抽水蓄能電站發(fā)電效率試驗的主要參數(shù)及誤差分析

抽水蓄能電站發(fā)電效率試驗的主要參數(shù)及誤差分析

1水泵輪泵機(jī)關(guān)模型驗收試驗張灣污水處理廠（以下簡稱“張灣電廠”）位于河北省石家莊經(jīng)義縣測魚市甘陶河支流。車間為地下，總安裝功率為4臺25mw機(jī)組。張灣水庫將河北省南部的電網(wǎng)合并，每天進(jìn)行調(diào)整，并承擔(dān)起系統(tǒng)的調(diào)節(jié)峰、固谷、頻率、調(diào)節(jié)相和事故的備用責(zé)任。張河灣電廠水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪生產(chǎn)廠家為法國ALSTOM公司,轉(zhuǎn)輪驗收采用模型驗收試驗的方法。轉(zhuǎn)輪模型驗收試驗是根據(jù)水輪機(jī)相似理論,用轉(zhuǎn)輪模型在專門的試驗裝置上進(jìn)行,用以判斷轉(zhuǎn)輪原型各種參數(shù)和性能的試驗,模型驗收試驗在ALSTOM試驗室的TP3試驗臺進(jìn)行。TP3試驗臺是一座高水頭立式試驗臺,主要用于水泵水輪機(jī)和混流式水輪機(jī)的模型試驗。試驗臺主要測量設(shè)備和儀器儀表均是高精度有效原級率定設(shè)備。為了保證模型試驗結(jié)果的準(zhǔn)確可靠,流量、轉(zhuǎn)速、力矩、水頭等參數(shù)的測量精度是試驗成敗的關(guān)鍵。因此需對試驗臺各個測試儀器進(jìn)行校準(zhǔn),并計算分析測試數(shù)據(jù)的綜合誤差,以確認(rèn)試驗的有效性和可靠性。2旋轉(zhuǎn)模型的主要參數(shù)張河灣電廠轉(zhuǎn)輪模型主要參數(shù)見表1。3重復(fù)性檢查與質(zhì)量檢查各種參數(shù)的主要測量儀器儀表均要求在各項試驗前進(jìn)行率定,部分項目在試驗后又作了重復(fù)性檢查。各項核定結(jié)果符合IEC60193-1999《水輪機(jī)、存儲泵和水泵水輪機(jī)模型驗收試驗》規(guī)程,同時對部分原級測量儀器進(jìn)行原級證書查驗。3.1儀器儀表及其性能設(shè)置用于測量各種參數(shù)的測量3.1.1輪機(jī)工況測量TP3試驗臺裝有由渦輪流量計和電磁流量計組成的2組流量計,分別用于水泵和水輪機(jī)工況的流量測量。渦輪流量計用于試驗測量,電磁流量計用于校核檢查。流量率定裝置為250m3的稱重桶,稱重桶用4個1000kN的負(fù)荷傳感器支撐。由于主軸密封處漏水引起的流量損失則通過在水輪機(jī)模式和水泵模式上下游壓差進(jìn)行率定。3.1.2靜水頭的測量水頭由動水頭和靜水頭兩部分組成,其中動水頭由流量和過水?dāng)嗝婷娣e計算得出,靜水頭由4個差壓傳感器測量。差壓傳感器由標(biāo)準(zhǔn)壓力計率定,該標(biāo)準(zhǔn)壓力計經(jīng)國家計量部門率定。尾水壓力由絕對壓力傳感器測量,傳感器布置在下游水箱以下,用水銀壓力計率定。3.1.3主力動力量測量方法力矩測量由主力矩和摩擦力矩組成。主力矩從測功電機(jī)的擺動定子上測取電磁力矩,主力矩測量系統(tǒng)由負(fù)荷傳感器、標(biāo)準(zhǔn)砝碼、鋼帶及力臂組成,摩擦力矩為電機(jī)空冷損失和主軸密封隨轉(zhuǎn)速變化的損失力矩,該力矩由電機(jī)在不同旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)速變化率定。驗收試驗后對力矩測量系統(tǒng)的力臂長度進(jìn)行了測量復(fù)核。3.1.4盤感應(yīng)脈沖模型機(jī)組轉(zhuǎn)速靠一個固定在測功機(jī)軸上的齒盤感應(yīng)產(chǎn)生脈沖,由計數(shù)卡記錄。計數(shù)時間是從2.5MHz的石英時基中獲得,它同時用于模型機(jī)組的流量測量的計時。3.2預(yù)測的稅率結(jié)果對測試儀器儀表的率定結(jié)果見表2,所有儀器誤差均符合IEC60193-1999的要求。4發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n模型水輪機(jī)效率公式為:η=ω×T/(ρ×g×H×Q)=π×n×T/(30×ρ×g×H×Q)(1)模型水泵效率公式為:η=(ρ×g×H×Q)/(ω×T)=(30×ρ×g×H×Q)/(π×n×T)(2)式中:ω為角轉(zhuǎn)速,ω=2πn60ω=2πn60;n為轉(zhuǎn)輪模型的轉(zhuǎn)速,r/min;T為轉(zhuǎn)輪模型的輸出力矩,N·m;ρ為模型試驗水密度,kg/m3;g為實驗室重力加速度,g=9.805673m/s2;H為轉(zhuǎn)輪模型工作水頭,m;Q為模型水泵-水輪機(jī)流量,m3/s。模型試驗的誤差分析主要包括2個方面:試驗臺的測量儀器和設(shè)備的系統(tǒng)誤差和在典型工況下(一般選最優(yōu)工況)模型效率測量的隨機(jī)誤差。4.1系統(tǒng)誤差的計算4.1.1流量誤差ke流量測量誤差包括原級率定設(shè)備誤差EQV和流量計率定誤差EQS。4.1.1.設(shè)備標(biāo)志誤差測重系統(tǒng)誤差EQW為原級稱重桶負(fù)荷傳感器誤差EQW=0.03%(設(shè)備標(biāo)示)。偏流器計時誤差EQT=0.014%(設(shè)備標(biāo)示)。計時器誤差EQtime=0.001%(設(shè)備標(biāo)示)。水溫測量誤差EQR=0.016%(設(shè)備標(biāo)示)。原級率定設(shè)備誤差EQV=√EQW2+EQΤ2+EQtime2+EQR2=0.03678％EQV=EQW2+EQT2+EQtime2+EQR2??????????????????????????√=0.03678％。4.1.1.誤差分析計算時誤差分析計算時按試驗臺標(biāo)定值計算流量率定誤差EQS=0.133%(見表2)。因其小于TP3試驗臺流量計標(biāo)定值0.15%,誤差分析計算時按試驗臺標(biāo)定值計算。流量測試誤差EQ=√EQV2+EQS2=0.154%EQ=EQV2+EQS2???????????√=0.154%。4.1.2誤差和標(biāo)準(zhǔn)壓力計誤差水頭測試誤差由靜水頭誤差和動水頭誤差組成。靜水頭誤差EHP由原級設(shè)備的誤差和差壓傳感器率定誤差組成。EΗp=√EΗpo2+EΗpc2+EΗpt2=0.05％EHp=EHpo2+EHpc2+EHpt2???????????????????√=0.05％式中:砝碼的誤差EHpo=0.001%(設(shè)備標(biāo)示);標(biāo)準(zhǔn)壓力計誤差EHpc=0.005%(設(shè)備標(biāo)示);壓力傳感器測量誤差EHpt=0.05%(見表2)。該次驗收檢查計算動水頭誤差EHD=0.012%,水頭測試誤差EΗ=√EΗp2+EΗD2=0.051％。4.1.3典型試驗結(jié)果,主要有2.力矩測量誤差包括測功臂上電磁力矩的測量誤差,電機(jī)風(fēng)冷和水輪機(jī)主軸密封摩擦力矩測量誤差。力矩測量誤差:EΤ=√E2m+E2l+E2tf+E2t(3)式中:Em為砝碼誤差,0.001%(設(shè)備標(biāo)示);El為力臂誤差,0.001%(見表2);Etf為電機(jī)風(fēng)冷和水輪機(jī)主軸密封摩擦力矩誤差,0.01%(設(shè)備標(biāo)示);Et為負(fù)荷傳感器標(biāo)定誤差,率定誤差0.35%(見表2)。按照試驗典型工況點(diǎn)所測量的力矩約為571N·m,整載部分500N·m由砝碼測量,零載部分71N·m由負(fù)荷傳感器測量,由此計算,Et=0.043%。根據(jù)式(3)計算得出力矩的測試誤差ET為0.044%。4.1.4旋轉(zhuǎn)測量誤差e轉(zhuǎn)速測量誤差En=0.001%(見表2)。4.1.5水密度試驗的誤差e根據(jù)試驗時水溫計算得出水密度測量誤差Eρ=0.050%。4.1.6相對系統(tǒng)誤差es的模型效率(Eη)s=√E2Q+E2Η+E2Τ+E2n+E2ρ=0.175%4.2隨機(jī)誤差計算為核算試驗臺隨機(jī)誤差,在試驗時選取張河灣電廠轉(zhuǎn)輪模型最優(yōu)工況點(diǎn),對模型效率進(jìn)行了10次重復(fù)測量,重復(fù)測量結(jié)果見表3。在穩(wěn)定工況下,根據(jù)效率測量值的離散程度,進(jìn)行效率試驗的隨機(jī)誤差(Eη)r計算:(Eη)r=t0.95(Ν-1)×Sˉηˉη×100%=0.082%式中:N為樣本數(shù),即重復(fù)測試次數(shù),在該試驗中,N=10;t0.95(N-1)為對應(yīng)于95%置信概率和(N-1)自由度的t分布值,t0.95(N-1)=2.228;Sˉη為效率平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差,Sˉη=√Ν∑i=1(η-ˉη)2/√Ν(Ν-1),代入試驗相應(yīng)數(shù)據(jù)計算得出:Sˉη=0.0337%。4.3綜合測試誤差Eη=√(Eη)2s+(Eη)2r=0.193%根據(jù)張河灣電廠主機(jī)設(shè)備供貨合同,轉(zhuǎn)輪模型試驗臺的綜合測試誤差應(yīng)小于0.3%。通過對測試儀器儀表的率定,計算效率試驗測量的相對系統(tǒng)誤差,用模型試驗典型工況效率測試,計算模型效率的隨機(jī)誤差,最后得到模型效率測試綜合誤差等于0.193%,滿足要求。5模型的測量能力可實現(xiàn)以模型為輪通過轉(zhuǎn)輪模型效率試驗綜合誤差的計算分析,可以考察模型試驗臺