí)允許頻率變化范圍 48.5～50.5Hz

平均水溫 17.7℃

電站所在地重力加速度 9.7923m/s2

2 水泵水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)主要結(jié)果

2.1 概述

本次模型試驗(yàn)在東方電機(jī)股份有限公司DF-100水力機(jī)械通用試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，模型試驗(yàn)的依據(jù)為安徽績(jī)溪抽水蓄能電站機(jī)組及其附屬設(shè)備采購(gòu)合同，安徽績(jī)溪抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)大綱，《水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)》（GB/T 15613—2008），《水輪機(jī)、蓄能泵、水泵水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)》（IEC 60193—1999），《水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī)的空蝕損壞評(píng)定 第1部分：反擊式水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī)的評(píng)定》（IEC 60609-1—2004）等。在模型驗(yàn)收試驗(yàn)前，對(duì)電磁流量計(jì)、負(fù)荷傳感器、水頭傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器及壓力脈動(dòng)傳感器等進(jìn)行了率定。經(jīng)測(cè)試效率試驗(yàn)，水輪機(jī)方向的效率綜合測(cè)量誤差為0.198%，水泵方向的效率綜合測(cè)量誤差為0.197%，滿足合同不大于0.25%的要求。

2.2 模型水泵水輪機(jī)主要流道參數(shù)

模型水泵水輪機(jī)主要流道參數(shù)見表1。

表1 模型水泵水輪機(jī)主要流道參數(shù)Tab. 1 Main Flow Path Parameters of Model Pump Turbine

2.3 原型水泵水輪機(jī)主要尺寸

原型水泵水輪機(jī)主要尺寸見表2。

表2 原型水泵水輪機(jī)主要尺寸Tab. 2 Main Dimensions of Prototype Pump Turbine

2.4 水輪機(jī)工況效率試驗(yàn)

模型驗(yàn)收試驗(yàn)水頭為60m，最優(yōu)工況模型雷諾數(shù)為ReuoptM=4.4455×106（TwM=26.88℃）。按恒水頭60m變轉(zhuǎn)速方式進(jìn)行，最優(yōu)工況在無(wú)空化條件下試驗(yàn)，其他工況試驗(yàn)均在電站空化系數(shù)條件下進(jìn)行。模型效率按IEC 60193規(guī)定的二步法換算到原型效率：將測(cè)出的模型效率ηhMt換算到參考雷諾數(shù)Reuref（Reuref=7.0×106）下的效率ηhM，然后在從參考雷諾數(shù)換算到原型雷諾數(shù)ReuP下的效率ηhP。對(duì)最優(yōu)工況點(diǎn)連續(xù)采樣十次，取其平均值作為結(jié)果，見表3。

驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果表明，驗(yàn)收試驗(yàn)與初步試驗(yàn)結(jié)果吻合，水輪機(jī)工況模型效率和換算后的原型效率均滿足合同要求。

表3 水輪機(jī)效率試驗(yàn)結(jié)果Tab. 3 Hydraulic Turbine Efficiency Test Results

2.5 水輪機(jī)工況空化試驗(yàn)

試驗(yàn)水頭60m，空化參考面為導(dǎo)葉中心線。初生空化系數(shù)σi定義為在2個(gè)及以上轉(zhuǎn)輪葉片表面開始出現(xiàn)可見氣泡時(shí)所對(duì)應(yīng)的空化系數(shù)。對(duì)試驗(yàn)用水進(jìn)行30min的抽氣運(yùn)行后開始空化試驗(yàn)。利用閃頻儀對(duì)所有空化現(xiàn)象包括氣泡、旋渦的發(fā)生、發(fā)展進(jìn)行觀測(cè)并拍照。水輪機(jī)空化試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 水輪機(jī)空化試驗(yàn)結(jié)果Tab. 4 Results of Cavitation Test for Hydraulic Turbines

驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果表明，水輪機(jī)工況初生空化和臨界空化均具有足夠的安全裕量，滿足正常運(yùn)行范圍和正常頻率變化范圍內(nèi)均無(wú)空化運(yùn)行的合同要求。

2.6 水輪機(jī)工況飛逸轉(zhuǎn)速試驗(yàn)

飛逸轉(zhuǎn)速特性的試驗(yàn)水頭25m，試驗(yàn)在最高水頭對(duì)應(yīng)的電站裝置空化系數(shù)下進(jìn)行。

表5 水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速試驗(yàn)結(jié)果Tab. 5 Test Results of Turbine Runaway Speed

驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果表明，驗(yàn)收試驗(yàn)與初步試驗(yàn)結(jié)果吻合。在110%導(dǎo)葉開度時(shí)原型飛逸轉(zhuǎn)速656.39r/min滿足合同小于669.88r/min的要求。

2.7 水輪機(jī)工況壓力脈動(dòng)試驗(yàn)

水輪機(jī)工況壓力脈動(dòng)試驗(yàn)在電站裝置空化系數(shù)下進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 水輪機(jī)壓力脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果Tab. 6 Test Results of Hydraulic Turbine Pressure Fluctuation

驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果表明，驗(yàn)收試驗(yàn)與初步試驗(yàn)結(jié)果吻合，水輪機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)幅值滿足合同要求。

2.8 水泵工況能量試驗(yàn)

水泵工況效率試驗(yàn)在恒定轉(zhuǎn)速nM=1100r/min條件下進(jìn)行，水泵效率試驗(yàn)覆蓋整個(gè)水泵運(yùn)行范圍。最優(yōu)工況模型雷諾數(shù)為ReuoptM=4.6429×106（nM=1099.95r/min，TwM=27.815℃）。

水泵工況的能量特性驗(yàn)證試驗(yàn)進(jìn)行了最高效率、加權(quán)平均效率、保證流量、最大入力以及駝峰裕度試驗(yàn)。水泵能量試驗(yàn)結(jié)果見表7。

驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果表明，驗(yàn)收試驗(yàn)與初步試驗(yàn)結(jié)果吻合，最優(yōu)效率、加權(quán)平均效率、保證流量、水泵最大入力、駝峰裕度均滿足合同保證值。

表7 水泵能量試驗(yàn)結(jié)果Tab. 7 Pump Energy Test Results

2.9 水泵工況空化試驗(yàn)

水泵空化試驗(yàn)對(duì)5個(gè)特征工況點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)。空化系數(shù)計(jì)算的參考高程為導(dǎo)葉中心線。初生空化系數(shù)σi定義為在2個(gè)及以上轉(zhuǎn)輪葉片表面開始出現(xiàn)可見氣泡時(shí)所對(duì)應(yīng)的空化系數(shù)。對(duì)試驗(yàn)用水進(jìn)行30min的抽氣運(yùn)行后開始空化試驗(yàn)。利用閃頻儀對(duì)每一個(gè)工況點(diǎn)進(jìn)行初生空化觀測(cè)，對(duì)裝置空化系數(shù)、初生空化系數(shù)、臨界空化系數(shù)下水泵進(jìn)水邊進(jìn)行了拍照。葉片的負(fù)壓側(cè)為可視面，可通過(guò)目視檢測(cè)全部運(yùn)行范圍內(nèi)的初生空化。

表8 水泵空化試驗(yàn)結(jié)果Tab. 8 Results of Cavitation Test of Water Pump

試驗(yàn)結(jié)果表明，在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，水泵所有工況均能滿足無(wú)空化運(yùn)行要求，在最大、最小揚(yáng)程下初生空化裕量均滿足合同保證值。

2.10 水泵工況壓力脈動(dòng)試驗(yàn)

試驗(yàn)轉(zhuǎn)速1100r/min。在不補(bǔ)氣及裝置空化系數(shù)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，空化系數(shù)參考面以導(dǎo)葉中心線為準(zhǔn)。壓力脈動(dòng)采用壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量。水泵工況最大壓力脈動(dòng)相對(duì)幅值ΔH/H（%）驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 水泵壓力脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果Tab. 9 Test Results of Pump Pressure Pulsation

驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果表明，驗(yàn)收試驗(yàn)與初步試驗(yàn)結(jié)果吻合，水泵工況所有測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)均滿足合同保證值。

2.11 水泵工況零流量試驗(yàn)

對(duì)水泵工況下的導(dǎo)葉開度20°、18°、16°、14°、12°、10°、9°、8°、7°、6°、5°、4°、3°、2°、1°進(jìn)行了零流量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 水泵最小導(dǎo)葉開度1°下零流量試驗(yàn)結(jié)果Tab. 10 Water Pump Minimum Guide Vane Opening at 1°zero Flow Test Results

水泵揚(yáng)程驗(yàn)收試驗(yàn)值與初步試驗(yàn)吻合，原型輸入功率的驗(yàn)收試驗(yàn)值與合同保證值略有差異，能夠滿足機(jī)組在正常頻率范圍內(nèi)的零流量啟動(dòng)條件。

2.12 四象限全特性和S特性試驗(yàn)

在6°、18°導(dǎo)葉開度下完成水泵工況、水泵制動(dòng)工況、水輪機(jī)工況、水輪機(jī)制動(dòng)工況、反水泵工況共5個(gè)工作區(qū)域的驗(yàn)收試驗(yàn)。

在2°、3°、4°、5°、7°導(dǎo)葉開度下進(jìn)行水輪機(jī)工況、水輪機(jī)制動(dòng)工況的局部加密試驗(yàn)來(lái)準(zhǔn)確計(jì)算S特性安全裕量，計(jì)算結(jié)果見表11。

表11 S特性試驗(yàn)及安全裕量計(jì)算結(jié)果Tab.11 “S” Characteristic Test and Safety Margin Calculation Result

驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果表明，驗(yàn)收試驗(yàn)和初步試驗(yàn)結(jié)果吻合，在頻率為50.0Hz及50.2Hz條件下S特性臨界點(diǎn)相對(duì)于最小毛水頭的安全裕量均滿足合同保證值。

2.13 其他試驗(yàn)

模型驗(yàn)收還對(duì)軸向水推力、頂蓋壓力、導(dǎo)葉水力矩、平衡管對(duì)軸向水推力和頂蓋壓力影響以及壓差測(cè)流進(jìn)行了試驗(yàn)，在此不再一一論述。

2.14 水泵水輪機(jī)模型幾何尺寸檢查

模型試驗(yàn)驗(yàn)收后，對(duì)模型試驗(yàn)的測(cè)壓斷面尺寸、蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪和尾水管的主要尺寸以及固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪葉片的型線進(jìn)行了檢驗(yàn)。檢查的所有尺寸與設(shè)計(jì)值的偏差均在規(guī)范所規(guī)定范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

本次水力模型驗(yàn)收試驗(yàn)包含了合同規(guī)定的所有內(nèi)容，包括：水輪機(jī)和水泵能量試驗(yàn)、水輪機(jī)和水泵空化試驗(yàn)、水泵零流量試驗(yàn)、水泵初次充水異常低揚(yáng)程試驗(yàn)、水輪機(jī)飛逸試驗(yàn)、水輪機(jī)和水泵壓力脈動(dòng)試驗(yàn)、四象限試驗(yàn)、水輪機(jī)和水泵導(dǎo)葉水力矩試驗(yàn)、水推力試驗(yàn)和頂蓋壓力試驗(yàn)等。驗(yàn)收試驗(yàn)驗(yàn)證了初步試驗(yàn)報(bào)告中的試驗(yàn)結(jié)果。基本結(jié)論如下：

（1）模型試驗(yàn)結(jié)果可信，模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)可作為原型性能換算的基礎(chǔ)。

（2）技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)基本滿足合同要求、國(guó)標(biāo)GB 15613—2008及IEC 60193的規(guī)定。

（3）安徽績(jī)溪抽水蓄能電站模型水泵水輪機(jī)的效率、空化、壓力脈動(dòng)等各種性能指標(biāo)均較好地滿足了合同規(guī)定及電站運(yùn)行要求。

——水泵工況的比轉(zhuǎn)速nq

績(jī)溪抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)水泵工況的比轉(zhuǎn)速nq按最優(yōu)點(diǎn)計(jì)算

績(jī)溪抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)水輪機(jī)工況的比轉(zhuǎn)速n's按最高水頭及最大出力計(jì)算

水泵工況比速系數(shù)處于較高水平，水輪機(jī)工況比速系數(shù)處于合理狀態(tài)，綜合性能處于目前國(guó)內(nèi)已建抽水蓄能機(jī)組中較高水平。

[1] 安徽績(jī)溪抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)組. 水泵水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)報(bào)告. 2015.Anhui Jixi Pumped Storage Power Station Pump Turbine Model Acceptance Test Group. Test Report on Acceptance Test of Pump Turbine Model. 2015.

[2] 梅祖彥. 抽水蓄能技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1988.MEI Zuyan. Pumped Storage Technology[M]. Beijing：Tsinghua University Press，1988.

[3] 房玉亭，李勝兵，黃祖光. 對(duì)水泵水輪機(jī)模型試驗(yàn)要求的認(rèn)識(shí)[J].水力發(fā)電，2006，32（2）：48-50.FANG Yuting，LI Shengbing，HUANG Zuguang.Understanding of Test Requirements for Pump Turbine Model[J].Hydropower，2006，32（2）：48-50.

[4] 王勝軍，胡清娟. 寶泉抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)[J].水力發(fā)電，2008，34（10）：59-62.WANG Shengjun，HU Qingjuan. Acceptance Test of Pump Turbine Model for Baoquan Pumped Storage Power Station[J].Hydropower，2008，34（10）：59-62.

[5] 劉林元，于紀(jì)幸. 呼和浩特抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)模型驗(yàn)收試驗(yàn)及性能分析[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2009，32（4）：50-54.LIU Linyuan，YU Jixing. Acceptance Test and Performance Analysis of Pump Turbine Model for Hohhot Pumped Storage Power Station[J]. Electrotechnical Technology of Hydropower Station，2009，32（4）：50-54.

2017-01-15

2017-05-20

姜紅偉（1989—），男，助理工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站建設(shè)管理。E-mail：jhw2546@163.com

陳善貴（1970—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站建設(shè)管理。E-mail：csg12gsc@163.com

賀 涌（1967—），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站建設(shè)管理。E-mail：894376386@qq.com

Test and Performance Analysis of Jixi Pumped Storage Power Station Pump Turbine Model Acceptance

JIANG Hongwei1，CHEN Shangui1，HE Yong1，MENG Xiaochao2，QIU Shaoping2
（1. Anhui Jixi Pumped Storage Co.，LTD，Anhui jixi 245300，China；2. The China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；3.Huadong Engineering Corporation Limited，Zhejiang Hangzhou 310014，China）

Jixi pumped-storage power station are introduced pump turbine model acceptance test results，the main hydraulic pump turbine performance has carried on the preliminary analysis.

pumped storage；pump turbine；the model acceptance；hydraulic performance analysis

TV74

A學(xué)科代碼：470.4024

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.03.021