大型壩后式機組蝸殼差壓-流量關(guān)系的率定.docx

1、大型壩后式機組蝸殼差壓-流量關(guān)系的率定蘇杭】，朱輝輝七王清I,逢曉東，劉德磊4(1.云南電力試驗研究院(集團)有限公司，云南昆明650217；2.云南電力技術(shù)有限責任公司，云南昆明650217：3.華能瀾滄江水電有限公司小灣電廠,云南大理675702；4.華能瀾滄江水電有限公司龍開口電廠，云南大理671500)摘要蝸殼差壓測流簡便、不受水頭與開度變化影響，系數(shù)一次率定即可長期使用。流量與蝸殼差壓呈現(xiàn)Winter-Kennedy關(guān)系，而因流量隨機誤差與流量-水頭死結(jié)的存在，對大型壩后式水電機組，適合根據(jù)超聲波流量計流量測算凈水頭。文章選取云南電網(wǎng)典型機組，使用反算流量的方式率定蝸殼差壓-流量關(guān)系

2、，結(jié)合誤差與可信度評價，確認了方法的工程實用價值。關(guān)鍵詞壩后式機組：水頭測算：流量：蝸殼差壓中圖分類號TV734文獻標志碼A文章編號I00I-523X(2021)19-0005-04CalibrationoftheRelationshipBetweenDifferentialPressureandFlowRateintheVoluteofaLarge-scaleBehind-damUnitSuHang,ZhuHui-hui,WangQing,PangXiao-dong,LiuDc-lciIAbstract1Thevoluteiseasytomeasuretheflowofdifferentia

3、lpressure,andisnotaffectedbychangesintheheadandopening.Thecoefficientcanbeusedfbralongtimealterasinglecalibration.TheflowraleandthedifferentialpressureofthevoluteshowaWinter-Kennedyrelationship,andduetotherandomflowrateerrorandtheilow-headdeadlockissuitableIbrlarge-scalebchind-damhydropowerunitstoca

4、lculatethenetheadbasedontheflowrateoftheultrasonicflowmeter.TliispaperselectstypicalunitsofYunnanPowerGrid,usesthemethodofbackcalculatingtheflowtocalibratethevolutedifferentialpressure-flowrelationship,andcombinestheenorandcredibilityevaluationtoconfirmthepracticalvalueofthemethod.Keywordsbehind-dam

5、unit;headcalculationjlowrate;volutedifferentialpressure流量為水輪機重要狀態(tài)參數(shù)，而大流量測量是國際性技術(shù)難題，只因各種測流手段都有其難以克服的缺點。大型水電站多為壩后式布置，超聲波法是主要測流手段，各廠蝸殼差壓流量儀作為備用測流手段多數(shù)未經(jīng)過率定，差壓流雖基本處于失真狀態(tài)。于是，當超聲波流量計故障則過機流量參數(shù)將處缺失狀態(tài)。蝸殼差壓流量關(guān)系不受水頭、開度變化影響，一次率定可長期使用，具備天然的優(yōu)勢，適合作為經(jīng)常性測流手段投入運行，用于水能計雖與狀態(tài)監(jiān)測。因此，準確率定主力機組的蝸殼差壓-流量關(guān)系成為具有積極意義的工作。小灣電廠為高水頭電站

6、，龍開口電廠機組具備中低水頭、大流量特質(zhì)，鋼管直徑較大。兩廠機組在南網(wǎng)具備典型性，其蝸殼差壓流量儀均未投入正常使用。本文提出率定方案，并依兩廠機組給出算例，結(jié)合誤差評估，最終給出試驗機組蝸殼差壓流量關(guān)系的合理取伉。I差壓測流原理早有研究表明對水頭H)0m的機組，過機流量。與蝸殼任意斷面上兩點壓差方之間的準確關(guān)系為Winter-Kennedy關(guān)系，即:Q=K(AA)n(1)線性化表達為：(A/?)(2)其中為指數(shù)，K為幽壓系數(shù)，對同臺機組，在不同的負荷、水頭下，只要取壓狀態(tài)不變,K、為恒定常數(shù)。IEC認為式(1)相比通常認為的AK岳在流量較小、低雷諾區(qū)有著顯著優(yōu)勢2乳可知：在準確測取差壓的基礎(chǔ)上

7、，得知。即可反推出K、差壓萬通過蝸殼上預留的Winter-Kennedy孔測取，對大型壩后式機蛆，中、高壓測壓孔通常布置在蝸殼最外緣上，低壓測壓孔布置.在蝸殼內(nèi)緣，滿足理想測壓斷面(斷面自+X向-V方向的轉(zhuǎn)角為45-67.5,此時流態(tài)穩(wěn)定且壓差較大)要求同(圖1-圖2)。于是Winter-Kennedy關(guān)系的獲取,流雖Q的求取成為關(guān)鍵。圖1小灣#5機蝸殼差壓測壓孔布冥圖2方案2.1流量隨機誤差小灣#5機與龍開口#3機均裝設(shè)南瑞UF9I1型超聲波流量計，安裝質(zhì)量和積分方法符合JJF1358以及GB/T20043-2005要求?？捎嬎愕弥浩淞魑菘傁到y(tǒng)誤差不超過0.5%間。然而，因水輪機的非線性特

8、性，在部分負荷工況，超聲波流量計實流波形時常呈現(xiàn)難以描述的變化。圖3表明：某穩(wěn)定負荷下，流量與差壓呈明顯上升趨勢，造成實測流呈存在較大的隨機誤差。因而，宜接引用超聲波流屋計流量Q的率定方式是缺乏說服力的。機沮有功絲壓和有功。差壓和壓力通過（）.5級變送器獲取，有功通過0.2級變送器測取。差壓及壓力變送器采用獨立+24V直流穩(wěn)壓電源供電，水位采用宜讀方式，其余參數(shù)均采集4n】A20mA標準電流信號接入數(shù)字記錄儀。試凝時，功率因數(shù)cow=0.9。機組各工況穩(wěn)定運行10min以上，直讀量記錄10組以上數(shù)值，各測點同步記錄。開機前，對各測壓管路檢查、排氣，并對差壓變送器進行調(diào)零。算例中，小灣#5機毛水

9、頭212.9m、龍開口#3機毛水頭72.5m水密度取15C下水溫值：999.11kg/n?：按溫度和海拔：小灣#5機g=9.7946rn/s2:龍開口#3機，=9.7940ni/s2o3算例3.1水頭H測算按下式計算實測水頭損失力w虹知,=寸皿*矗式中為為毛水頭，AZ為水輪機進出口高程差，仞為蝸殼進曰壓力，S為蝸殼進曰斷面面積。線性擬合。2/曲線%尖得各工況如，則水頭H=Hoh*從圖4、圖5看，心實與流量Q2有著較為明顯的線性關(guān)系。龍開口#3機組開度變幅小于小灣#5機組，。土加相關(guān)度相對較低，怛仍舊表現(xiàn)出了明顯的線性相關(guān)。1.8.10015050(1550WKIM525O4846(言H3涮86

10、4255544-c1.41.2_1.0-0.80.60.4ISO圖3小灣#5機450MW工況流量、開度、差壓波形（毛水頭212.9in）2.2流R求取方案通常，流量。由水輪機出力方程得出：200004000060000,800001000001200001400002/圖4小灣#5機組Q頊次系式中為水的密度；為重力加速度，出力R可由機組功率P及發(fā)電機效率依反算而得（熱穩(wěn)態(tài)下柝兒乎不變），P=P/%：水頭中包含演度水頭，而求速度水頭必需流量0這是水頭測算無法回避的難題，即存在流量-水頭死結(jié)。對大罌揪后式機組，水頭讖失咤以泠程損失為荀局劇損為很少,Durcy-Wcisbach公式可推如虬遂做cif

11、lj由乎起聲波流量儀流量0僅在部分負荷下存在明顯的隨機誤差，基于此，本文使用0計算加以計算H,按運轉(zhuǎn)綜合特性曲線求取效率中,最終按式3）反算流屋。2.3實測方案實測取大開度區(qū)，50%-100%額定負荷段，按開度或有功等分步仁（8點以上）。現(xiàn)場測取開度、轉(zhuǎn)速、蝸殼差壓、超聲波流量、上游和下游水位、蝸殼進口壓力圖5龍開口#3機組Q2卷系3.2效率粘確定在運轉(zhuǎn)綜合特性曲線上，對共J個工況的測試數(shù)據(jù)，當任意iT.況水頭H確定后，用軟件確定H水頭線與各等效確定各實發(fā)出力下的效率/.（圖6）。以小灣#5機某工況水頭211.5m為例（圖7）,可以看出，56次曲線卜，中與R關(guān)系吻合度很好。3.3測算結(jié)果各工況

12、/與久確定后，按式（3）得出流量。如表卜表2所示，線性回歸得出兩機組的Winter-Kennedy關(guān)系如圖私圖9所示。rOrc&_-a*kCi密，珂二211.SN苗舍MS。圖6小灣#5機211.5m水頭R#關(guān)系定位圖7小灣#5機211.5m水頭關(guān)系曲線表1小灣#5機測算結(jié)果試驗工功率用開度發(fā)電機效水輪機出力水頭水輪機效流量Q差壓&h況(MW)率/(%)P,(MW)H(m)率/(%)(m火(kPa)350351.15/50.2598.15357.77212.4892.819185.21430.485400402.58/55.0598.25409.75212.3094.388208.77539.3

13、39450453.48/60.3698.43460.71212.0695.598232.02449.460500501.26,66.2498.54508.69211.8696.287254.59460.088550550.93/72.9398.61558.70211.5396.316279.97471.491600603.23/80.6698.65611.49211.2495.275310.19788.511650647.82/89.6798.72656.22210.X694.270337.050103.885700697.09/97.2898.76705.84210.6192.948368.

14、129122.856表2龍開口#3機測算結(jié)果試驗工功率P/開度發(fā)電機效水輪機出力凈水頭水輪機效流威0刈玉M況MW)(MW/%)率(%)P(MW)II(m)率(%)(n?/s)(kPa)1X0177.7W49.2298.151X1.0571.511X4.635305.434X.43!9X199.60/52.5198.26203.1371.447X7.381332.2179.97216216.92/55.()498.39220.4771.38688.826355.00611.37234237.54/57.2398.48241.2171.32091.613376.93013.35252252.40/

15、61.7098.54256.1471.25192.432397.10315.14270269.03/65.2298.58272.9171.18393.621418.12016.34288288.90/69.2198.63292.9171.08694.832443.65217.68306509.31/73.8498.66313.5170.98395.724471.10920.19324324.92/79.2198.71329.1770.90196.144493.04022.27342346.84/84.5298.74351.2770.75195.754529.40224.98360359.33/

16、87.5398.78363.7770.63895.303551.72427.53可見：兩機確定系數(shù)穴2十分接近于,率定結(jié)果理想。說明在大開度區(qū)，兩機組Q與方關(guān)系完全符合式(2),即差壓與流雖完全符合Winter-Kennedy關(guān)系。因此，對小灣#5機,有建iMm蜥1%對龍開口#3機，有蜘娜縮。4誤差與可信度評價由于Q=KSh,則差壓測流的流量總誤差/：魏閂忌A焰a(5)圖8小灣#5機Winter-Kennedy關(guān)系圖9龍開口#3機Winter-Kennedy關(guān)系fit即表達率定的可信度。從式(5)可見，姻殼差壓測流總誤差大于K值率定誤差，而K值率定誤差主要由流星。的系統(tǒng)誤差和隨機誤差構(gòu)成。因而

17、可知：差壓測流的流量總誤差大于任何一種率定Winler-Kcnncdy關(guān)系時所采用的測流方法的誤差。4.1 K值系統(tǒng)誤差K值系統(tǒng)誤差貝k按流量。系統(tǒng)誤差fg進行評定。參照效率誤差評車方式，忽略發(fā)電機效率誤差,用方和根計算顯L必捧十氟七毒:。其中功率系統(tǒng)誤差.如按變送器精度等級計算4=0.5%o效率誤差使用各個水頭的，上P曲線擬合標準差(RMSE)的平均值評價。據(jù)【EC規(guī)程，某一試驗水頭從下的水頭系統(tǒng)誤差扁為：(6)式中貞為水位誤差，fP為灸力誤差，演為水位計量程，H、為試驗水頭，pJpg為i水頭卜的壓力水頭。對務(wù)工況分別求上游和下游公Hi并取平均值，可得總的水頭系統(tǒng)誤差人H。小灣電廠壩前使用0

18、.1%級水位計，量程90m,尾水使用0.1%級水位計，量程30m：龍開口電廠壩前使用0.02級水位計，量程40m,尾水使用0.1%級水位計，量程26K值隨機誤差對，工況差壓知求出IgA/Mg(2擬合曲線對應的Q-0為i工況流史/為工況數(shù)，則K值隨機誤差A：(7)4.3流量總誤差所有評定結(jié)果保留3位有效數(shù)字，如表3所示。(下轉(zhuǎn)第21頁)iso160HO12010080曲40200圖3調(diào)整試驗前后運行數(shù)據(jù)的比較3試驗結(jié)論及其建議3.1試驗結(jié)論（1）6臺磨煤機的出口一次風經(jīng)過熱態(tài)調(diào)平后，風量的偏差均控制在誤差范圍之內(nèi)。（2）6臺制粉系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)整試驗后，雖煤粉細度增大，但仍未達到要求的細度脆18%,這

19、就要考慮增加燃料的燃燼率，降低飛灰町燃物的含量，經(jīng)過煤粉細度的調(diào)整后，各磨的制粉功耗均有了下降的趨勢。（3）本次制粉系統(tǒng)的調(diào)整試驗對各磨的風煤比進行大幅的調(diào)整，調(diào)整依據(jù)就是在保持送粉風速為24m/s的前提下，合理降低各磨入口一次風量。3.2試驗建議（1）在600MW負荷時，建議熱一次風母管壓力維持在8.O-8.5kPa,磨煤機的冷熱風門的開度保持在60%左右，這樣可有效降低排煙溫度及一次風機的電耗。（2）保持較低的磨煤機風煤比及磨出口溫度控制在70-72C。磨出口溫度設(shè)置較低是為了保證送粉系統(tǒng)的安全及磨入口溫度也可降低，這樣可避免磨入口處石子煤燃燒。（3）在600MW負荷時，頂層磨煤機要使用后

20、墻上層磨，同時將前墻上層磨的通風停下。（4）在6（）0MW負荷時，上層磨煤機帶40t/h煤出力，底層兩臺磨煤機要帶50訕煤出力（底層煤量偏大，頂層煤量偏?。?。0.07420.5420.2000.053)0.5720.5820.6081.1712.3580.5()01.5540.5002.687可以看出：當引用0計算凈水頭時，水頭系統(tǒng)誤差較小，由此傳遞的流量Q的系統(tǒng)誤差很小（0.5%0.6%）,這確證了本文方法的合理性，因超聲波測流的較大隨機誤差在計算中己被大幅消解。相對小灣電廠，龍開口電廠使用高精度、小量程水位計，但水頭誤差仍較小灣電廠稍大，說明低水頭電站水頭測量精度對Winter-Kennedy率定更加關(guān)鍵。5結(jié)語（1）大型壩后式機組蝸殼差壓流量的準確關(guān)系為Winter-Kennedy關(guān)系，對位置合理的測壓孔，本文方法在50%-100%額定負荷區(qū)段具有很好的效果。（2）超聲波流最計實測流最部分工況存在隨機誤差，對大型壩后式機組，實測流量的平方與實測水頭損失可保持線性相關(guān)。因流量-水頭死結(jié)的存在，對大型壩后式機組，率定Winter-Kennedy關(guān)系時，可使用超聲波流景計流皇計算凈水頭，此僅利用了亂二O相關(guān)性關(guān)系，可最大限度地回避流量隨機誤差，具有可靠的精度。（3）蝸殼差壓測流誤差大于任何一