CN106872202A - 一种小水电效率曲线在线测试的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小水电效率曲线在线测试的方法，本发明通过在线数据采集装置，实时采集机组运行工况计算，对不同工况进行分类，通过加大测试点的密度，最终获得机组效率实际曲线的方法,解决了目前采用数据拟合方法去逼近其关系，通过8～12测量功率点的效率拟合获得小水电效率曲线，因此除测试功率点外的工况点有一定的误差，不能准确反映非测试点的机组效率的问题，解决了现有技术的不足。

Description

一种小水电效率曲线在线测试的方法

技术领域

本发明涉及一种效率曲线在线测试的方法，特别是一种小水电效率曲线在线测试的方法，属于小水电机组效率测试技术领域。

背景技术

随着我国水电事业的不断发展，水电机组容量的增加、电厂管理工作的完善，水电机组的经济运行问题受到广泛的重视。许多电厂对机组的状态监测尤其是效率监测提出了要求。水轮机效率曲线是制定厂内经济运行方案、过渡过程计算以及水轮机选型设计时效率换算时的重要依据之一。为了提高水电机组运行水平，实现水电站的经济运行，通常需要进行水轮发电机组的原型效率试验。

小水电机组效率是机组功率、工作水头、流量的非线性函数，目前采用数据拟合方法去逼近其关系。通过8～12测量功率点的效率拟合获得小水电效率曲线，因此除测试功率点外的工况点有一定的误差，不能准确反映非测试点的机组效率。本专利通过在线数据采集装置，实时采集机组运行工况计算，对不同工况进行分类，通过加大测试点的密度，最终获得机组效率实际曲线的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：通过在线数据采集装置，实时采集机组运行工况计算，对不同工况进行分类，通过加大测试点的密度，最终获得机组效率实际曲线的方法,解决目前采用数据拟合方法去逼近其关系，通过8～12测量功率点的效率拟合获得小水电效率曲线，因此除测试功率点外的工况点有一定的误差，不能准确反映非测试点的机组效率的问题。

本发明的技术方案是：一种小水电效率曲线在线测试的方法，包括以下几个步骤：

第一步、通过在线数据采集装置，实时采集计算小水电水轮机效率需要的发电机功率N_g、机组流量Q、工作水头H参数，通过采集到的参数计算小水电水轮机效率，其小水电水轮机效率的计算数学表达式为：

其中：η_t为水轮机效率(％)，η_g为发电机效率(％)，g为当地重力加速度；

第二步、对实时采集的参数进行判别，判断实时采集的参数是否符合小水电效率测试的要求，待功率稳定后，每隔1min采集一个点的发电机功率N_g、机组流量Q、蜗壳进口压力P₁和尾水管出口压力P₂数据，采集5个点数据后进行数据分析，在认定试验工况满足要求后进行效率计算。

第三步、对满足要求的工况参数按步骤(一)进行小水电机组效率计算，其计算的数学表达式为：

式中：当前工作水头H_i，当前功率N_gj时的小水电机组效率η_tij，A₁为蜗壳进口压力传感器安装高程，A₂为尾水管出口压力传感器安装高程，P_1i为当前蜗壳进口压力传感器读数,P_2i为当前尾水管出口压力传感器读数,D为当地水密度，S₁为蜗壳进口断面面积，S₂为尾水管出口断面面积，a₁为蜗壳进口断面处流速不均匀系数；Q_ij机组流量，

通过计算得到当前工作水头H_i，当前功率N_gj时的小水电机组效率η_tij，以构成一条实际的机组效率曲线；

第四步、通过效率在线监测系统的长期投运，机组在各种工况运行时自动进行数据采集、工况判定、效率计算，并建立相应数据库；

第五步、进行各个工况下机组效率曲线计算，其计算的数学表达式为：

η_tij＝f₁(N_gj,Q_ij,P_1ij,P_2ij)

式中：N_gj为机组某个j工况发电机功率点，P_1ij为蜗壳进口压力、P_2ij为尾水管出口压力，Q_ij机组流量；

第六步、对应工作水头、功率相同的相同工况点，其机组效率计算值进行平均值计算；

第七步、最终得到设置的各种不同工作水头下，1％～100％额定功率共100个平均分配的功率工况点以及机组实测参数的效率计算值，得到机组效率实际曲线。

所述的发电机功率N_g可以通过功率变送器直接采集获得或通过通讯采集获得。

所述的机组流量Q通过超声流量法直接测量获得或通过量蜗壳差压计算获得。

所述的工作水头H的数学表达式为：

其中A₁为蜗壳进口压力传感器安装高程(m)，A₂为尾水管出口压力传感器安装高程(m)，P₁为蜗壳进口压力传感器读数(kPa),P₂为尾水管出口压力传感器读数(kPa),D为当地水密度(kg/m³)，S₁为蜗壳进口断面面积(m²)，S₂为尾水管出口断面面积(m²)，a₁为蜗壳进口断面处流速不均匀系数。

所述的认定试验工况满足要求为按照水轮机、蓄能泵和水泵水轮机水力性能现场验收试验规程(GB/T 20043-2005)要求，在发电机功率N_g变化不超过平均值的±1.5％，工作水头H变化不超过平均值的±1.0％，转速变化不超过平均值的土0.5％认定试验工况满足要求。

与现有技术对比，本发明通过在线数据采集装置，实时采集机组运行工况计算，对不同工况进行分类，通过加大测试点的密度，最终获得机组效率实际曲线的方法,解决了目前采用数据拟合方法去逼近其关系，通过8～12测量功率点的效率拟合获得小水电效率曲线，因此除测试功率点外的工况点有一定的误差，不能准确反映非测试点的机组效率的问题。

附图说明

图1为本发明系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明

图1所示，实施例

1、通过在线数据采集装置，实时采集计算小水电效率需要的参数(发电机功率N_g，机组流量Q，工作水头H)，水轮机效率计算公式为：

其中：η_t为水轮机效率(％)，η_g为发电机效率(％)，g为当地重力加速度。

其中发电机功率N_g可以通过功率变送器直接采集获得，或者通过通讯采集获得。

机组流量Q则可以通过超声流量法直接测量获得或者采用通过量蜗壳差压计算获得。

工作水头H通过测量以下参数计算获得：

其中A₁为蜗壳进口压力传感器安装高程(m)，A₂为尾水管出口压力传感器安装高程(m)，P₁为蜗壳进口压力传感器读数(kPa),P₂为尾水管出口压力传感器读数(kPa),D为当地水密度(kg/m³)，S₁为蜗壳进口断面面积(m²)，S₂为尾水管出口断面面积(m²)，a₁为蜗壳进口断面处流速不均匀系数，通常取1，a₂为尾水管出口断面处流速不均匀系数，通常取1。除P₁、P₂为现场测试数据外，其他参数为测试前手动一次输入。

2、对在线测量的参数进行判别，是否符合小水电效率测试的要求：功率稳定后，每1min采集一个点的数据(发电机功率N_g，机组流量Q，蜗壳进口压力P₁，尾水管出口压力P₂)，采集5个点数据后进行分析，按照水轮机、蓄能泵和水泵水轮机水力性能现场验收试验规程(GB/T 20043-2005)要求：发电机功率N_g变化不超过平均值的±1.5％，工作水头H变化不超过平均值的±1.0％，转速变化不超过平均值的土0.5％。认定试验工况满足要求，可以进行效率计算。

3、对满足要求的工况参数按步骤1进行计算，

得到当前工作水头H_i，当前功率N_gj时的小水电机组效率η_tij，其中i＝1,2,3.....,n各种工作水头，根据需要设定，j＝1％,2％,3％.....,100％额定功率，即每个工作水头下采集平均分配的100个功率点，以构成一条实际的机组效率曲线。

4、通过效率在线监测系统的长期投运，机组在各种工况运行时自动进行数据采集、工况判定、效率计算，建立相应数据库。

5、各个工况下机组效率：

η_tij＝f₁(N_gj,Q_ij,P_1ij,P_2ij) (5)

式中：N_gj为机组某个j工况发电机功率点，P_1ij为蜗壳进口压力、P_2ij为尾水管出口压力及Q_ij机组流量(在机组发电功率在j工况同时工作水头在i工况)下的值，(其中i＝1,2,3.....,n各种工作水头，根据需要设定，j＝1％,2％,3％.....,100％额定负荷)。

由于水轮机特性原因，当机组在一个稳定功率N_gj、及稳定工作水头H_i下运行时，其机组过流量是一个固定值Q_ij，即：

Q_ij＝f₂(N_gj,H_i) (6)

式中：N_gj为机组功率、H_i为机组工作水头，Q_ij为此工况下流量，(其中i＝1,2,3.....,n各种工作水头，根据需要设定，j＝1％,2％,3％.....,100％额定负荷)。

根据公式(3)(4)(6)可以求得机组效率η_tij仅与机组工作水头H_i和机组功率N_gj相关，其函数可表示为：

η_tij＝f₁(N_gj,H_i) (7)

式中：N_gj为机组功率、H_i为机组工作水头，η_tij为机组此工况下的机组效率，(其中i＝1,2,3.....,n各种工作水头，根据需要设定，j＝1％,2％,3％.....,100％额定负荷)。

因此可以知道，在相同工作水头下机组效率和功率为一一对应关系，即是机组该工作水头下的效率曲线。

6、对应相同工况点(即工作水头、功率相同)，其机组效率计算值进行平均，以提高测试准确性，消除误差，如当前效率计算值与平均值误差小于1.5％，判定数据有效。否则判定异常，不计入有效值，报警提示进行检查。

7、最终得到设置的各种不同工作水头下，1％～100％额定功率共100个平均分配的功率工况点，机组实测参数的效率计算值，构成机组效率实际曲线。

Claims (5)

1.一种小水电效率曲线在线测试的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

第一步、通过在线数据采集装置，实时采集计算小水电水轮机效率需要的发电机功率N_g、机组流量Q、工作水头H参数，通过采集到的参数计算小水电水轮机效率，其小水电水轮机效率的计算数学表达式为：

${\mathrm{\η}}_t=\frac{N_g}{{\mathrm{\η}}_{g}QHg}$

其中：η_t为水轮机效率，η_g为发电机效率，g为当地重力加速度；

第二步、对实时采集的参数进行判别，判断实时采集的参数是否符合小水电效率测试的要求，待功率稳定后，每隔1min采集一个点的发电机功率N_g、机组流量Q、蜗壳进口压力P₁和尾水管出口压力P₂数据，采集5个点数据后进行数据分析，在认定试验工况满足要求后进行效率计算；

第三步、对满足要求的工况参数按步骤(一)进行小水电机组效率计算，其计算的数学表达式为：

$H_i=A_1-A_2+\frac{1000P_{1i}}{Dg}-\frac{1000P_{2i}}{Dg}+\frac{{Q_{ij}}^2}{g^2}(\frac{a_1}{S_1^2}-\frac{a_2}{S_2^2})$

${\mathrm{\η}}_{tij}=\frac{N_{gj}}{{\mathrm{\η}}_g{Q}_{ij}{H}_{i}g}$

式中：当前工作水头H_i，当前功率N_gj时的小水电机组效率η_tij，A₁为蜗壳进口压力传感器安装高程，A₂为尾水管出口压力传感器安装高程，P_1i为当前蜗壳进口压力传感器读数,P_2i为当前尾水管出口压力传感器读数,D为当地水密度，S₁为蜗壳进口断面面积，S₂为尾水管出口断面面积，a₁为蜗壳进口断面处流速不均匀系数；Q_ij机组流量，

通过计算得到当前工作水头H_i，当前功率N_gj时的小水电机组效率η_tij，以构成一条实际的机组效率曲线；

第四步、通过效率在线监测系统的长期投运，机组在各种工况运行时自动进行数据采集、工况判定、效率计算，并建立相应数据库；

第五步、进行各个工况下机组效率曲线计算，其计算的数学表达式为：

η_tij＝f₁(N_gj,Q_ij,P_1ij,P_2ij)

式中：N_gj为机组某个j工况发电机功率点，P_1ij为蜗壳进口压力、P_2ij为尾水管出口压力，Q_ij机组流量；

第六步、对应工作水头、功率相同的相同工况点，其机组效率计算值进行平均值计算；

第七步、最终得到设置的各种不同工作水头下，1％～100％额定功率共100个平均分配的功率工况点以及机组实测参数的效率计算值，得到机组效率实际曲线。

2.根据权利要求1所述的一种小水电效率曲线在线测试的方法，其特征在于：所述的发电机功率N_g可以通过功率变送器直接采集获得或通过通讯采集获得。

3.根据权利要求1所述的一种小水电效率曲线在线测试的方法，其特征在于：所述的机组流量Q通过超声流量法直接测量获得或通过量蜗壳差压计算获得。

4.根据权利要求1所述的一种小水电效率曲线在线测试的方法，其特征在于：所述的工作水头H的数学表达式为：

$H=A_1-A_2+\frac{1000P_1}{Dg}-\frac{1000P_2}{Dg}+\frac{Q^2}{g^2}(\frac{a_1}{S_1^2}-\frac{a_2}{S_2^2})$

其中A₁为蜗壳进口压力传感器安装高程(m)，A₂为尾水管出口压力传感器安装高程(m)，P₁为蜗壳进口压力传感器读数,P₂为尾水管出口压力传感器读数,D为当地水密度，S₁为蜗壳进口断面面积，S₂为尾水管出口断面面积，a₁为蜗壳进口断面处流速不均匀系数。

5.根据权利要求1所述的一种小水电效率曲线在线测试的方法，其特征在于：所述的认定试验工况满足要求为按照水轮机、蓄能泵和水泵水轮机水力性能现场验收试验规程要求，在发电机功率N_g变化不超过平均值的±1.5％，工作水头H变化不超过平均值的±1.0％，转速变化不超过平均值的土0.5％认定试验工况满足要求。