一種小水電效率曲線在線測試的方法與流程

本發明涉及一種效率曲線在線測試的方法，特別是一種小水電效率曲線在線測試的方法，屬于小水電機組效率測試技術領域。

背景技術：

隨著我國水電事業的不斷發展，水電機組容量的增加、電廠管理工作的完善，水電機組的經濟運行問題受到廣泛的重視。許多電廠對機組的狀態監測尤其是效率監測提出了要求。水輪機效率曲線是制定廠內經濟運行方案、過渡過程計算以及水輪機選型設計時效率換算時的重要依據之一。為了提高水電機組運行水平，實現水電站的經濟運行，通常需要進行水輪發電機組的原型效率試驗。

小水電機組效率是機組功率、工作水頭、流量的非線性函數，目前采用數據擬合方法去逼近其關系。通過8～12測量功率點的效率擬合獲得小水電效率曲線，因此除測試功率點外的工況點有一定的誤差，不能準確反映非測試點的機組效率。本專利通過在線數據采集裝置，實時采集機組運行工況計算，對不同工況進行分類，通過加大測試點的密度，最終獲得機組效率實際曲線的方法。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：通過在線數據采集裝置，實時采集機組運行工況計算，對不同工況進行分類，通過加大測試點的密度，最終獲得機組效率實際曲線的方法,解決目前采用數據擬合方法去逼近其關系，通過8～12測量功率點的效率擬合獲得小水電效率曲線，因此除測試功率點外的工況點有一定的誤差，不能準確反映非測試點的機組效率的問題。

本發明的技術方案是：一種小水電效率曲線在線測試的方法，包括以下幾個步驟：

第一步、通過在線數據采集裝置，實時采集計算小水電水輪機效率需要的發電機功率N_g、機組流量Q、工作水頭H參數，通過采集到的參數計算小水電水輪機效率，其小水電水輪機效率的計算數學表達式為：

其中：η_t為水輪機效率(％)，η_g為發電機效率(％)，g為當地重力加速度；

第二步、對實時采集的參數進行判別，判斷實時采集的參數是否符合小水電效率測試的要求，待功率穩定后，每隔1min采集一個點的發電機功率N_g、機組流量Q、蝸殼進口壓力P₁和尾水管出口壓力P₂數據，采集5個點數據后進行數據分析，在認定試驗工況滿足要求后進行效率計算。

第三步、對滿足要求的工況參數按步驟(一)進行小水電機組效率計算，其計算的數學表達式為：

式中：當前工作水頭H_i，當前功率N_gj時的小水電機組效率η_tij，A₁為蝸殼進口壓力傳感器安裝高程，A₂為尾水管出口壓力傳感器安裝高程，P_1i為當前蝸殼進口壓力傳感器讀數,P_2i為當前尾水管出口壓力傳感器讀數,D為當地水密度，S₁為蝸殼進口斷面面積，S₂為尾水管出口斷面面積，a₁為蝸殼進口斷面處流速不均勻系數；Q_ij機組流量，

通過計算得到當前工作水頭H_i，當前功率N_gj時的小水電機組效率η_tij，以構成一條實際的機組效率曲線；

第四步、通過效率在線監測系統的長期投運，機組在各種工況運行時自動進行數據采集、工況判定、效率計算，并建立相應數據庫；

第五步、進行各個工況下機組效率曲線計算，其計算的數學表達式為：

η_tij＝f₁(N_gj,Q_ij,P_1ij,P_2ij)

式中：N_gj為機組某個j工況發電機功率點，P_1ij為蝸殼進口壓力、P_2ij為尾水管出口壓力，Q_ij機組流量；

第六步、對應工作水頭、功率相同的相同工況點，其機組效率計算值進行平均值計算；

第七步、最終得到設置的各種不同工作水頭下，1％～100％額定功率共100個平均分配的功率工況點以及機組實測參數的效率計算值，得到機組效率實際曲線。

所述的發電機功率N_g可以通過功率變送器直接采集獲得或通過通訊采集獲得。

所述的機組流量Q通過超聲流量法直接測量獲得或通過量蝸殼差壓計算獲得。

所述的工作水頭H的數學表達式為：

其中A₁為蝸殼進口壓力傳感器安裝高程(m)，A₂為尾水管出口壓力傳感器安裝高程(m)，P₁為蝸殼進口壓力傳感器讀數(kPa),P₂為尾水管出口壓力傳感器讀數(kPa),D為當地水密度(kg/m³)，S₁為蝸殼進口斷面面積(m²)，S₂為尾水管出口斷面面積(m²)，a₁為蝸殼進口斷面處流速不均勻系數。

所述的認定試驗工況滿足要求為按照水輪機、蓄能泵和水泵水輪機水力性能現場驗收試驗規程(GB/T 20043-2005)要求，在發電機功率N_g變化不超過平均值的±1.5％，工作水頭H變化不超過平均值的±1.0％，轉速變化不超過平均值的土0.5％認定試驗工況滿足要求。

與現有技術對比，本發明通過在線數據采集裝置，實時采集機組運行工況計算，對不同工況進行分類，通過加大測試點的密度，最終獲得機組效率實際曲線的方法,解決了目前采用數據擬合方法去逼近其關系，通過8～12測量功率點的效率擬合獲得小水電效率曲線，因此除測試功率點外的工況點有一定的誤差，不能準確反映非測試點的機組效率的問題。

附圖說明

圖1為本發明系統圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進一步說明

圖1所示，實施例

1、通過在線數據采集裝置，實時采集計算小水電效率需要的參數(發電機功率N_g，機組流量Q，工作水頭H)，水輪機效率計算公式為：

其中：η_t為水輪機效率(％)，η_g為發電機效率(％)，g為當地重力加速度。

其中發電機功率N_g可以通過功率變送器直接采集獲得，或者通過通訊采集獲得。

機組流量Q則可以通過超聲流量法直接測量獲得或者采用通過量蝸殼差壓計算獲得。

工作水頭H通過測量以下參數計算獲得：

其中A₁為蝸殼進口壓力傳感器安裝高程(m)，A₂為尾水管出口壓力傳感器安裝高程(m)，P₁為蝸殼進口壓力傳感器讀數(kPa),P₂為尾水管出口壓力傳感器讀數(kPa),D為當地水密度(kg/m³)，S₁為蝸殼進口斷面面積(m²)，S₂為尾水管出口斷面面積(m²)，a₁為蝸殼進口斷面處流速不均勻系數，通常取1，a₂為尾水管出口斷面處流速不均勻系數，通常取1。除P₁、P₂為現場測試數據外，其他參數為測試前手動一次輸入。

2、對在線測量的參數進行判別，是否符合小水電效率測試的要求：功率穩定后，每1min采集一個點的數據(發電機功率N_g，機組流量Q，蝸殼進口壓力P₁，尾水管出口壓力P₂)，采集5個點數據后進行分析，按照水輪機、蓄能泵和水泵水輪機水力性能現場驗收試驗規程(GB/T 20043-2005)要求：發電機功率N_g變化不超過平均值的±1.5％，工作水頭H變化不超過平均值的±1.0％，轉速變化不超過平均值的土0.5％。認定試驗工況滿足要求，可以進行效率計算。

3、對滿足要求的工況參數按步驟1進行計算，

得到當前工作水頭H_i，當前功率N_gj時的小水電機組效率η_tij，其中i＝1,2,3.....,n各種工作水頭，根據需要設定，j＝1％,2％,3％.....,100％額定功率，即每個工作水頭下采集平均分配的100個功率點，以構成一條實際的機組效率曲線。

4、通過效率在線監測系統的長期投運，機組在各種工況運行時自動進行數據采集、工況判定、效率計算，建立相應數據庫。

5、各個工況下機組效率：

η_tij＝f₁(N_gj,Q_ij,P_1ij,P_2ij) (5)

式中：N_gj為機組某個j工況發電機功率點，P_1ij為蝸殼進口壓力、P_2ij為尾水管出口壓力及Q_ij機組流量(在機組發電功率在j工況同時工作水頭在i工況)下的值，(其中i＝1,2,3.....,n各種工作水頭，根據需要設定，j＝1％,2％,3％.....,100％額定負荷)。

由于水輪機特性原因，當機組在一個穩定功率N_gj、及穩定工作水頭H_i下運行時，其機組過流量是一個固定值Q_ij，即：

Q_ij＝f₂(N_gj,H_i) (6)

式中：N_gj為機組功率、H_i為機組工作水頭，Q_ij為此工況下流量，(其中i＝1,2,3.....,n各種工作水頭，根據需要設定，j＝1％,2％,3％.....,100％額定負荷)。

根據公式(3)(4)(6)可以求得機組效率η_tij僅與機組工作水頭H_i和機組功率N_gj相關，其函數可表示為：

η_tij＝f₁(N_gj,H_i) (7)

式中：N_gj為機組功率、H_i為機組工作水頭，η_tij為機組此工況下的機組效率，(其中i＝1,2,3.....,n各種工作水頭，根據需要設定，j＝1％,2％,3％.....,100％額定負荷)。

因此可以知道，在相同工作水頭下機組效率和功率為一一對應關系，即是機組該工作水頭下的效率曲線。

6、對應相同工況點(即工作水頭、功率相同)，其機組效率計算值進行平均，以提高測試準確性，消除誤差，如當前效率計算值與平均值誤差小于1.5％，判定數據有效。否則判定異常，不計入有效值，報警提示進行檢查。

7、最終得到設置的各種不同工作水頭下，1％～100％額定功率共100個平均分配的功率工況點，機組實測參數的效率計算值，構成機組效率實際曲線。