宝泉抽水蓄能电站水泵水轮机模型验收试验

宝泉抽水蓄能电站水泵水轮机模型验收试验

王胜军胡清娟

（河南国网宝泉抽水蓄能有限公司）

摘要：历时35天的河南国网宝泉抽水蓄能电站水泵水轮机水力性能模型验收试验于2005年9月26日圆满结束。本文对模型试验台、试验装置及模型试验结果进行了简单介绍。

关键词：宝泉抽水蓄能电站水泵水轮机模型试验

1 概况

宝泉抽水蓄能电站位于河南省辉县市薄壁镇大王庙以上2.4km的峪河上，距新乡市45km，距焦作市约30km，与郑州市直线距离约80km，是一座日调节纯抽水蓄能电站。电站装机容量1200MW，装设4台单机容量为300MW的立轴单级混流可逆式水泵水轮机-发电电动机组。电站建成后以500kV出线接入河南电网，担任河南电网的调峰、填谷、调频、调相以及事故备用等任务。

宝泉抽水蓄能电站主要参数

当地重力加速度9.7980m/s2水温0～28°C

额定转速500r/min 水轮机额定水头510.00m

电站运行最大毛水头570.40m 电站运行最小毛水头494.00m

水轮机额定出力306MW 水泵最大入力315.4MW

水泵水轮机安装高程即水泵水轮机导叶中心高程EL.150.0m

额定频率 50Hz（正常频率变化范围：49.5～50.5Hz；短时允许频率变化范围：48.5～51.0Hz）

本次模型验收的主要工作程序是：试验项目检查、试验室检查、讨论验收试验大纲；模型试验台原级标定仪器设备有效期内鉴定证书的检查；用于测试的各传感器的标定；水泵-水轮机效率试验；水泵-水轮机空化试验；水泵-水轮机压力脉动试验；飞逸转速试验；水泵

水轮机全特性试验；导叶水力矩试验；水推力试验；蜗壳压差与尾水管压差试验（Winter-Kennedy试验）；顶盖压力试验；模型通流部件的几何尺寸检查；验收纪要讨论与签字。

2 试验台及模型试验装置简介

宝泉抽水蓄能电站水泵水轮机模型试验是在法国ALSTOM的TP3试验台上进行的。TP3试验台是一座高水头立式试验台，主要测量设备和仪器仪表均为高精度有效原级率定设备，水轮机轴承为内、外双套轴承，内套为机械轴承，外套为静压油轴承；发电机定子摆动轴承为静压油轴承。试验台运行范围：

最大出力：在转速100～2400r/min时为360kW

最大试验水头：150m

水轮机运行工况的通常试验水头：10～60m

水泵运行工况通常试验转速：800～1400r/min

最大流量：900l/s

用于试验的宝泉模型机组由蜗壳、固定导叶、活动导叶及调节机构、转轮及轴系、尾水管等主要部件组成，根据模型的流道尺寸按几何比例放大进行真机制造；模型机的蜗壳采用玻璃纤维和树脂结构，尾水直锥管段上部为有机玻璃、下部及尾水肘管为金属焊接结构，转轮叶片为铜材质，活动导叶下环可被气囊顶起以便减小导叶端面间隙，另有8个特制导叶可替换常规导叶用于测量导叶水力矩。按照要求在模型机组上布置安装了水头（扬程）、转速、压力脉动传感器等测试仪器。

ALSTOM公司的TP3试验台的功能和运行范围满足宝泉抽水蓄能电站水泵水轮机模型试验的要求，测试仪器仪表和数据采集及处理系统满足试验要求，试验效率误差计算方法正确，模型机组的设计加工满足要求。

3 模型试验结果

3.1 水泵工况能量试验

水泵工况能量特性模型试验在恒定试验转速下进行，验收时要求模型试验的雷诺数必须满足IEC60193的规定。

根据初步试验报告，宝泉抽水蓄能电站水泵正常运行范围所对应的导叶开度为γ＝16º～22º，验收时对导叶开度γ＝16º、18°、20º、22º和24º的水泵能量特性曲线进行了重复性检查，共复核了99个工况点，并随机对若干个工况点的计算数据进行了校核，复核结果与初步试验结果基本吻合。

在此基础上确认了水泵的最优工况，对该工况连续采集10次（并将该组数据用于水泵效率试验误差计算），平均效率为91.41%。根据IEC60193规程和合同规定的效率修正公式，原模型效率修正采用二步法。

对合同规定的575m、560m、545m、530、515和500m扬程，在电站装置空化系数下对相应流量的效率进行了测试，以验证水泵工况加权平均效率。

在电站装置空化系数下进行了最高和最低扬程下的流量、入力、效率的测试。

试验结果见下表：

内 容

单位初步试验结果验收试验结果 保证值水泵加权平均保证效率

水泵模型加权平均效率

% 91.24 91.34 91.30 水泵原型加权平均效率

% 93.37 93.46 93.36 水泵最高保证效率

水泵模型最高效率(m)

% 91.35 91.39 91.40 相应扬程(m)

m 49.01 47.51 58.81 相应流量(m)

m 3/s 0.232 0.247 0.313

水泵原型最高效率 % 93.48 93.52 93.57 相应扬程 m 545 528.6 536.9 相应流量 m 3/s 49.6 52.6 49.7 最小扬程Hpmin m 497.9 497.9 497.9 相应流量 m 3/s 57.96 58.13 55.2 水泵模型效率(m) % 90.91 91.05 90.29 水泵原型效率 % 93.05 93.17 92.35 在频率为50Hz 时包括误差在内的原型水泵最大入力 MW 302.1 303.3 303.4 在电网正常频率变化范围内、包括原模型换算误差在内

的原型水泵最大入力 MW 314.2 315.1 315.4 水泵最大扬程（m ） m 573.9 573.9 573.9 相应流量（m 3/s ） m 3/s 43.7 43.4 40.0 在最大扬程，正常运行最小频率范围内，H/Q 对应的点与驼峰区的开始点之间的裕度（%） % 未满足，提出相关报告

及保证措施 ≥3

原型特性曲线如下：

水泵工况的能量特性验证试验进行了最高效率、加权平均效率试验，保证流量试验，水

泵最大入力试验，结果与初步试验报告中提供的结果相吻合。水泵工况的最高效率、加权平

均效率、保证流量、水泵最大入力等性能满足合同指标。对于在最大扬程、正常运行最小频

率范围内，H/Q 对应的点与驼峰区的开始点之间的裕度未达到最大扬程的3%的问题，

ALSTOM 提出了相关报告及保证措施。

3.2 水泵空化试验

水泵空化试验是在恒转速的条件下进行，模型试验雷诺数大于4.0×106。

初步试验报告提供了模型试验转速n M =1200r/min 下的NPSH ～Q 曲线图，该图表明：在

正常水泵运行范围（电网频率49.5～50.5Hz ）内装置空化系数大于初生空化系数。但由于试

验方无法观察到水泵叶片进口压力面的汽泡，故该图中的大流量区域的初生NPSH i 曲线是按

照临界NPSH c （效率下降1%）的1.4倍选取的。

验收团认为水泵的空化指标是机组的重要性能指标之一，建议试验方抛光转轮叶片表

面，水泵叶片进口压力面的情况。

模型验收试验阶段共选择10BAOQUAN : Acceptance test results transposed to prototype 460470480

490500

510520530540550560

570

580

590600H p r

o t

o (m )max head all units min head 1 unit Test results envelope guaranteed points Baoquan model acceptance test TP3-559Baoquan prototype characteristic : Efficiency versus pump lift

P r

o

t o

t

y

p

e

e f f i

c

i e

n

c

y (%

) Efficiency curve

Guaranteed points

Baoquan model acceptance test TP3-559