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二灘水電站水輪機流道漏水分析與處理

文檔作者：徐文峰文檔來源：二灘水力發(fā)電廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月30日
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50
第33卷第4期水電站機電技術(shù)
2010年8月Mechanical&amp;amp;Electrical Technique of Hydropower Station
V01．33 No．4
Aug．2010
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)
摘要：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。
關(guān)鍵詞：二灘水電站；水輪機漏水；分析；膨脹間隙
中圖分類號：TV738 文獻標識碼：B
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：HLF497一LJ一625．7；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：EL 1002．50 m；水庫正常高水位：ELl 200
m；正常尾水位：ELl 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：
一8．4m。
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。犧
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
機組備用、水泵停運期間，5號機蝸殼進人門處的漏
收稿日期：2010—05-14
作者簡介：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。
萬方數(shù)據(jù)
第4期徐文峰：二灘水電站水輪機流道漏水分析與處理51
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
ELl 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
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。
圖1 蝸殼壓力測量與變形測量位置分布
PI—P4)
變形測量點
(P5～P8)
P％P12)
表1 2．31MPa試驗壓力下5號機蝸殼變形量(mm)
a測點
向上+x向外向上～向外向上-X向外向上4-y向外
說明：“向上”測點位于蝸殼最頂部，“向外”測點位于蝸殼最外側(cè)。
圖2蝸殼進口取壓頭分布圖3蝸殼測流取壓頭分布
(兩個斷面)
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。(下轉(zhuǎn)第54頁)
萬方數(shù)據(jù)
54 水電站機電技術(shù)第33卷
集電環(huán)三道通風(fēng)溝散熱槽原設(shè)計為R 05的圓
角，現(xiàn)場對通風(fēng)溝槽棱角采取進行打磨處理，以增大通
風(fēng)溝槽棱角圓弧角減小其切削力，見圖5所示，這樣有
效地減小了碳刷的切削磨損。同時對碳刷與集電環(huán)接
觸的光滑表面進行處理，以達到Ra O．8～1．6表面粗糙
度，滿足碳刷與集電環(huán)之間建立氧化膜的要求。
(2)措施二：選擇合適的碳刷
瑞麗江水電站1號、2號機組先后更換NCC 634、
E468和上海摩根D 172三種不同特性的碳刷進行試
驗對比，經(jīng)驗證發(fā)現(xiàn)NCC 634碳刷更適合瑞麗江的氣
候環(huán)境下的機組使用。
NCC634碳刷的材質(zhì)是天然石墨，額定電流密度為
0．1 A／mm揚蝣凋速81 rids。而E468和D 172碳刷的材
質(zhì)是電化石墨，E4 68額定電流密度0．05。0．15 A／mmz，
允許周速50m／a；D 172額定電流密度0．12Mram2，允許
周速70rids。天然石墨的碳刷適用于周速大于20rids，但
載流能力稍低，電化石墨的碳刷載流能力要比天然石墨
碳刷要高—些。
(3)措施三：控制碳刷電流密度
‘ 瑞麗江發(fā)電機集電環(huán)周速為24 m／s，原設(shè)計共56
個碳刷，電流密度為0．055 Mmm2，由于NCC 634碳刷
更適合瑞麗江電站7}n組及環(huán)境要求，根據(jù)該碳刷的特
性要求，現(xiàn)場采取對兩極碳刷對稱減少8個碳刷，使電
流密度提高到0．077 A／mmz，接近NCC 634碳刷的額定
電流密度，有利于建立氧化膜，同時，碳刷數(shù)量減少也
使得碳粉總量減少。
3結(jié)束語
瑞麗江水電站1號、2號機組經(jīng)上述方法處理
后推力頭油槽甩油和油霧問題基本得到解決，碳粉
磨損過大的問題也起到明顯的改善效果，通過定期
對集電環(huán)碳粉清掃，轉(zhuǎn)子絕緣下降問題也得到了解
決，1號、2號機組得到了長期穩(wěn)定運行。根據(jù)1號、
2號機組的成功處理辦法，在3號～6號機組安裝過
程中也相應(yīng)采用進行改善。
(上接第51頁)
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
翌!望! !蘭!曼!呈!呈． !! !蘭
測壓管P1 P4 P1 P2 P4、P7、P8 P8
當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。
殼(無壓狀態(tài))
凝土
壓管
圖4蝸殼測壓管接頭裝配
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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