CN113446146A - 一种在线水轮机效率试验方法 - Google Patents

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许永强
李林伟
姚本培
陈国锋
孔祥坤
张恒
刘军
杨科帆
蒋金宏
王杨琛
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Huadian Electric Power Research Institute Co Ltd
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Huadian Electric Power Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种在线水轮机效率试验方法，属于水电技术领域，该方法为：基于水电机组在线监测系统实现水轮发电机组的运行状态和相应运行工况参数、实测数据的读取、存储，然后对读取的数据先后判定是否为发电状态及稳定工况下数据，对筛选后的数据进行处理、计算及分析，以此完成水轮机效率试验。该方法避免了开展现地试验的不足，保证了机组的安全稳定运行，提高了工作效率和经济效益。

Description

一种在线水轮机效率试验方法
技术领域
本发明涉及一种在线水轮机效率试验方法，属于水电技术领域。
背景技术
水电机组性能试验主要为模型试验和原型试验：模型试验具有精度高、成本低、工况变化易操作及不受生产、自然条件限制等优点，被广泛用于水电机组的设计过程中；由于受真机的制造、安装水平及实际运行等影响，真机和模型机组性能上必然存在一定的差异，所以模型试验的结果已不可能全面、真实地反映真机的性能。因此，为了解机组的实际性能，只能采取真机试验(原型试验)。
目前，水电机组相关性能试验仍采用现地试验的方式，水电厂大多地处偏远，交通不便，现地试验工作效率不高，差旅人力、时间及试验成本较大，且现地试验设备的安装也存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种在线水轮机效率试验方法，基于水电机组在线监测系统实现水轮发电机组的运行状态和相应运行工况参数、实测数据的读取、处理及分析，以此完成水轮机效率试验。该方法避免电厂向电网申请相应的负荷，不影响电厂发电，且不需要机组停机及安装、拆卸试验设备。避免了开展现地试验的不足，保证了机组的安全稳定运行，提高了工作效率和经济效益。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种在线水轮机效率试验方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：基于水电机组在线监测系统读取水电机组的实时运行数据，获取水轮发电机组的运行状态以及相应运行工况参数、实测数据，为效率试验提供基础信息；运行状态包括：发电态、空载态、空转态、停机态；运行工况参数实测数据包括：运行时间、机组有功、上下游水位、导叶开度、流量、蜗壳进口断面压力、功率因数等。
步骤二：通过设定功率因数、机组有功及上、下游水位对读取的数据进行划分：
通过设定功率因数、机组有功及上、下游水位对读取的数据进行划分，功率因数、机组有功、上下游水位必须同时满足以下条件方可进行划分，归为一组：
Figure BDA0003121929890000021
其中，t1为连续时间,P设定为筛选数据时人工设定的机组有功，H设定为筛选数据时人工设定的上下游水位，Ht为时刻上下游水位，A为设定的功率因数。
步骤三：对步骤二中数据是否为稳定工况下数据进行判断，判断公式为：
Figure BDA0003121929890000022
式中，P设定为筛选数据时人工设定的机组有功，t为连续时间(可视试验情况进行设置，一般不低于10分钟)，Pt为时刻t机组有功。并抽取稳定工况下5分钟数据作为效率试验原始数据；
步骤四：对步骤三中试验原始数据进行相关试验参数计算，包括以下技术参数：
(1)工作水头计算
根据读取的蜗壳进口断面压力和下游水位，按以下公式计算水轮机工作水头：
Figure BDA0003121929890000023
式中：Z1、P1—蜗壳进口压力变送器安装高程(m)及压力值(kPa)；
Z2、P2—尾水出口压力变送器安装高程(m)及压力值(kPa)；
γ—水的容重(kN/m3)；
Q—流量(m3/s)；
A1—蜗壳进口截面面积(m3)；
A2—尾水出口截面面积(m3)；
g—重力加速度(m/s2)；
(2)水轮机效率计算
Figure BDA0003121929890000024
式中：Ng—机组有功(kW)；
ηu—机组效率(％)；
Q—流量(m3/s)。
ηt＝ηu/ηg
式中：ηt—水轮机效率(％)；
ηg—发电机效率(％)；
ηg可根据设备厂家提供的发电机效率曲线图进行查阅。
(3)工作参数换算
进行同一水头效率试验时，按效率不变进行换算：
Figure BDA0003121929890000031
Figure BDA0003121929890000032
式中：Q’—换算到平均工作水头下的流量(m3/s)；
Ng’—换算到平均工作水头下的机组出力(kW)；
Hnav—平均工作水头(m)。
(4)机组耗水率计算
Figure BDA0003121929890000033
其中：q—机组耗水率(m3/kW·h)。
步骤五：绘制水轮机效率试验曲线和耗水率曲线，并生成试验报告。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、基于水电机组在线监测系统获取机组运行数据，无需安装现地试验设备、仪器，避免了因安装设备存在的安全隐患；2、基于水电机组在线监测系统获取机组运行数据，无需差旅人力，降低了试验成本；3、基于水电机组在线监测系统获取机组运行数据，无需电厂申请调度、机组停机等，提高了电厂经济效益；4、提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1，本实施例中，水电机组在线监测系统实现水轮发电机组的运行状态和运行数据的采集，将数据信息输送至水电机组效率试验系统。水电机组效率试验系统通过获取的数据信息进行判断、预处理、存储，计算水轮机效率试验各技术参数，完成试验曲线绘制及试验结果分析，生成试验报告为机组安全、稳定、高效运行提供依据和参考数据，正确地指导水电厂的实际生产。
本实施例中，一种在线水轮机效率试验方法，包括以下步骤：
步骤一：基于水电机组在线监测系统读取水电机组的实时运行数据，获取水轮发电机组的运行状态以及相应运行工况参数、实测数据，为效率试验提供基础信息；运行状态包括：发电态、空载态、空转态、停机态；运行工况参数实测数据包括：运行时间、机组有功、上下游水位、导叶开度、流量、蜗壳进口断面压力、功率因数等。
步骤二：通过设定功率因数、机组有功及上、下游水位对读取的数据进行划分并保存数据，不满足试验条件时，返回步骤一继续(或重新)读取数据；
通过设定功率因数、机组有功及上、下游水位对读取的数据进行划分，功率因数、机组有功、上下游水位必须同时满足以下条件方可进行划分，归为一组：
Figure BDA0003121929890000041
其中，t1为连续时间,P设定为筛选数据时人工设定的机组有功，H设定为筛选数据时人工设定的上下游水位，Ht为时刻上下游水位，A为设定的功率因数。
步骤三：对步骤二中数据是否为稳定工况下数据进行判断，判断公式为：
Figure BDA0003121929890000042
式中，P设定为筛选数据时人工设定的机组有功，t为连续时间(可视试验情况进行设置，一般不低于10分钟)，Pt为时刻t机组有功。并抽取稳定工况下5分钟数据作为效率试验原始数据；
步骤四：对步骤三中试验原始数据进行相关试验参数计算，包括以下技术参数：
(1)工作水头计算
根据读取的蜗壳进口断面压力和下游水位，按以下公式计算水轮机工作水头：
Figure BDA0003121929890000051
式中：Z1、P1—蜗壳进口压力变送器安装高程(m)及压力值(kPa)；
Z2、P2—尾水出口压力变送器安装高程(m)及压力值(kPa)；
γ—水的容重(kN/m3)；
Q—流量(m3/s)；
A1—蜗壳进口截面面积(m3)；
A2—尾水出口截面面积(m3)；
g—重力加速度(m/s2)；
(2)水轮机效率计算
Figure BDA0003121929890000052
式中：Ng—机组有功(kW)；
ηu—机组效率(％)；
Q—流量(m3/s)。
ηt＝ηu/ηg
式中：ηt—水轮机效率(％)；
ηg—发电机效率(％)；
ηg可根据设备厂家提供的发电机效率曲线图进行查阅。
(3)工作参数换算
进行同一水头效率试验时，按效率不变进行换算：
Figure BDA0003121929890000053
Figure BDA0003121929890000054
式中：Q’—换算到平均工作水头下的流量(m3/s)；
Ng’—换算到平均工作水头下的机组出力(kW)；
Hnav—平均工作水头(m)。
(4)机组耗水率计算
Figure BDA0003121929890000061
其中：q—机组耗水率(m3/kW·h)。
步骤五：绘制水轮机效率试验曲线和耗水率曲线，并生成试验报告。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种在线水轮机效率试验方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：基于水电机组在线监测系统读取水电机组的实时运行数据，获取水轮发电机组的运行状态以及相应运行工况参数、实测数据，为效率试验提供基础信息；
步骤二：通过设定功率因数、机组有功及上、下游水位对读取的数据进行划分并保存数据，不满足试验条件时，返回步骤一继续或重新读取数据；
步骤三：对步骤二中数据是否为稳定工况下数据进行判断，判断公式为：
Figure FDA0003121929880000011
式中，P设定为筛选数据时人工设定的机组有功，t为连续时间，Pt为时刻t机组有功；
步骤四：对步骤三中试验原始数据进行相关试验参数计算，包括以下技术参数：
(1)工作水头计算
根据读取的蜗壳进口断面压力和下游水位，按以下公式计算水轮机工作水头：
Figure FDA0003121929880000012
式中：Z1、P1—蜗壳进口压力变送器安装高程(m)及压力值(kPa)；
Z2、P2—尾水出口压力变送器安装高程(m)及压力值(kPa)；
γ—水的容重(kN/m3)；
Q—流量(m3/s)；
A1—蜗壳进口截面面积(m3)；
A2—尾水出口截面面积(m3)；
g—重力加速度(m/s2)；
(2)水轮机效率计算
Figure FDA0003121929880000013
式中：Ng—机组有功(kW)；
ηu—机组效率(％)；
Q—流量(m3/s)；
ηt＝ηu/ηg
式中：ηt—水轮机效率(％)；
ηg—发电机效率(％)；
ηg可根据设备厂家提供的发电机效率曲线图进行查阅；
(3)工作参数换算
进行同一水头效率试验时，按效率不变进行换算：
Figure FDA0003121929880000021
Figure FDA0003121929880000022
式中：Q’—换算到平均工作水头下的流量(m3/s)；
Ng’—换算到平均工作水头下的机组出力(kW)；
Hnav—平均工作水头(m)；
(4)机组耗水率计算
Figure FDA0003121929880000023
其中：q—机组耗水率(m3/kW·h)；
步骤五：绘制水轮机效率试验曲线和耗水率曲线，并生成试验报告。
2.根据权利要求1所述的在线水轮机效率试验方法，其特征是，在步骤一中，运行状态包括：发电态、空载态、空转态、停机态；运行工况参数实测数据包括：运行时间、机组有功、上下游水位、导叶开度、流量、蜗壳进口断面压力、功率因数。
3.根据权利要求1所述的在线水轮机效率试验方法，其特征是，在步骤二中，通过设定功率因数、机组有功及上、下游水位对读取的数据进行划分，功率因数、机组有功、上下游水位必须同时满足以下条件方可进行划分，归为一组：
Figure FDA0003121929880000024
其中，t1为连续时间,P设定为筛选数据时人工设定的机组有功，H设定为筛选数据时人工设定的上下游水位，Ht为时刻上下游水位，A为设定的功率因数。
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