《抽水蓄能電站水泵水輪機模型驗收試驗導則》

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ICS27.140

P59

DL

中華人民共和國電力行業(yè)標準

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抽水蓄能電站水泵水輪機模型驗收試驗

導則

Guideformodelacceptancetestsof

pump-turbines

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征求意見稿

2020-XX-XX發(fā)布2020-XX-XX實

施

國家能源局發(fā)布

I

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II

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抽水蓄能電站水泵水輪機模型驗收試驗導則

1范圍

本文件規(guī)定了抽水蓄能電站水泵水輪機模型驗收試驗的基本規(guī)定、儀器設備、試驗大綱、試驗準備及

試驗項目的基本要求。

本文件適用于機組功率大于5MW或轉輪公稱直徑（D1）大于3m的水泵水輪機的模型驗收試驗。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文

件。

GB/T15613水輪機、蓄能泵和水泵水輪機模型驗收試驗

IEC60193：2019水輪機、蓄能泵和水泵水輪機-模型驗收試驗（HydraulicTurbines,StoragePumps

AndPump-Turbines-ModelAcceptanceTests）

IEC62097:2019徑流式和軸流式水力機械從模型到原型的水力性能換算方法（Hydraulicmachines,

radialandaxial-Methodologyforperformancetranspositionfrommodeltoprototype）

3基本規(guī)定

3.1試驗條件

3.1.1在正式驗收試驗前應提交初步模型試驗報告，初步模型試驗報告應具備完整性，包括（但不限于）：

a)模型試驗臺及測試系統(tǒng)介紹：包括試驗臺構成、試驗臺主要參數(shù)、試驗臺參數(shù)測量設備及校準方

法、試驗臺數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、試驗臺測量儀器一覽表（包含規(guī)格參數(shù)與精度）、原級測試設

備檢定校準證書、試驗臺模型效率綜合測試誤差分析等；

b)模型水泵水輪機主要參數(shù)及圖紙：包括模型水泵水輪機主要參數(shù)，模型裝置總裝圖、導水機構平

面布置圖、模型轉輪圖、蝸殼及尾水管流道圖、壓力和壓力脈動測點布置圖等；

c)模型試驗參數(shù)計算方法及完整的算例；

d)模型試驗主要項目；

e)模型初步試驗成果應包括試驗條件，模型及換算成原型的試驗結果，與合同保證值或要求值對比

表、試驗結果圖表、試驗原始數(shù)據(jù)等。其中試驗結果圖表包括（但不限于）：

1)模型水泵水輪機的水輪機綜合特性曲線上，橫軸以換算成單位流量Q11表示，縱軸以換算成單

位轉速n11表示。等效率曲線應為ReuM下的模型效率，在水泵水輪機正常運行工況范圍，高效

率區(qū)曲線應不大于0.5%的間隔遞增，其他運行區(qū)域間隔可適當加大，但不宜大于1%，并標

出最高效率值。導葉開度線不應大于5%模型最大導葉開度遞增。應包括空化系數(shù)曲線和壓力

脈動曲線。壓力脈動曲線以相對振幅H/H表示，H為混頻狀態(tài)下的峰峰值。并標出水輪機

實際運行區(qū)域。

2)模型水泵水輪機的水泵特性曲線上，橫軸以換算成流量系數(shù)1表示，縱軸表示有不同導葉開

度下壓力系數(shù)1、水泵效率pM、功率系數(shù)1、空化系數(shù)、壓力脈動參數(shù)的關系曲線，和原

型水泵水輪機水泵工況實際運行區(qū)域。模型水泵特性應包括頻率49.8-50.5Hz變化的運行范

圍，并包括頻率為48.5Hz、49Hz、49.5Hz、49.8Hz、50Hz、50.2Hz、50.5Hz時的運行范圍。

各頻率的水泵特性曲線應繪制在不同的圖中。

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3)四象限全特性圖中，不同導葉開度曲線橫軸以單位轉速n11表示，縱軸以Q11、M11表示。最大

導葉開度間隔不大于最大模型導葉開度的10%(S區(qū)附近不大于5%最大導葉開度)，并應包括

導葉開度為零和5%時的曲線。

4)應繪制導葉開度與單位飛逸轉速之間的關系曲線。并進行原型飛逸轉速計算，繪制原型水輪

機在最小、平均及最大凈水頭下的導葉開度和飛逸轉速曲線。

5)4個導葉在不同開度時的力矩特性曲線。

6)表示原型水泵水輪機運行參數(shù)的運行特性曲線圖。原型水輪機運行特性曲線以凈水頭為縱坐

標、功率為橫坐標以及以凈水頭為縱坐標、流量為橫坐標兩種格式分別在A3幅面表示。原

型運行特性特性曲線包括等導葉開度線、等效率曲線、最高效率、等空化系數(shù)線、等壓力脈

動線、水輪機運行范圍、飛逸特性曲線等。原型水泵運行特性曲線包括流量揚程曲線、流量

效率曲線、流量入力曲線、協(xié)聯(lián)曲線、運行范圍、等初生空化系數(shù)線（含正常頻率變化）、

零流量工況揚程和入力曲線、壓力脈動曲線等。

f)模型初步試驗總結及結論。

3.1.2驗收試驗前應提交依據(jù)初步試驗四象限試驗結果計算的水泵水輪機的過渡過程成果，過渡過程的

結果應滿足合同與設計要求。

3.1.3模型驗收試驗大綱應通過需方審查。

3.2試驗程序

3.2.1準備階段

a)應提交被檢測的水輪機模型及相關的設計資料，初步模型試驗報告及數(shù)據(jù)等；

b)應編制和審查模型驗收試驗大綱，確定驗收試驗安排；

c)驗收試驗開始前宜組建驗收組，并應做好模型驗收試驗工作安排。

3.2.2驗收試驗階段

驗收試驗應按以下規(guī)定執(zhí)行：

a)測量本文件規(guī)定的所有有關模型的數(shù)據(jù)，試驗結果作為與保證值或其他合同規(guī)定值進行比較的基

礎；

b)雙方確認的結果應歸入最終試驗報告中；

c)應對試驗的全過程進行監(jiān)督和見證；

d)應編寫驗收日志，并經(jīng)雙方代表確認簽字。驗收日志參照附錄A中的表A.1執(zhí)行；

e)應對試驗結果簽字確認；

f)試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，并如實描述是否滿足合同要求；

g)無需現(xiàn)場見證試驗的項目，雙方可約定進行資料驗收。

3.3試驗室

3.3.1實驗室在總體布置、能力和儀器質(zhì)量等方面應滿足試驗要求。

3.3.2試驗回路應具備以下特征：

a)當模型出現(xiàn)空化現(xiàn)象時，試驗回路其他部位不應發(fā)生空化以致影響試驗臺或者模型性能測量的穩(wěn)

定性或者正常運行；

b)模型中所有夾帶的氣泡不應影響測量儀器的性能，特別是流量和壓力測量裝置；

c)在流量測量儀器和試驗模型之間，應無外部流量補入和內(nèi)部流量泄漏，存在可能產(chǎn)生流量泄漏的

部位應設置檢測驗證裝置。

3.3.3試驗臺能力（例如功率、壓力、水力比能、流量和NPSE）應滿足最小模型特征尺寸和試驗條件等

要求。

3.3.4試驗臺運行應是穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)的，沒有波動或脈動的影響。

3.3.5試驗用水應潔凈、清澈，滿足試驗要求。

3.3.6試驗水溫宜在8℃~35℃范圍內(nèi)，并且每天的試驗水溫不應超過5°。

3.3.7試驗臺應具有良好的水力條件，在模型進口應避免過大湍流和不穩(wěn)定流，模型出口處的流態(tài)不應

受試驗臺布置的影響。

-3-3-3-3

3.3.8溶解氧含量值宜保持在3×10kg·m至6×10kg·m之間。

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3.4模型裝置

3.4.1模型裝置應稍超過高壓和低壓基準斷面，所有影響原型性能的水力流道，例如進出口流道，宜包

括在模型中。

3.4.2水泵水輪機模型轉輪低壓側出口直徑（D2）應大于250mm，所有與主要水力性能保證值和空化影響

相關的試驗應使用同一模型。

3.4.3模型的布置和結構設計應符合規(guī)定的試驗項目，還應滿足以下要求：

a)應通過適當?shù)脑O計和材料的選擇，減少在選定試驗水力比能下因荷載引起的變形；

b)用于改變水力機械幾何結構的可調(diào)整部件（例如轉輪和導葉）應能重復并保持在設定位置；

c)軸承系統(tǒng)的主軸和固定部件應有足夠的剛度，避免在正常試驗時轉輪與迷宮環(huán)擦碰。密封迷宮間

隙宜大于0.15mm；

d)流道宜為水力光滑表面；

e)除了表面條件的一般要求外，應特別注意連接部位的匹配，以避免任何局部流動分離；

f)應選擇抗氧化和電化學腐蝕的材料，在試驗期間，過流表面應保持良好的狀態(tài)；

g)應提供易于清理或修復過流表面的措施；

h)為了觀察轉輪和尾水管內(nèi)的流態(tài)，應設有一個透明的錐管或觀察窗；

i)當進行壓力脈動、導葉水力矩試驗時，模型應便于安裝并能對相應的測量設備進行檢查；

j)如果出現(xiàn)任何不模擬條件（例如轉輪下環(huán)/上冠厚度、密封設計等方面的差異），應相互商定對

差異采取的分析評定方法。

3.4.4在3.4.1規(guī)定的范圍內(nèi)，模型和原型的所有過流部件應幾何相似，這還包括可能對性能測量有影

響的細節(jié)。但是在某些無法避免與相似性存在微小偏差的特殊情況下，應協(xié)商是否要對結果進行修正。

3.4.5由于結構上的原因，模型和原型之間，要求主軸和轉輪密封間隙和推力平衡裝置滿足幾何相似或

水力等效是不現(xiàn)實或不合理的（尤其是比尺較大時）。這種情況下，模型和原型間的泄漏損失和軸向力系

數(shù)是不同的。這種差別可忽略或準確估算以計算出原型的水力效率和水推力。為了評估其對水力效率的影

響，可以使用IEC62097提供的換算公式。

3.5試驗檢查與確認

3.5.1試驗期間，應對模型裝置、各儀器設備等進行必要的檢查，確保模型裝置、各儀器設備保持正常

狀態(tài)。

3.5.2試驗期間，應對當天試驗數(shù)據(jù)進行整理和確認。

3.5.3試驗結果出現(xiàn)明顯異常時應及時復核檢查，如有必要可重新進行該項試驗內(nèi)容。

3.5.4根據(jù)初步試驗和驗收試驗的結果，必要時可做一些補充試驗，補充試驗結果也應歸入最終試驗報

告中。

4儀器設備

4.1用于確定主要參數(shù)的測量設備應滿足本文件規(guī)定的條件。

4.2主要儀器的標定應能溯源到國家計量基準。

4.3測量儀器宜能夠獨立于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行平行讀數(shù)，以便于驗證。應確保測量儀器所處環(huán)境溫度在

制造商允許范圍內(nèi)。

4.4模型驗收試驗主要儀器儀表宜滿足以下相關要求：

4.4.1傳感器

a)用于性能參數(shù)測量的傳感器應當在穩(wěn)定的溫度環(huán)境中工作，不應將其置于受陽光直射、加熱板和

通風管道等影響而產(chǎn)生溫度變化的地方；

b)應了解測量對象的動態(tài)特性，保證傳感器在設計的頻率范圍內(nèi)使用；

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c)當使用具有特殊的固有阻尼特性或可調(diào)響應時間的傳感器以及傳感器的感應元件具有較大形變

時，應非常小心。該類傳感器在平均值測量和動態(tài)測量中均可能產(chǎn)生錯誤的測量的結果。

4.4.2電磁流量計

a)應注意檢測電子回路輸出中是否存在漂移以及電極表面的狀態(tài)，至少應每次維護檢查后進行標定；

b)電磁流量計可采用原級法（稱重法或容積法）進行標定，其中采用原級法時向稱重容器內(nèi)或容積

池內(nèi)充水時間不得少于100s，分流裝置的切換和充水過程計時應準確，計時允許誤差為±0.01%。

c)流量測量的允許誤差（fQ）為±0.20%。

4.4.3壓力傳感器

a)應根據(jù)測量壓力選擇范圍合適的壓力傳感器；

b)壓力傳感器應具有以下特性：

1)足夠的標定穩(wěn)定性；

2)高重復性，遲滯現(xiàn)象可忽略不計；

3)零漂小，溫度靈敏度低；

4)施壓時不受偏移效應的影響。

c)整個壓力傳感器系統(tǒng)應在試驗壓力條件下標定。傳感器的精度主要取決于標定的精度。應使用原

級法或高精度壓力校驗儀進行標定，允許在試驗期間任何時間檢查傳感器系統(tǒng)的測量值；

d)測量水頭的傳感器或儀表應采用原級設備或高精度壓力校驗儀等標準儀器進行原位標定。

4.4.4力傳感器

a)在確定總力矩時，宜通過標定過的砝碼來平衡部分作用在測功臂上的力；

b)在試驗過程中，應在試驗的整個轉速和壓力范圍內(nèi)準確計算和確定；

c)力矩傳感器的允許誤差（f）為±0.15%。

4.4.5壓力脈動傳感器

a)壓力脈動的測量采用高分辨率的動態(tài)壓力傳感器，傳感器應具有足夠的靈敏度（），測量

壓力范圍不小于70kPa，上升時間不大于5μs，頻率響應范圍應能覆蓋被測信號的全部有用頻率，諧振頻

±0.1%??

率不小于200kHz，低頻響應小于1Hz，分辨率小于0.1kPa(0.01m水柱)，非線性度小于1.0％FS；

b)壓力脈動傳感器的模擬量輸出應在信號調(diào)理單元中進行放大和濾波為了防止失真，低通濾波器的截

止頻率fc應小于采樣頻率的1/3，放大器的布置宜靠近傳感器以減少電纜拾取噪聲的干擾；

c)宜采用階躍壓力標準儀器對傳感器進行標定，校準儀器的壓力幅值不確定度不應大于0.1％；

d)宜采用并行操作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括動態(tài)壓力傳感器、信號調(diào)理單元、高速數(shù)據(jù)采集模塊和計算機

等部件，其規(guī)定如下：

1)采集系統(tǒng)測量鏈的最大允許誤差應小于測量范圍的±5％；

2)信號處理裝置的最大允許誤差小于振幅的±1％且相位差小于±10°；

3)A/D轉換器分辨率不小于16位，采樣頻率應達到每通道2kHz以上。

5模型驗收試驗大綱

5.1模型驗收試驗大綱宜包括以下內(nèi)容：

a）試驗的目的和范圍；

b）試驗標準及依據(jù)；

c）試驗臺的描述；

d）模型試驗裝置與原模型的基本參數(shù)；

e）試驗日程安排；

f）模型驗收試驗項目及試驗條件；

g）模型水輪機組的檢查及測量儀器標定；

h）各項驗收試驗工況點的選定；

i）原型參數(shù)換算和保證值修正方法；

j）要求完成的驗收成果，包括各種特性曲線、數(shù)據(jù)、圖表和通流部件的幾何形狀及尺寸。

5.2試驗臺的描述應包括試驗臺主要參數(shù)和功能。

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5.3驗收試驗應包括以下內(nèi)容：

a)水泵工況能量特性試驗；

b)水泵工況空化特性試驗；

c)水泵工況壓力脈動特性試驗；

d)水泵工況零流量試驗；

e)水泵工況異常低揚程試驗；

f)水輪機工況能量特性試驗；

g)水輪機工況空化特性試驗；

h)水輪機工況飛逸特性試驗；

i)水輪機工況壓力脈動特性試驗；

j)水輪機工況異常低水頭試驗；

k)四象限特性試驗；

l)差壓測流試驗；

m)導葉水力矩特性試驗；

n)水推力試驗；

o)頂蓋壓力試驗；

p)尺寸測量。

應協(xié)商確定導葉水力矩特性試驗、水推力試驗和頂蓋壓力試驗的驗收形式。

5.4在大綱中應明確各項試驗的驗收方式和試驗條件，主要性能保證值點應包含在試驗工況點中。

5.5驗收試驗日程應包括各項主要工作的時間節(jié)點。

6試驗準備

6.1應檢查模型裝置，保證模型水輪機和試驗臺之間連接良好，管道連接段無泄漏，模型水輪機與測功

裝置同軸度、葉片端部間隙和密封間隙等滿足試驗要求。

6.2應檢查儀器儀表的有效證書。

6.3應測量確認保證值的基礎數(shù)據(jù)，如基準斷面、水庫上游和下游水位范圍、輸水系統(tǒng)各部分水力損失

等。

6.4驗收試驗中用于數(shù)據(jù)采集的儀器設備應采用原級方法進行標定，標定前應確定標定的范圍、方法、

重新標定的條件等，標定的結果應得到確認。

6.5應明確規(guī)定驗收試驗之前，期間或之后將被檢查的部件。

6.6可選擇部分試驗工況點進行預試驗，以檢查測試設備和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是否正常工作。

6.7應檢查確認壓力脈動傳感器測點的位置，測點位置應滿足表1要求，且模型與原型測點位置應一一

對應。

表1壓力脈動傳感器測點

測點序號測點位置描述備注

p1蝸殼進口

p2、p3轉輪與導葉之間的無葉區(qū)（宜在水輪機工況額定導葉開度下關鍵測點

導葉出水邊內(nèi)切圓直徑與轉輪上冠外徑之間的1/2處的分布

圓上，分別布置在機組+X和+Y方向附近。）

p4、p5尾水管錐管（距轉輪低壓側0.4倍D2處，上、下游側各布置1關鍵測點

個測點。）

P6、p7尾水管肘管段

p8頂蓋與轉輪上冠之間一個測點

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p9底環(huán)與轉輪下環(huán)之間一個測點

7水泵工況能量特性試驗

7.1試驗目的

7.1.1驗證驗收試驗數(shù)據(jù)與初步試驗數(shù)據(jù)的吻合性。

7.1.2驗證水泵工況能量特性試驗的最優(yōu)效率點、加權平均效率、最大入力、最高揚程和最低揚程的平

均流量、駝峰區(qū)裕度等關鍵參數(shù)是否滿足合同要求。

7.2試驗條件

7.2.1在保證范圍內(nèi)，水泵工況性能試驗宜在恒定轉速下進行，且試驗轉速應滿足最低水力比能E≥

300J/kg和雷諾數(shù)Re≥4.0×106要求。

7.2.2水泵工況最優(yōu)效率試驗應在無空化條件下進行，其余所有工況的試驗宜在電站空化系數(shù)下進行。

7.2.3水泵效率試驗應覆蓋整個水泵運行范圍，并包含效率保證工況點、最高揚程工況點、最低揚程工

況點。

7.3試驗流程

7.3.1試驗開始前，應對電磁流量計、差壓傳感器、主軸力矩傳感器、絕壓傳感器、壓力脈動傳感器等

儀器儀表進行標定，并且應滿足以下要求：

a)用校正池對電磁流量計進行原位標定（容積法或稱重法），應以最大試驗流量向校正池充水，并且

確保其充水時間不小于100s；應在全量程范圍內(nèi)，對電磁流量計進行標定，確定流量標定結果；

b)差壓傳感器可用數(shù)字壓力校驗儀或旋轉活塞壓力計進行標定，且應在全量程范圍內(nèi)進行正反行程標

定；

c)可使用電動加碼裝置及標準砝碼對主軸力矩傳感器進行原位校正，且應在全量程范圍內(nèi)進行正反行

程標定；

d)絕壓傳感器可用數(shù)字壓力校驗儀進行標定，且應在全量程范圍內(nèi)進行標定；

e)壓力脈動傳感器應采用動態(tài)校驗儀進行標定。

7.3.2在試驗臺電機恒定轉速下，通過調(diào)整活動導葉開度和試驗系統(tǒng)消能設備來獲得模型試驗中揚程、

流量和入力等參數(shù)，根據(jù)相似換算公式可以獲得原型相應參數(shù)。相應的換算方法及公式見GB/T15613。

7.3.3水泵工況的能量特性試驗應包括效率和輸入功率試驗、駝峰試驗、流量特性試驗和最大入力試驗

等試驗內(nèi)容。

7.3.4無空化條件下，在初步試驗結果的最優(yōu)工況附近選擇三個導葉開度進行試驗，確定水泵工況的最

優(yōu)效率點；并在最高效率點工況重復采集不少于10次數(shù)據(jù)，取最接近平均值的試驗點為最優(yōu)工況點，該

點效率ηhoptM用于原型水泵工況效率修正。

7.3.5將采集的數(shù)據(jù)作為算例進行復核計算，以驗證計算機試驗程序及輸入?yún)?shù)的正確性。

7.3.6試驗過程中應至少選定2個導葉開度的η=f（n11）曲線進行重復性驗證，其中1個導葉開度在最

優(yōu)效率點附近區(qū)域，其他需要驗證的工況由需方在綜合特性曲線上選定。

7.3.7在相應電站空化系數(shù)σp下，按合同規(guī)定的加權因子點，進行水泵工況各加權因子點效率試驗，并

計算加權平均效率。

7.3.8在完成所有開度的試驗后確定水泵的協(xié)聯(lián)運行曲線和最小協(xié)聯(lián)角度，最小協(xié)聯(lián)角度為在最高毛揚

程下(頻率f=50Hz)的協(xié)聯(lián)導葉角度。

7.3.9在相應電站空化系數(shù)σp下，水泵工況最大輸入功率試驗宜在最低毛揚程工況最優(yōu)導葉協(xié)聯(lián)開度下

進行，通常為電網(wǎng)頻率正常變化范圍內(nèi)且考慮原模型的換算偏差的功率最大值。

7.3.10駝峰區(qū)余量的測定應在水泵協(xié)聯(lián)開度下進行。駝峰工況點宜依據(jù)H-Q特性曲線選取，以流量減小

方向揚程曲線上正斜率區(qū)的最低點作為駝峰工況點，如果出現(xiàn)多個正斜率區(qū)則取最大流量的駝峰工況點，

并以流量揚程曲線和最大管路損失曲線的交點為基準揚程，計算駝峰點揚程和基準揚程的差值，確定駝峰

裕量。

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7.3.11宜在頻率f=50Hz下進行最高毛揚程或最低毛揚程的流量特性試驗，最小流量為最高毛揚程下同

一水道的所有機組滿抽時的原型流量，最大流量為最低毛揚程下同一水道的一臺機組滿抽時的原型流量，

平均流量為最大流量和最小流量的算術平均值。

7.4試驗數(shù)據(jù)處理

7.4.1水泵工況最優(yōu)效率點的試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按附錄B

中的表B.1進行統(tǒng)計。

7.4.2水泵工況各加權因子點效率試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按

附錄B中的表B.2和B.3進行統(tǒng)計。

7.4.3水泵工況最大輸入功率試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按附錄B

中的表B.4進行統(tǒng)計。

7.4.4駝峰區(qū)余量試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按附錄B中的表B.5

進行統(tǒng)計。

8水泵工況空化特性試驗

8.1水泵工況空化試驗宜在恒定轉速下進行，且最低水力比能應≥300J/kg。

8.2空化試驗時宜采用活動導葉中心線作為空化基準面。

8.3試驗前應盡可能排除系統(tǒng)中的自由氣體和氣泡，避免對空化試驗結果的重復性產(chǎn)生影響。

8.4試驗時應記錄試驗臺用水中的氣體含量，包括水中夾帶和溶于水的氣體，這在考慮空化試驗結果的

重復性和對比試驗中尤為重要。

8.5水泵工況空化試驗宜在最高揚程、最低揚程下進行，通常為正常電網(wǎng)頻率變化范圍。

8.6在空化試驗時應保持工況參數(shù)不變，單位水頭或單位流量之一應保持恒定。

8.7空化特性試驗的曲線以橫坐標為空化系數(shù)σ，縱坐標為效率η、單位轉速n11及單位流量Q11繪制

出以下三條曲線：η=f(σ)、n11=f(σ)和Q11=f(σ)。

8.8臨界空化系數(shù)σc的選取宜以η=f(σ)曲線為依據(jù)，并參考n11=f(σ)和Q11=f(σ)曲線，σc根據(jù)

效率曲線的下降值0.2~0.5%確定。

8.9初生空化宜使用閃頻儀觀察轉輪低壓側出口的流態(tài)確定，當大于最優(yōu)流量的運行區(qū)域，可采用噪聲

法或反面拋光法確定初生空化，初生空化系數(shù)σi宜按2個轉輪葉片表面開始出現(xiàn)可見氣泡為依據(jù)來確定。

8.10在電站空化系數(shù)、初生空化系數(shù)和臨界空化系數(shù)等狀態(tài)下宜采用拍照、攝像或繪圖的方法記錄空化

流動狀態(tài)。

8.11試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按附錄B中的表B.6和B.7進行

統(tǒng)計。

9水泵工況壓力脈動特性試驗

9.1在模型驗收試驗中應進行壓力脈動試驗，以獲取特定運行范圍內(nèi)壓力脈動的相對幅值、周期或隨機

性壓力脈動特征以及壓力脈動主頻等信息。

9.2水泵工況壓力脈動特性試驗宜在恒定轉速和相應電站空化系數(shù)下進行。

9.3試驗工況點應在水泵協(xié)聯(lián)曲線上的特征水頭中選取，并且水泵工況壓力脈動特性試驗宜在最高揚程、

最低揚程下及加權點進行，通常為正常電網(wǎng)頻率變化范圍。

9.4壓力脈動試驗測點布置應滿足6.6的要求。

7

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9.5特殊工況下如果試驗系統(tǒng)對壓力脈動試驗結果的產(chǎn)生失真性的影響，如水力激振頻率與系統(tǒng)固有頻

率接近時誘發(fā)系統(tǒng)共振等，應采取降低激振源的強度或改變系統(tǒng)阻尼等措施減小試驗系統(tǒng)的影響。

9.6試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按附錄B中的表B.8進行統(tǒng)計。

10水泵工況零流量試驗

10.1水泵工況零流量試驗宜在高空化系數(shù)下進行，零流量試驗應記錄揚程、輸入功率和壓力脈動等數(shù)據(jù)。

10.2導葉開度自近似零度開始，測量各工況點下的水泵揚程和輸入功率，并與初步特性曲線進行比較，

驗證吻合性。

10.3試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按附錄B中的表B.9進行統(tǒng)計。

11水泵工況異常低揚程試驗

11.1根據(jù)現(xiàn)場首臺機組首次起動條件或上水庫放空后的條件，確定異常低揚程的試驗工況。

11.2試驗內(nèi)容包括流量、輸入功率、空化特性、壓力脈動等，及相應的導葉開度。

12水輪機工況能量特性試驗

12.1試驗開始前，應對電磁流量計、差壓傳感器、主軸力矩傳感器、絕壓傳感器、壓力脈動傳感器等儀

器儀表進行標定，并且應滿足7.3.1的要求；如已進行相關儀器儀表的標定，將不需要進行重復標定。

12.2在保持試驗臺試驗水頭恒定的條件下，通過調(diào)整活動導葉開度來獲得模型試驗中水頭、流量和功率

等參數(shù)，根據(jù)相似換算公式可以獲得原型相應參數(shù)。相應的換算方法及公式見GB/T15613。

12.3在保證范圍內(nèi)，水輪機工況能量特性試驗宜在恒定水頭下進行，且試驗水頭應滿足最低水力比能E

≥300J/kg和雷諾數(shù)Re≥4.0×106要求。此外，試驗水頭宜滿足以下要求：

a)當額定水頭為200m及以下時；試驗水頭不低于30m；

b)當額定水頭為200m～400m（含）之間時；試驗水頭不低于45m；

c)當額定水頭在400m～500m（含）之間時，試驗水頭不低于55m；

d)當額定水頭為500m以上時，試驗水頭不低于60m。

12.4無空化條件下，在最優(yōu)工況附近選擇三個導葉開度進行試驗，確定水輪機工況的最優(yōu)效率點；并在

最高效率點工況重復采集不少于10次數(shù)據(jù)，以接近平均值的工況為最優(yōu)工況點，該點效率ηhoptM用于原

型水輪機工況效率修正。

12.5將采集的數(shù)據(jù)作為算例進行復核計算，以驗證計算機試驗程序的正確性。

12.6水輪機工況最優(yōu)效率點的試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按附錄

B中的表B.10進行統(tǒng)計。

12.7運行范圍內(nèi)的最高效率試驗，應在電站空化系數(shù)σp下進行，在初步試驗結果確定的工況點附近尋

找最高效率點，采集數(shù)據(jù)，其試驗結果與初步試驗結果進行對比，試驗結果按附錄B中的表B.11進行統(tǒng)

計。

12.8水輪機工況額定點的試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按附錄B中

的表B.12進行統(tǒng)計。

12.9在相應電站空化系數(shù)σp下，按合同規(guī)定的加權因子點，進行水輪機工況各加權因子點效率試驗，

并計算加權平均效率，試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按附錄B中的表

B.13進行統(tǒng)計。

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12.10在相應電站空化系數(shù)σp下，進行水輪機工況輸出功率保證試驗。

13水輪機工況空化特性試驗

13.1水輪機工況空化試驗宜在恒定水頭下進行，且最低水力比能應≥300J/kg。

13.2空化試驗時宜采用活動導葉中心線作為空化基準面。

13.3試驗前應盡可能排除系統(tǒng)中的自由氣體和氣泡，避免對空化試驗結果的重復性產(chǎn)生影響。

13.4試驗時應記錄試驗臺用水中的氣體含量，包括水中夾帶和溶于水的氣體，這在考慮空化試驗結果的

重復性和對比試驗中尤為重要。

13.5空化試驗工況點宜包括以下工況點：

a)額定水頭額定輸出功率點；

b)最大水頭額定輸出功率點或超負荷點；

c)最小水頭最大輸出功率點。

13.6在空化試驗時應保持工況參數(shù)不變，單位水頭或單位流量之一應保持恒定。

13.7空化特性試驗的曲線以橫坐標為空化系數(shù)σ，縱坐標為水輪機效率η、單位轉速n11及單位流量Q11

繪制出以下三條曲線：η=f(σ)、n11=f(σ)和Q11=f(σ)。

13.8臨界空化系數(shù)σc的選取宜以η=f(σ)曲線為依據(jù)，并參考n11=f(σ)和Q11=f(σ)曲線，σc根據(jù)

效率曲線的下降值0.2~0.5%確定，不同空化試驗曲線的臨界空化系數(shù)取值方法示例見圖1。

13.9初生空化宜使用閃頻儀觀察轉輪低壓側出口的流態(tài)確定，初生空化系數(shù)σi宜按2個轉輪葉片表面

開始出現(xiàn)可見氣泡為依據(jù)來確定。

13.10在電站空化系數(shù)、初生空化系數(shù)和臨界空化系數(shù)等狀態(tài)下宜采用拍照、攝像或繪圖的方法記錄空

化流動狀態(tài)。

13.11試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按附錄B中的表B.14進行統(tǒng)計。

14水輪機工況飛逸特性試驗

14.1為確保模型水輪機不超過限制轉速運行，宜降低模型水輪機的試驗水頭。

14.2在設定的開度下，從穩(wěn)定工況點開始逐步調(diào)高水輪機轉速至轉輪輸出的主力矩TM=0時達到穩(wěn)態(tài)飛

逸工況，該點的單位轉速n11R為單位飛逸轉速，換算至原型水頭和轉速下確定飛逸轉速nR。

14.3導葉開度宜從接近全關至110%額定開度范圍內(nèi)間隔2~3°測量穩(wěn)態(tài)飛逸轉速，繪制飛逸轉速和導葉

開度、單位流量的關系曲線。

14.4試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按附錄B中的表B.15進行統(tǒng)計。

15水輪機工況壓力脈動特性試驗

15.1在模型驗收試驗中宜進行壓力脈動試驗，以獲取特定運行范圍內(nèi)壓力脈動的相對幅值、周期或隨機

性壓力脈動特征以及壓力脈動主頻等信息。

15.2水輪機工況壓力脈動特性試驗宜在相應電站空化系數(shù)下進行。

15.3試驗水頭宜從加權因子點水頭中選擇，宜包括最大水頭、額定水頭、最小水頭，且每個水頭下的試

驗工況點宜與相應水頭的加權因子點相同。此外，宜增加每個水頭的空載工況。

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15.4水輪機工況壓力脈動試驗測點與水泵工況壓力脈動試驗要求一致，詳見9.4條款。

15.5特殊工況下如果試驗系統(tǒng)對壓力脈動試驗結果的產(chǎn)生失真性的影響，如水力激振頻率與系統(tǒng)固有頻

率接近時誘發(fā)系統(tǒng)共振等，應采取降低激振源的強度或改變系統(tǒng)阻尼等措施減小試驗系統(tǒng)的影響。

15.6試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按附錄B中的表B.16進行統(tǒng)計。

16水輪機工況異常低水頭試驗

16.1水輪機工況異常低水頭試驗宜在相應電站空化系數(shù)σp下進行。

16.2宜根據(jù)初步模型試驗和經(jīng)驗，確定的水輪機工況超低水頭（即最小水頭以下的發(fā)電水頭）進行試驗

驗證。

16.3試驗工況點選擇初步模型試驗中推薦的水頭和導葉開度，進而驗證該工況下的能量、空化特性、壓

力脈動幅值等的正確性。

17四象限特性試驗

17.1水泵水輪機應進行四象限全特性試驗，試驗應涵蓋水泵、水泵制動、水輪機、水輪機制動和反水泵

等工況四個象限的完整運行模態(tài)。

17.2宜選擇2～4個開度進行水輪機工況、飛逸、水輪機制動工況、反水泵工況、水泵工況制動和水泵

工況的四象限特性測試，以便與初步試驗報告中試驗結果進行對比，每個開度試驗點的數(shù)量應與初步模型

試驗相當。其中選擇的2～4個開度應包括最小開度、空載開度、額定開度。

17.3對從水輪機工況飛逸點經(jīng)過制動工況至反水泵工況范圍的工況的“S”特性區(qū)進行專門試驗，并確

定“S”特性區(qū)的裕度。

17.4對水輪機空載工況至反水泵工況間“S”形區(qū)域，宜在空載開度附近選擇2-4個導葉開度，且每個

開度的試驗點應加密，以了解水輪機空載穩(wěn)定性。

18差壓測流試驗

18.1通常水輪機工況宜在蝸殼上設置壓差測點，水泵工況宜在尾水管上設置壓差測點。

18.2宜在模型上采用壓差測流試驗的方法確定流量和壓差之間的指數(shù)關系，并分別與初步模型報告提供

的擬合公式進行對比

18.3差壓測流試驗可與主性能試驗同步進行。

18.4對壓差測量試驗數(shù)據(jù)采用式（1）的公式進行線性回歸分析確定流量系數(shù)kM和流量指數(shù)n，原型流

量系數(shù)kP由式（2）確定。

（Q）n（p）+（k）（1）

lgMlgMlgM

(32n）(12n）

DPnP

kPkM（2）

DMnM

式中：

n——流量指數(shù)；

QM——模型流量，m3/s；

ΔpM——模型壓力差，Pa；

kM、kP——模型和原型的流量系數(shù)；

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nM、nP——模型和原型的轉速，r/min。

19導葉水力矩特性試驗

19.1導葉水力矩宜通過采用粘貼式應變測量儀測量導葉軸的扭曲變形來實現(xiàn)，并采用將已知力臂和質(zhì)量

作用于導葉開啟和關閉方向的靜載荷方法進行標定。

19.2導葉同步水力矩試驗，應分別對水輪機工況和水泵工況兩種情況下初步模型試驗報告中的導葉同步

試驗結果進行抽查，檢查水力矩隨開度的變化情況、水力矩的最大值和在水輪機工況下的自關閉能力。

19.3同步與異步導葉總數(shù)應不少于5個，其中一個應作為異步導葉。

19.4導葉同步水力矩試驗時，水輪機工況宜抽查一個特征水頭，水泵工況宜驗收協(xié)聯(lián)工況結果。

19.5導葉異步水力矩試驗時，水輪機工況抽查一個特征水頭下，異步導葉開度應不少于3個角度；水泵

工況驗證異步導葉開度應不少于3個角度下，選擇一個協(xié)聯(lián)點進行驗收。

20水推力試驗

20.1轉輪軸向水推力宜通過模型測量并換算至原型水輪機，試驗的結果用于部件的機械設計。軸向水推

力試驗工況應涵蓋水泵水輪機的運行范圍，應包括預期可能出現(xiàn)最大軸向力的工況，還應包括飛逸工況等。

20.2由于模型和原型在轉輪的密封結構型式、密封幾何形狀、密封間隙、平壓管、平壓孔的數(shù)量與尺寸

及布置等方面的差異對軸向力有一定的影響，軸向水推力試驗宜分別在平衡管全關和全開狀態(tài)下進行。當

模型與原型的密封與平壓結構不能完全幾何相似時，應根據(jù)GB/T15613(或IEC60193)的規(guī)定進行原模型

軸向力換算。

20.3徑向水推力測量需考慮動壓效應的影響。若測量徑向水推力有困難，則需提供模型和原型徑向水推

力的計算結果。

20.4試驗結果應與初步模型試驗報告及合同保證值進行對比，試驗結果按附錄B中的表B.17進行統(tǒng)計。

21頂蓋壓力試驗

21.1頂蓋壓力試驗測點布置應滿足合同要求。

21.2頂蓋壓力試驗可與其它試驗項目同時進行。

22尺寸測量

22.1尺寸測量應測量通流部件的幾何形狀及尺寸，并檢查重復性部件的一致性，尺寸測量的結果應記錄。

22.2轉輪尺寸測量可選用采用三坐標測量儀、光學測量儀器或樣板等方法。

22.3模型尺寸測量的項目宜包括以下方面：

——蝸殼、座環(huán)、導水機構、尾水管等主要尺寸；

——轉輪進出口直徑、進口高度、上冠和下環(huán)等主要尺寸；

——固定導葉、活動導葉及轉輪的葉片數(shù)量和最大厚度；

——轉輪間隙和導葉間隙；

——所有過流部件的表面粗糙度。

22.4原型和模型水泵水輪機的最大允許一致性偏差和相似性偏差應符合GB/T15613的規(guī)定，在進行原

型尺寸測量時應以模型的尺寸為基準，當模型測量值和原型理論值的偏差超過了0.5倍的最大允許容差，

應修改原型水輪機的加工以保證偏差在允許范圍內(nèi)。

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22.5在原模型幾何相似性要求得到滿足的條件下可用理論值代替相應的平均值，當原型和模型的幾何相

似性偏差超過了相似性容差，則雙方應協(xié)商下一步的措施，包括修正模型并重新試驗。

22.6尺寸測量結果應以安全的方式封存，如密封于信封的紙質(zhì)文件或采用安全加密算法（如NISTFIPS

180-4或者SHA-3）保存并電子簽名的數(shù)字文件，原型測量時應依據(jù)封存的文件驗證原模型尺寸的相似性。

23效率測試不確定度分析

23.1對測量的結果應進行誤差分析，并根據(jù)系統(tǒng)和測量誤差評估不確定度，試驗不確定的評估方法可按

照GB/T15613的規(guī)定執(zhí)行。

23.2測量綜合誤差應包括系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩部分，其中系統(tǒng)誤差取決于測量方法及測量儀表的標定

結果，隨機誤差按統(tǒng)計學方法確定，應保證同一工況點有足夠多的測量次數(shù)（10次），降低隨機誤差。

23.3模型效率的系統(tǒng)誤差按式（11）確定，最優(yōu)點的效率試驗系統(tǒng)允許誤差為±0.2%。模型效率試驗的

隨機允許誤差為±0.1%，且在此范圍內(nèi)取上限值±0.1%。

23.4水泵水輪機效率合成不確定度應根據(jù)系統(tǒng)誤差和測量隨機誤差的合成，按照式（12）確定。

2222（11）

EsEQEHETEn

22

EESEr（12）

24驗收試驗成果評價

24.1應依據(jù)合同及模型驗收試驗大綱，分別對各項模型驗收試驗結果與初步模型試驗報告的吻合性和是

否滿足合同保證值要求給出結論。其中，需要驗證的保證值宜應包含如下內(nèi)容：

a)水泵工況最優(yōu)點效率、加權平均效率、最大入力、最高揚程流量和最低揚程流量的平均流量、駝

峰區(qū)裕量；

b)水泵工況初生空化安全裕量；

c)水泵工況蝸殼進口、轉輪與導葉之間、錐管的壓力脈動混頻峰峰值；

d)水泵零流量工況轉輪與導葉之間的壓力脈動混頻峰峰值；

e)水輪機工況運行范圍內(nèi)最優(yōu)點效率、額定工況點效率、加權平均效率；

f)水輪機工況最大飛逸轉速；

g)水輪機工況蝸殼進口、轉輪與導葉之間、錐管的壓力脈動混頻峰峰值；

h)“S”特性安全裕量。

24.2模型驗收試驗后應完成模型驗收試驗報告，主要內(nèi)容應包括以下內(nèi)容：

a)試驗項目；

b)試驗日志；

c)測試儀器儀表的標定結果及原始標定文件、模型驗收試驗相關驗收試驗見證結果；

d)模型幾何尺寸檢查記錄；

e)模型驗收試驗相關圖表；

f)會議紀要。

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AA

附錄A

（資料性）

試驗日志

A.1試驗日志見表A.1。

表A.1驗收日志

日期地點

驗收項目

驗收內(nèi)容

驗收組意見與要求

參試人員

驗收組

姓名單位簽字

試驗組

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BB

附錄B

（資料性）

試驗結果統(tǒng)計表

B.1試驗結果統(tǒng)計表見表B.1~B.15。

表B.1水泵工況最優(yōu)效率驗收試驗結果

項目初步試驗結果驗收試驗結果保證值

效率（%）

模型相應揚程（m）

相應流量（m3/s）

效率（%）

原型相應揚程（m）

相應流量（m3/s）

表B.2水泵工況各加權因子點效率驗收試驗結果

揚程（m）

加權因子

保證

模型效率（%）

值

原型效率（%）

原型流量（m3/s）

原型入力（MW）

初步

模型效率（%）試驗

結果

原型效率（%）

原型流量（m3/s）

原型入力（MW）

驗收

模型效率（%）試驗

結果

原型效率（%）

原型流量（m3/s）

原型入力（MW）

表B.3水泵工況加權平均效率驗收試驗結果

項目初步試驗結果驗收試驗結果保證值

模型水泵加權平均效率（%）

原型水泵加權平均效率（%）

表B.4水泵工況最大入力驗收試驗結果

初步試驗結驗收試驗結

項目保證值

果果

在頻率為50Hz時，包括誤差在內(nèi)的原型水泵最大入

力（MW）

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在電網(wǎng)正常頻率變化范圍內(nèi)，包括原模型換算誤差

在內(nèi)的原型水泵最大輸入功率（MW）

表B.5水泵最高揚程下最小流量與揚程裕度的保證驗收試驗結果

初步試驗驗收試驗

項目保證值

結果結果

水泵最高揚程（m）

相應流量（m3/s）

最高揚程、正常運行最小頻率范圍內(nèi)，揚程流量曲線對

應的點與駝峰區(qū)的開始點之間的裕度值

表B.6水泵工況初生及臨界空化系數(shù)驗收試驗結果

項目初步試驗結果驗收試驗結果保證值

最高揚程時的初生空化系數(shù)

最低揚程時的初生空化系數(shù)

最高揚程時的臨界空化系數(shù)

最低揚程時的臨界空化系數(shù)

表B.7水泵工況空化特性驗收試驗結果

初步驗收初步驗收保

電網(wǎng)頻

揚程HP流量QP電站空化系試驗試驗試驗試驗證

3率fp

（m）（m/s）數(shù)σp值