二滩水电站水轮机流道漏水分析与处理

徐文峰

(二滩水力发电厂，四川 攀枝花 617000)

二滩水电站水轮机流道漏水分析与处理

徐文峰

(二滩水力发电厂，四川 攀枝花 617000)

介绍了二滩水电站水轮机流道漏水的分析、处理过程，对类似水轮机蜗壳测压管的设计、安装提出了参考建议。

二滩水电站；水轮机漏水；分析；膨胀间隙

二滩水电站坐落于四川攀枝花境内的雅砻江上，是雅砻江梯级开发的第一座电站，装有6台GE Canada制造的单机容量550 MW的混流式水轮发电机组，是20世纪我国建成投产的最大的水电站。发电初期，在5号机组附近的基坑、地板以及机组埋件与混凝土结合部位，多处出现了大量的漏水现象，极大地威胁了电站的安全运行，极大地损害了现场安全文明形象。经过认真的分析排查，确认了漏水的位置，采取了可行的措施进行了封堵，消除了漏水，排除了隐患。

1 水轮机参数与漏水状况

水轮机型号：HLF497-LJ-625.7；设计水头：165 m；最高水头：189.2 m；最低水头：135 m；额定出力：582 MW；额定流量：367 m3/s；额定转速：142.9 r/min；安装高程：EL1002.50 m；水库正常高水位：EL1 200 m；正常尾水位：EL1 017.27 m；蜗壳形式：金属蜗壳，包角345°；尾水管形式：窄高型弯肘管；吸出高度：-8.4 m。

主要漏水位置：5号机蜗壳进人门处的蜗壳与混凝土结合缝，尾水锥管进人门处锥管与混凝土结合缝，发电机机坑混凝土基础，发电机层、水轮机层地板，水车室进人廊道墙面，技术供水室天花板。

漏水特征：漏水压力大，无法封堵；特别是，蜗壳与混凝土之间缝隙处的漏水流量大，呈喷涌状。漏水的大小与运行水头或上游水位的关系不明显，与开机运行或停机备用也无明显关系。只有当停机检修，水轮机流道排空一至二天后，漏水消失。

漏水的危害：大流量、多位置的漏水对现场的安全文明生产造成了巨大的影响，机坑内外、电气设备附件多处有水，不但是发生短路、触电的危险源，而且造成了环境潮湿，恶化了设备运行条件；漏水破坏了墙面、地面的装修，损害了现场工作条件。特别是天花板、墙面等相对于地面较高位置的漏水，难以通过遮挡或引流的方法进行处理，危害更甚。

2 来源分析

二滩是大型工程，如果对有可能发生泄漏的设备、设施都逐个进行检查、探伤，工程量特别巨大，是不现实的。遂决定，通过分析漏水的形态及其对外界条件变化的反应，分析得到各相关设备漏水可能性的大小，按照顺序，结合实际条件进行检查、确定。#5机蜗壳进人门处的蜗壳与混凝土结合缝的漏水流量大，对外界变化的反应较直接，便于观察。因此，通过分析该处漏水的形态，来确定漏水的来源。

二滩电站的厂房布置于坝肩左岸地下，水库水位、尾水水位均高于漏水部位的高程。但监测表明，厂房防渗和排水系统工作正常，厂房岩体自身的渗水量很小。而且在5号水轮机检修、排空期间，其蜗壳进人门处的漏水消失，因此，可以确定漏水来自5号水轮机。

二滩电站水轮机的技术供水取自本台机的尾水管，通过水泵加压、进入埋管供冷却器，最后又通过埋管排到尾水管。如埋管的安装质量出现问题的话，会造成漏水，且漏点难以发现。但是，我们观察到，当机组备用、水泵停运期间，5号机蜗壳进人门处的漏水无明显变化，因此基本可以确定漏点不在技术供水埋管上。

从5号机蜗壳进人门处的漏水形态以及多处混凝土基础出现漏水等因素判断，漏水源头的水压应比较大；且对比枯期与行洪期（尾水位的变幅相对比较大）的漏水，其流量无明显变化，因此，基本可以确定漏点不在尾水管上。

漏点位置的怀疑重点是5号水轮机的引水系统的埋件，主要包括压力管道、蜗壳、座环。二滩电站的压力管道不是全程钢衬，钢衬的起始位置的高程为EL1 032.5 m,该处钢衬与混凝土的结合部，是一个有可能出现漏点的薄弱环节。在机组大修期间，通过专门搭设脚手架，对此专门进行了检查，确认设备正常，漏点不在此。

我们观察到，在水轮机检修完成后的充水过程中，蜗壳进人门处的漏水出现了一个明显的变化过程：提起尾水闸门充水阀充水，当蜗壳内部的水位超过水轮机安装高程不久，漏水就出现；当尾水充水完毕，提进水口闸门的充水阀对引水系统进行充水时，漏水随着引水管水位的增加激烈增大，到一定程度后又会减小到一个稳定的流量。再一次验证了漏点不在钢衬起始位置，而应在高程较低（不高于尾水位）的部位。

水轮机座环与基础环，是通过一圈连接板相连，安装时在现场焊接。在安装阶段，由于焊缝较大、焊接应力高，曾经在多台机上出现焊接裂纹而返工，因此该处因运行振动发生裂纹的可能性较大。利用大修的机会，对该焊缝进行了全面的探伤，确认无裂纹，漏点不在此。

二滩电站水轮机蜗壳，为保证质量安全，焊接安装完成后进行了设计水压的1.5倍（3.46 MPa）水压试验，且在最大静水压1.94 MPa下保压浇注混凝土，投运后蜗壳本体出现漏点的可能性基本为零。为了测量水轮机进口压力和过机流量，在蜗壳3个断面上，共设置了3×4个取压接头，这些取压接头相对于蜗壳本体，是薄弱环节，是最有可能出现问题的地方。再则，蜗壳混凝土是保压浇注，安装完成后，当蜗壳内部的水压低于最大静水压时（大部分运行时间），除底部外，蜗壳外表与混凝土之间始终存在一层膨胀间隙，其大小可参考5号机蜗壳水压试验数据（表1）。蜗壳测压管横穿该间隙，如在该处发生泄漏，则漏水将会立刻通过膨胀间隙从蜗壳进入门处的缝隙处涌出。如测压管在膨胀间隙处发生破裂，在蜗壳内部水压升高过程中，其裂口的大小将随着蜗壳体积的膨胀而变小，漏水反而因之减小，这与在5号水轮机引水系统充水过程中观察到的现象是一致的。因此，基本可以断定：漏点是在5号机蜗壳取压接头或管道上。

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3 处理过程

在判明了最大的怀疑对象后，确认和处理工作变得非常简单。方案首先是在蜗壳内部的三个测压断面搭设脚架，检查测压接头的安装是否完好；然后在封堵测压管，做打压试验，检查测压管是否完好；对发现不能保压的测压管，从表计接头通入压力水，同时封堵取压口，足够长时间后，预计将在蜗壳进人门的蜗壳与混凝土结合缝处观察到有水流出。

通过以上步骤，确认了有两根测压管在蜗壳的膨胀间隙处发生了破裂，证明对漏水的来源分析是完全正确的。对发生泄漏的测压管，在蜗壳内部，对其取压口进行了封焊。最终，漏水处理获得了圆满的成功，各部位的漏水完全消失，排除了隐患，保障了现场文明生产。

4 总结与建议

随着运行年限的增加，其它机组也陆续发生了相同的缺陷。到2009年底，电站的全部6台机，共8根测压管的相同位置出现泄漏，都用相同的步骤进行了确认、处理。该缺陷具有普遍性，见表2。

表2 发生泄漏的测压管统计

当我们回过头来分析蜗壳的安装工艺和运行状态，会发现，其测压管在该位置发生破裂、泄漏，并非只是安装质量问题所致，其设计决定了这是很难避免的。蜗壳混凝土采用保压浇注，由于膨胀间隙的存在，蜗壳所受约束很小，在机组投运、蜗壳充水时，蜗壳将产生弹性变形、胀大。测压管与蜗壳之间的连接，在结构设计和安装工艺上未采取特别措施。由于膨胀间隙的变化，在蜗壳膨胀、收缩过程中，测压管穿过该间隙的部分将出现极大的变形应力，极易损坏；位置越靠上，膨胀间隙越大，变形应力越大，越容易破裂，这可以从表2中的数据得到印证。蜗壳内部的水压因水库水位、机组负荷、机组检修等原因而反复变化，膨胀间隙随之反复变化，该段测压管就会反复受到变形应力的作用，疲劳损伤。所以，随着机组运行年限的增加，产生故障的测压管数目也会逐步增加。

蜗壳压力，是水轮发电机组运行中重要的监测参数。如果蜗壳测压管发生泄漏，测值不再准确，自然失去测量价值，然而，埋管段一旦发生泄漏却无法修复；从蜗壳来的漏水压力高、流量大，会造成难以预知的严重危害。因此，在设计、安装阶段对此应予足够重视。特别是对于高水头水轮机的蜗壳测压管，应在其与蜗壳相接的部位设置必要的变形适应结构，以免因蜗壳膨胀间隙变化而损坏，造成难以挽回的损失。

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1672-5387（2010）04-0050-03

2010-05-14

徐文峰（1974-），男，高级工程师，从事水电厂生产技术管理工作。