CN107842461A - 一种高精度的水轮发电机组压力油系统及其使用方法 - Google Patents

一种高精度的水轮发电机组压力油系统及其使用方法 Download PDF

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蒙淑平
李忠
曹营
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陈冠
徐博为
张云枫
孙志祥
张远弘
肖峰
陶昌伏
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Abstract

本发明公开了一种高精度的水轮发电机组压力油系统及其使用方法，压油槽、漏油槽、管道和集油槽共同组成压力油系统主体，压油槽、漏油槽分别通过管道与集油槽连通；本高精度的水轮发电机组压力油系统及其使用方法，压力油系统油总量由压油槽、集油槽、漏油槽及管道四部分总加而成，根据各盛油容器的形状、尺寸，采用油位变送器测量各容器的液位，对液位变送器测量的液位电气量进行模数转换处理，编制了油位数字量滤波模块，得到高精度的油位数字量数据，建立了水轮发电机组压力油系统油总量相对值的使用方法，模型计算精度达到油总量相对值的80%以上，实际结果更为精准。

Description

一种高精度的水轮发电机组压力油系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及到工控技术领域，特别涉及一种高精度的水轮发电机组压力油系统及其使用方法。
背景技术
压力油系统总油量由压油槽、集油槽、漏油槽以及连接压力油系统的油管四部分总加而成，考虑到液压油具有不可压缩性的特点，压力对液压油体积产生的变化量非常微小，在本研究作忽略处理。由于透平油热胀冷缩的特点，随温度的变化而压力油体积也会发生变化，但由于压力油系统使用的L-TSA46透平油在不同的温度下的密度变化微小，相应体积变化也很小，在研究中也作忽略处理，水电厂压力油系统由于管路长，阀门、接头多的原因，一旦某个环节或配件故障，导致喷油、漏油的缺陷时有发生，造成大量透平油泄漏，影响发电机组退出备用时间，同时因无压力油系统总油量的汇总表，给事故发生的判断带来了一定的困难。因此结合集油槽、压油槽、漏油槽以及管道的形状和尺寸，建立压力油系统总油量相对值计算模型，为了提高油总量计算准确度，考虑油位变送器精度对油位测量的影响。
发明内容
为这解决现有水轮发电机组压力油系统难以汇总、计算的问题，本发明的目的在于提供一种高精度的水轮发电机组压力油系统及其使用方法，该压力油系统及其使用方法不仅具备易于汇总，判断准确的特性，最突出的是计算精度高，结果更为精确，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度的水轮发电机组压力油系统，包括压油槽、漏油槽、管道和集油槽，压油槽、漏油槽、管道和集油槽共同组成压力油系统主体，压油槽、漏油槽的外表面均固定安装有管道，管道的另一端设置有集油槽，集油槽通过管道依次与压油槽、漏油槽连通。
优选的，所述管道为管状圆管，漏油槽和集油槽均为长方体箱体结构，压油槽的底部为圆柱形箱体结构，压油槽的顶部为椭圆形端盖结构。
优选的，所述压油槽、漏油槽和集油槽的外表面均设置有一种用于测量实时液位的油位传感器，油位传感器测量的油位电气量通过模数转换模块转换为数字量，对采集的数字量进行信号滤波处理，得到高精度的液位数字量数据。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种如高精度的水轮发电机组使用方法，包括如下步骤：
S1：收集数据，并以特定符号进行命名；
S2：建立油位测量精度处理程序，各容器的油位传感器测量的油位信号为(4～20)mA电气量信号，利用工控转换模块将电气量信号转化为数字信号，设在6个扫描周期内获得的油位采样为h1、h2、h3、h4、h5、h6，在控制器的编程软件中对获取的6个采样值进行滤波处理；
S3：计算压油槽、漏油槽、管道和集油槽内部的透平油实际体积；
S4：油总量相对值计算基点的确定；
S5：建立压力油系统油总量相对值使用方法。
优选的，压力油系统主体计算的油总量相对值计算精度高达油总量初始值的80％以上，油总量初始值为压力油系统主体的透平油全部集中到集油槽且集油槽中的透平油还未分配到压油槽、漏油槽、管道中时的油总量。
优选的，根据S4中：油总量相对值计算基点的确定，包括如下步骤:
S4-1：依据电厂水轮发电机组压力油系统主体运行油总量数据，结合压力油系统主体的设计要求，确定水轮发电机组中压力油系统主体的透平油的理论需求值，将此理论值设定为Vs且为一常数；
S4-2：将压油槽、漏油槽、管道中的透平油收集起来全部置于集油槽中，并计算出各容器汇集到集油槽透平油的油总量，计算结果记为V0(k)，得到压力油系统主体理论需求值与实际值的偏差值[Vs-V0(k)]，根据计算结果对当前集油槽的油量进行补给或抽取，使集油槽的油量处于理论需求值(Vs±0.5％)范围内，将此集油槽油量值设定为Vr且为一常数；
S4-3：以集油槽的透平油体积Vr作为为水轮发电机压力油系统主体初始油总量，并作为计算压油槽、漏油槽、管道和集油槽油量相对值的计算基点。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本高精度的水轮发电机组压力油系统及其使用方法，压力油系统油总量由压油槽、集油槽、漏油槽及管道四部分总加而成，根据各盛油容器的形状、尺寸，采用油位变送器测量各容器的液位，对液位变送器测量的液位电气量进行模数转换处理，编制了油位数字量滤波模块，得到高精度的油位数字量数据，建立了水轮发电机组压力油系统油总量相对值的使用方法，模型计算精度达到油总量相对值的80％以上，实际结果更为精准。
附图说明
图1为本发明的整体结构框图；
图2为本发明的工作流程图；
图3为本发明的连接关系图。
图中：1压油槽、2漏油槽、3管道、4集油槽、5压力油系统主体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，一种高精度的水轮发电机组压力油系统，包括压油槽1、漏油槽2、管道3和集油槽4，压油槽1、漏油槽2、管道3和集油槽4共同组成压力油系统主体5，压油槽1、漏油槽2的外表面均固定安装有管道3，管道3的另一端设置有集油槽4，集油槽4通过管道3依次与压油槽1、漏油槽2连通，管道3为管状圆管，漏油槽2和集油槽4均为长方体箱体结构，压油槽1的底部为圆柱形箱体结构，压油槽1的顶部为椭圆形端盖结构，压油槽1、漏油槽2和集油槽4的外表面均设置有一种用于测量实时液位的油位传感器，油位传感器测量的油位电气量通过模数转换模块转换为数字量，对采集的数字量进行信号滤波处理，得到高精度的液位数字量数据。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种如高精度的水轮发电机组使用方法，包括如下建模步骤：
第一步：收集数据，并以特定符号进行命名；1、集油槽4长度，符号L0；2、集油槽4宽度，符号W0；3、集油槽4高度，符号H0；4、集油槽4壁厚，符号t0；5、集油槽4油位，符号H0(k)；6、压油槽1外径，符号D1；7、压油槽1壁厚，符号t1；8、压油槽1油位，符号H1(k)；9、漏油槽2长度，符号L2；10、漏油槽2宽度，符号W2；11、漏油槽2高度，符号H2；12、漏油槽2壁厚，符号t2；13、漏油槽2油位，符号H2(k)；14、压力油系统理论需求总油量，符号Vs；15、压力油系统初始实际总油量，符号Vr；16、实时采样时刻，符号k，油总量初始值为压力油系统主体5的透平油全部集中到集油槽4且集油槽4中的透平油还未分配到压油槽1、漏油槽2、管道3中时的油总量。
第二步：建立油位测量精度处理程序，各容器的油位传感器测量的油位信号为(4～20)mA电气量信号，利用工控转换模块将电气量信号转化为数字信号，设在6个扫描周期内获得的油位采样为h1、h2、h3、h4、h5、h6，在控制器的编程软件中对获取的6个采样值进行滤波处理；
(1)滤波程序建立的变量
h1——第1个扫描周期液位的采样值
h2——第2个扫描周期液位的采样值
h3——第3个扫描周期液位的采样值
h4——第4个扫描周期液位的采样值
h5——第5个扫描周期液位的采样值
h6——第6个扫描周期液位的采样值
h——当前液位滤波后的计算值
bA_Err——液位传感器故障
iA_InOld——前一个周期的液位采样值
Amax——在6个扫描周期中液位采样的最大值
Amin——在6个扫描周期中液位采样的最小值
(2)滤波处理的程序
第三步：计算压油槽1、漏油槽2、管道3和集油槽4内部的透平油实际体积；
根据各盛油容器的形状和尺寸，采用第2节中油位测量精度处理方法得到油位值，分别计算集油槽4、压油槽1、漏油槽2和管道3中油液的体积，
(1)集油槽4
集油槽4的形状，见说明书附图。
记集油槽4长、宽分别为L0、W0，壁厚为t0，集油槽4油位为H0(k)，则集油槽4内透平油的体积V0(k)为：
V0(k)＝(L0-2t0)·(W0-2t0)·H0(k) (3-1)
记L′0＝L0-2t0，W′0＝W0-2t0，则(3-1)式转化为
V0(k)＝L′0·W′0·H0(k) (3-2)
V0(k)——第k时刻集油槽4中透平油的体积
H0(k)——第k时刻集油槽4液位滤波处理计算值。
(2)压油槽1
压油槽1的形状，见说明书附图
记压油槽1罐体的外部直径为D1，壁厚为t1，压油槽1油位为H1(k)，则压油槽1内透平油的体积V1(k)为：
记则公式(3-3)转化为：
V1(k)＝π·R2·H1(k) (3-4)
V1(k)——第k时刻压油槽1中透平油的体积
H1(k)——第k时刻压油槽1液位滤波处理计算值
(3)漏油槽2
漏油槽2的的形状，见说明书附图
记漏油槽2长、宽尺寸分别为L2、W2，壁厚为t2，漏油槽2油位为H2(k)，则漏油槽2内透平油的体积V2(k)为：
V2(k)＝(L2-2t2)·(W2-2t2)·H2(k) (3-5)
记L′2＝L2-2t2，W′2＝W2-2t2，则(3-5)式转化为
V2(k)＝L′2·W′2·H2(k) (3-6)
V2(k)——第k时刻漏油槽2中透平油的体积
H2(k)——第k时刻漏油槽2液位滤波处理计算值
(4)管道3
记油管中第i段油管的外部管径为Di，油管壁厚为ti，该段油管的长度为Li，则管道3总系统中透平油的体积V3为：
记则(3-7)式转化为：
n——管道3连接的段数
第四步：油总量相对值计算基点的确定；首先：依据电厂水轮发电机组压力油系统主体5运行油总量数据，结合压力油系统主体5的设计要求，确定水轮发电机组中压力油系统主体5的透平油的理论需求值，将此理论值设定为Vs且为一常数；
其次：将压油槽1、漏油槽2、管道3中的透平油收集起来全部置于集油槽4中，并计算出各容器汇集到集油槽4透平油的油总量，计算结果记为V0(k)，得到压力油系统主体5理论需求值与实际值的偏差值[Vs-V0(k)]，根据计算结果对当前集油槽4的油量进行补给或抽取，使集油槽4的油量处于理论需求值(Vs±0.5％)范围内，将此集油槽4油量值设定为Vr且为一常数；
最后：以集油槽4的透平油体积Vr作为为水轮发电机压力油系统主体5初始油总量，并作为计算压油槽1、漏油槽2、管道3和集油槽4油量相对值的计算基点。
第五步：建立压力油系统主体5油总量相对值使用方法，相对值即实际值与基点值的比值，据此将压力油系统主体5各个容器中的透平油实际体积转化为相对值，根据发明内容第4节的计算公式，分别计算集油槽4、压油槽1、漏油槽2及管道3中油量相对值，最后建立压力油系统主体5油总量相对值计算模型。
(1)集油槽4油量相对值α(k)
Vo(k)——第k时刻集油槽4中透平油的体积
α(k)——第k时刻集油槽4油量相对值
特别指出的是，当压力油系统主体5的透平油全部集中到集油槽4且集油槽4中的透平油还未分配到压油槽1、管道3及漏油槽2中时，V0(k)＝Vr，此时α(k)＝1.0。
(2)压油槽1油量相对值β(k)
V1(k)——第k时刻压油槽1中透平油的体积
β(k)——第k时刻压油槽1油量相对值
(3)漏油槽2油量相对值γ(k)
V2(k)——第k时刻漏油槽2中透平油的体积
γ(k)——第k时刻漏油槽2油量相对值
(4)管道3中油量相对值δ(k)
V3——管道3中透平油的体积
δ(k)——第k时刻管道3中油量相对值
式(5-1)(5-2)(5-3)(5-4)中Vr为压力油系统主体5的初始油总量。
在压力油系统主体5处于初始状态下，即当a(k)＝1.0时，压力油系统主体5首次进行充油试验，压油槽1建压，手动操作水轮机调速器，对水轮机导叶接力器反复进行全开、全关操作，直到压力油系统主体5管道3中空气完全排出后，再将压油槽1压力建压至额定压力，最后操作调速器使水轮机导叶处于全开或全关位置，记下此时集油槽4、压油槽1、漏油槽2的液位H0(k)、H1(k)、H2(k)，使用公式(5-1)、(5-2)和(5-3)分别计算出集油槽4、压油槽1、漏油槽2此时的油量相对值α(k)、β(k)和γ(k)，则压力管道3中的透平油油量的相对值为：
δ(k)＝1.0-a(k)-β(k)-γ(k) (5-5)
在压力油系统主体5正常情况下，δ(k)为常数，(5-5)计算结果可以替代公式(5-4)的计算结果，为管道3中透平油油量相对值的简易算法。
(5)压力油系统主体5油总量相对值θ(k)
θ(k)＝α(k)+β(k)+γ(k)+δ(k) (5-6)
式(5-6)为压力油系统主体5油总量相对值使用方法，此模型在某水电厂现场进行了测试，计算出的实时压力油系统主体5油总量相对值精度达到了总油量Vr的80％以上。
综上所述，本发明提出的高精度的水轮发电机组压力油系统及其使用方法，压力油系统主体5内部油总量由压油槽1、集油槽4、漏油槽2及管道3四部分总加而成，根据各盛油容器的形状、尺寸，采用油位变送器测量各容器的液位，对液位变送器测量的液位电气量进行模数转换处理，编制了油位数字量滤波模块，得到高精度的油位数字量数据，建立了水轮发电机组压力油系统主体5油总量相对值的使用方法，模型计算精度达到油总量相对值的80％以上，实际结果更为精准。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高精度的水轮发电机组压力油系统，其特征在于，包括压油槽（1）、漏油槽（2）、管道（3）和集油槽（4），压油槽（1）、漏油槽（2）、管道（3）和集油槽（4）共同组成压力油系统主体（5），压油槽（1）、漏油槽（2）的外表面均固定安装有管道（3），管道（3）的另一端设置有集油槽（4），集油槽（4）通过管道（3）依次与压油槽（1）、漏油槽（2）连通。
2.如权利要求1所述的一种高精度的水轮发电机组压力油系统，其特征在于，所述管道（3）为管状圆管，漏油槽（2）和集油槽（4）均为长方体箱体结构，压油槽（1）的底部为圆柱形箱体结构，压油槽（1）的顶部为椭圆形端盖结构。
3.如权利要求1所述的一种高精度的水轮发电机组压力油系统，其特征在于，所述压油槽（1）、漏油槽（2）和集油槽（4）的外表面均设置有一种用于测量实时液位的油位传感器，油位传感器测量的油位电气量通过模数转换模块转换为数字量，对采集的数字量进行信号滤波处理，得到高精度的液位数字量数据。
4.一种如权利要求1所述的高精度的水轮发电机组压力油系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：收集数据，并以特定符号进行命名；
S2：建立油位测量精度处理程序，各容器的油位传感器测量的油位信号为(4~20)mA电气量信号，利用工控转换模块将电气量信号转化为数字信号，设在6个扫描周期内获得的油位采样为h1、h2、h3、h4、h5、h6，在控制器的编程软件中对获取的6个采样值进行滤波处理；
S3：计算压油槽（1）、漏油槽（2）、管道（3）和集油槽（4）内部的透平油实际体积；
S4：油总量相对值计算基点的确定；
S5：建立压力油系统油总量相对值使用方法。
5.如权利要求4所述的一种高精度的水轮发电机组压力油系统的使用方法，其特征在于，压力油系统主体（5）计算的油总量相对值计算精度高达油总量初始值的80%以上，油总量初始值为压力油系统主体（5）的透平油全部集中到集油槽（4）且集油槽（4）中的透平油还未分配到压油槽（1）、漏油槽（2）、管道（3）中时的油总量。
6.如权利要求4所述的高精度的水轮发电机组压力油系统的使用方法，其特征在于，根据S4中：油总量相对值计算基点的确定，包括如下步骤:
S4-1：依据电厂水轮发电机组压力油系统主体（5）运行油总量数据，结合压力油系统主体（5）的设计要求，确定水轮发电机组中压力油系统主体（5）的透平油的理论需求值，将此理论值设定为Vs且为一常数；
S4-2：将压油槽（1）、漏油槽（2）、管道（3）中的透平油收集起来全部置于集油槽（4）中，并计算出各容器汇集到集油槽（4）透平油的油总量，计算结果记为V0（k），得到压力油系统主体（5）理论需求值与实际值的偏差值[Vs-V0（k）]，根据计算结果对当前集油槽（4）的油量进行补给或抽取，使集油槽（4）的油量处于理论需求值（Vs±0.5％）范围内，将此集油槽（4）油量值设定为Vr且为一常数；
S4-3：以集油槽（4）的透平油体积Vr作为为水轮发电机压力油系统主体（5）初始油总量，并作为计算压油槽（1）、漏油槽（2）、管道（3）和集油槽（4）油量相对值的计算基点。
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