[发明专利]一种水电机组在线监测系统的水轮机工作效率计算方法

说明书

本发明提出的一种水电机组在线监测系统的水轮机工作效率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：测量水电站的工作参数；获取水轮机工作区域完整的真机特性曲线；基于真机特性曲线、水轮机工作方程、单位参数方程迭代求解水轮机工作水头和工作效率。本发明不需要知道水轮机的工作水头，只需要水轮机除水头以外的基本工作参数和机组特性曲线，即可计算水轮机效率。采用机组运行实测数据即可计算水轮机效率，计算过程简单，易于在实际运行机组上实现水轮机内部能量变化的实时监测。在计算水轮机效率的同时得到水轮机工作点，能评估当前机组在特性曲线上的运行区域，便于及时控制机组避开不利区域运行。

技术领域

本发明涉及水力发电能效分析研究领域，尤其涉及一种水电机组在线监测系统的水轮机工作效率计算方法。

背景技术

水轮机将水流势能转化为旋转机械能，带动发电机旋转将机械能转化为电能，是水电站中的核心设备。水轮发电机组的效率取决于水轮机和发电机的综合效率特性。其中发电机的效率特性比较稳定、随时间变化较小，一般效率都在95％以上。而水轮机的设计效率虽然可达到95％以上，但运行过程中因容积损失、水力损失和机械损失的影响，使其偏离高效率区，同时泥沙的磨损和空蚀会导致水力性能变差，水轮机的设计选型不合理和制造安装中的技术缺陷都会降低水轮机效率。机组长期在低效率区运行，不仅会影响水能的利用，还会加重空蚀导致的破坏，甚至引起机组振动，导致机组发生严重故障，威胁水电站的安全运行。因此需要对水轮发电机组进行能效分析，以及时了解机组运行状态、排除故障和制定检修计划，确保水电机组安全、高效地运行。

在水轮机能效分析过程中水轮机效率按下式计算：

η_sl-sh＝P_dq/gHQ_fdη_fd

其中，P_dq为发电机实际功率；Q_fd为机组实际发电用水流量，由超声波流量计获取；η_fd为机组在当前水头和出力下的发电机效率，根据发电机效率曲线获取。

H为水轮机工作水头，按下式计算：

其中，P_wk为蜗壳进口压力，kPa；P_ws为尾水管出口压力，kPa；Z_wk为蜗壳进口压力表高程，m；Z_ws为尾水管出口压力表高程，m；D_gg为流量计所在位置钢管直径，m；Q_fd为机组实际发电流量，m³/s；γ为水的重度，kg/m³。

在测量蜗壳进口压力和尾水管出口压力时，因传感器安装位置不当、水轮机内部水力性能改变使测点处压力分布发生变化或转轮内水流搅动产生的水击现象，会导致压力测量不准确，直接影响能效分析的结果，在工程实际效率监测中甚至会出现水轮机效率大于1的情况。受制于水电站的运行条件，在已投入运行的水电站中不宜改变压力传感器的安装位置或添加新的传感器，因此研究在工作水头测量失误时也能够对水轮机效率进行有效评价的方法很有必要。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供了一种无需改变压力传感器安装位置或添加新的传感器，在工作水头测量结果失真时也能够对水轮机效率进行有效评价的水电机组在线监测系统的水轮机工作效率计算方法。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种水电机组在线监测系统的水轮机工作效率计算方法，包括以下步骤：

S1.测量水电站的工作参数；其中工作参数包括发电机功率P_dq、发电机效率η_dq、水轮机工作转速n_r、水轮机发电流量Q_fd、转轮进口直径D₁；