摘要：本文简要介绍了大言水电站贯流式水轮机模型验收情况，通过对水轮机的效率、空化、飞逸和压力脉动等的特性参数验收试验，表明大言水电站水轮机上述各项指标均符合合同规定要求，对电站今后运行有重要的参考意义。
关键词：贯流式机组　水轮机　模型试验　特性参数
1　电站概况
大言水电站工程位于福建省将乐县城上游55公里的黄潭镇大言村，为低水头河床式水电站，装机容量32MW，安装两台单机容量为16MW灯泡贯流式水轮发电机组，水轮发电机组由东方电机股份有限公司承担制造，工程计划于2004年10月第一台机组投产发电。
电站基本参数：水轮机型号：GZD278A-WP-470，转轮直径4.7m，额定水头下的比转速893m.kw,同步转速115.4r/min，额定容量16.67MW，额定流量191.512m3/s，最大水头12.2m，加权平均水头10.65m，额定水头9.5m，最小水头4.5m，水库正常蓄水位197.8m，死水位196.3m，下游最低尾水位183.10m。
2　试验概况
东方电机股份有限公司研究试验中心DF-28水力机械通用试验台建成于1993年，它是一座现化化的高参数、高精度水力机械通用试验台，试验台为封闭式循环系统，能够进行模型水轮机的能量、空化、压力脉动、飞逸转速等水力试验，以及轴向水推力、导叶水力矩、浆叶水力矩等力矩特性试验，可以用于贯流式、轴流式、混流式及可逆式等水轮机的水力试验，到目前为止已完成了国内外多个大中型电站的水轮机模型试验。
DF-28试验台的主要参数
最高试验水头28m，模型转轮直径350-500mm，测功电机最高转速1700r/min，测功电机功率100kW，最大试验流量1.0m3/s，模型转轮吸出高度-8.5― 25m，最小空化系数0.02，水轮机效率测量的不确定度±0.3。
根据《将乐大言水电站招标及合同文件》的要求，由业主、福建省水利水电勘测设计研究院、福建省电力试验研究院及福建省电力公司一行十人组成的模型试验复核性验收组，于2003年1月14日至1月20日期间，在东方电机股份有限公司DF-28水力机械通用试验台上，对东方电机股份有限公司为大言水电站提供的D278A-B4模型水轮机进行了模型验收试验，并通过了验收，现将此次验收试验结果叙述如下。
3　模型试验
3.1试验台的要求
试验台管路按水轮机工况连接，测功机作正向发电机运行（发电机方向为正向），水头恒定，水泵电机作正向电动机运行（水泵电机电动机方向为正向）。工况点由浆叶角度、导叶开度和测功机转速设定，吸出高度Hs由调节尾水箱的压力来实现。
在效率试验前，对测量试验主要参数的仪器、仪表如电磁流量计、负荷传感器、水头传感器等进行原位校正，校正内容主要包括有：
1）电磁流量计：校正范围为0.25-0.95（m/s）
2）力矩传感器：校正范围为0-1000（N）
3）水头传感器：校正范围为0-100（KPa）
3.2效率试验
3.2.1试验条件
试验水头约为5m。
效率试验将测绘模型水轮机完整的能量特性，最终绘制综合特性曲线，试验覆盖原型水轮机全部运行水头范围。模型试验在浆叶为定浆的状态下进行，试验导叶开度分别为25o、30o、35o、40o、45o、50o、55o、60o、65o、70o、75o、80o、85o，浆叶角度分别对应5.1o、12.5o、17.4o、22.4o、29o、37o、42o等7个角度，在完成定浆试验的基础上，最终整理、计算出具有浆叶角度和导叶开度协联关系的能量特性曲线。
在定浆条件下，通过改变开度，设定转速，可建立不同工况的试验条件，数据采集系统随时对工况点进行采集，每一工况点的采集时间为10S。单位转速范围为n11120-260r/min，单位流量范围为Q11500-40001/s，单位转速的间隔n11为5r/min。每一开度的试验点大约为10个左右。
单位转速与运行水头的对应关系
运行水头H（m）12．2010．659．54．5
单位转速n（r/min）155．3166．2176255．6
能量试验的主要结果
单位参数额定工况点最优工况点
Q11（1/s）2821．11998．2
n11（r/min）176．0156．5
η（）91．9993．52
3.2.2效率保证值与试验结果对比
（1）额定水头9.5m、发额定出力16.6MW时，原型水轮机效率保证值不低于93.4，实测值为93.4，满足《合同》要求。
（2）全部运行范围内，原型水轮机最高效率保证值不低于95，实测换算值为95，满足《合同》要求。
（3）根据合同要求，水轮机在额定转速运行时，模型水轮机加权平均效率保证值不低于91.94，原型水轮机加权平均效率保证值不低于93.44，实测模型水轮机加权平均效率值为92.05，换算值为原型水轮机加权平均效率值为93.47，满足《合同》要求。

合同中规定的效率保证值与验收试验结果对比数据表
3.3空化试验
3.3.1试验条件
试验水头约为5m
在能量试验的基础上，试验选取每个定浆角度的协联工况点进行空化试验，单位转速范围n11140-260r/min。在定单位转速情况下，通过改变尾水箱的压力来改变空化系数的方法进行，即改变尾水箱真空度，使转轮逐步发生空化，进行数据采集，然后将空化系数与效率、力矩、单位流量的关系η=f（б），Q11=f（б）以及P11=F（б）画在同一张曲线上。再根据IEC规程的要求取出临界空化系数点，临界空化系数点定义为бs。
3.3.2试验结果
通过试验可确定不同特征水头下100出力时空化试验系数

试验结果表明水轮机在额定出力工况点的临界空化系数为1.58，满足合同规定不大于1.6的要求，从上表可以看出该转轮在全部运行范围内有足够的空化余量。
3.4压力脉动试验
3.4.1试验条件
试验水头约为5m
试验在水轮机全部运行水头与出力范围内，在电站装置空化系数条件下，测定压力脉动振幅与频率，测点位于机组尾水管距转轮中心线355mm处水平方向对称位置。
压力脉动测试系统由压力传感器、高速数据采集版卡、工控计算机及基于Window操作系统的应用软件组成，高速数据采集板完成各通道信号的同步采样，记录时域上的模拟信号波形图，应用软件调用FFT分析处理模块对信号进行频谱分析，确定波形的第一主频及主频对应的幅值（分频值）。
试验中压力脉动幅值被定义为压力脉动波形的双振幅峰峰值与试验水头的比值。
A=A1/H×100
式中：H：试验水头（m）
A1：压力脉动双振幅，按97的置信概率选取。
3.4.2试验结果
初步试验时压力脉动的采样频率为200HZ，采样时间为10秒，对两个测点进行同步采样。
压力脉动试验在电站实际装置空化系数下进行，压力脉动幅值定义为压力脉动的混频双振幅ΔH与试验水头H的百分比值，其混频双振幅H值的确定按照97的置信概率方式确定，验收组在合同规定的运行范围内选取了两个叶片转角Φ=17.4Ο和37.0Ο共4个工况点进行了压力脉动验收复核试验。
压力脉动验收试验结果


根据试验结果，模型验收试验结果与初步试验结果基本一致，各特征水头段的压力脉动均满足合同要求，水轮机可在正常的运行范围内安全稳定运行。
3.5飞逸试验
3.5.1试验条件
试验水头约为3m
飞逸特性试验是通过调节测功机使输出力矩绝对值小于1.0N.m时进行采集，试验在定浆状态下进行，试验导叶开度α=5o-85о，更换一个导叶开度采集一个试验点，完成一个叶片转角的试验后，作出该转角的飞逸特性曲线，完成所有叶片转角的试验后，即可作出该转轮非协联工况飞逸特性曲线。在水轮机运行范围内最大飞逸单位转速为424r/min。
3.5.2试验结果
《合同》规定，当发电机空载，在最大水头导叶最大可能开度条件下，机组最大飞逸转速不大于323.0r/min。模型试验结果表明，当模型水轮机开度α=700时，最大飞逸转速为424r/min，按此计算在电站最大水头12.2m时真机最大飞逸转速为：315.1r/min。模型试验值小于《合同》保证值323.0r/min，满足《合同》要求。
4　结论
大言水电站水轮机经过试验证明，主要性能指标：效率、出力、空蚀、飞逸转速、压力脉动等达到了合同的要求，所选验收试验工况具有代表性，结果真实，令人满意，给大言水电站机组将来安全运行提供了可靠的依据。