大型坝后式机组蜗壳差压-流量关系的率定.docx

1、大型坝后式机组蜗壳差压-流量关系的率定苏杭】，朱辉辉七王清I,逢晓东，刘德磊4(1.云南电力试验研究院(集团)有限公司，云南昆明650217；2.云南电力技术有限责任公司，云南昆明650217：3.华能澜沧江水电有限公司小湾电厂,云南大理675702；4.华能澜沧江水电有限公司龙开口电厂，云南大理671500)摘要蜗壳差压测流简便、不受水头与开度变化影响，系数一次率定即可长期使用。流量与蜗壳差压呈现Winter-Kennedy关系，而因流量随机误差与流量-水头死结的存在，对大型坝后式水电机组，适合根据超声波流量计流量测算净水头。文章选取云南电网典型机组，使用反算流量的方式率定蜗壳差压-流量关系

2、，结合误差与可信度评价，确认了方法的工程实用价值。关键词坝后式机组：水头测算：流量：蜗壳差压中图分类号TV734文献标志码A文章编号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流量为水轮机重要状态参数，而大流量测量是国际性技术难题，只因各种测流手段都有其难以克服的缺点。大型水电站多为坝后式布置，超声波法是主要测流手段，各厂蜗壳差压流量仪作为备用测流手段多数未经过率定，差压流虽基本处于失真状态。于是，当超声波流量计故障则过机流量参数将处缺失状态。蜗壳差压流量关系不受水头、开度变化影响，一次率定可长期使用，具备天然的优势，适合作为经常性测流手段投入运行，用于水能计虽与状态监测。因此，准确率定主力机组的蜗壳差压-流量关系成为具有积极意义的工作。小湾电厂为高水头电站

6、，龙开口电厂机组具备中低水头、大流量特质，钢管直径较大。两厂机组在南网具备典型性，其蜗壳差压流量仪均未投入正常使用。本文提出率定方案，并依两厂机组给出算例，结合误差评估，最终给出试验机组蜗壳差压流量关系的合理取伉。I差压测流原理早有研究表明对水头H)0m的机组，过机流量。与蜗壳任意断面上两点压差方之间的准确关系为Winter-Kennedy关系，即:Q=K(AA)n(1)线性化表达为：(A/?)(2)其中为指数，K为幽压系数，对同台机组，在不同的负荷、水头下，只要取压状态不变,K、为恒定常数。IEC认为式(1)相比通常认为的AK岳在流量较小、低雷诺区有着显著优势2乳可知：在准确测取差压的基础上

7、，得知。即可反推出K、差压万通过蜗壳上预留的Winter-Kennedy孔测取，对大型坝后式机蛆，中、高压测压孔通常布置在蜗壳最外缘上，低压测压孔布置.在蜗壳内缘，满足理想测压断面(断面自+X向-V方向的转角为45-67.5,此时流态稳定且压差较大)要求同(图1-图2)。于是Winter-Kennedy关系的获取,流虽Q的求取成为关键。图1小湾#5机蜗壳差压测压孔布冥图2方案2.1流量随机误差小湾#5机与龙开口#3机均装设南瑞UF9I1型超声波流量计，安装质量和积分方法符合JJF1358以及GB/T20043-2005要求。可计算得知：其流屋总系统误差不超过0.5%间。然而，因水轮机的非线性特

8、性，在部分负荷工况，超声波流量计实流波形时常呈现难以描述的变化。图3表明：某稳定负荷下，流量与差压呈明显上升趋势，造成实测流呈存在较大的随机误差。因而，宜接引用超声波流屋计流量Q的率定方式是缺乏说服力的。机沮有功丝压和有功。差压和压力通过（）.5级变送器获取，有功通过0.2级变送器测取。差压及压力变送器采用独立+24V直流稳压电源供电，水位采用宜读方式，其余参数均采集4n】A20mA标准电流信号接入数字记录仪。试凝时，功率因数cow=0.9。机组各工况稳定运行10min以上，直读量记录10组以上数值，各测点同步记录。开机前，对各测压管路检查、排气，并对差压变送器进行调零。算例中，小湾#5机毛水

9、头212.9m、龙开口#3机毛水头72.5m水密度取15C下水温值：999.11kg/n?：按温度和海拔：小湾#5机g=9.7946rn/s2:龙开口#3机，=9.7940ni/s2o3算例3.1水头H测算按下式计算实测水头损失力w虹知,=寸皿*矗式中为为毛水头，AZ为水轮机进出口高程差，仞为蜗壳进曰压力，S为蜗壳进曰断面面积。线性拟合。2/曲线%尖得各工况如，则水头H=Hoh*从图4、图5看，心实与流量Q2有着较为明显的线性关系。龙开口#3机组开度变幅小于小湾#5机组，。土加相关度相对较低，怛仍旧表现出了明显的线性相关。1.8.10015050(1550WKIM525O4846(言H3涮86

10、4255544-c1.41.2_1.0-0.80.60.4ISO图3小湾#5机450MW工况流量、开度、差压波形（毛水头212.9in）2.2流R求取方案通常，流量。由水轮机出力方程得出：200004000060000,800001000001200001400002/图4小湾#5机组Q顼次系式中为水的密度；为重力加速度，出力R可由机组功率P及发电机效率依反算而得（热稳态下柝儿乎不变），P=P/%：水头中包含演度水头，而求速度水头必需流量0这是水头测算无法回避的难题，即存在流量-水头死结。对大罂揪后式机组，水头谶失咤以泠程损失为荀局剧损为很少,Durcy-Wcisbach公式可推如虬遂做cif

11、lj由乎起声波流量仪流量0仅在部分负荷下存在明显的随机误差，基于此，本文使用0计算加以计算H,按运转综合特性曲线求取效率中,最终按式3）反算流屋。2.3实测方案实测取大开度区，50%-100%额定负荷段，按开度或有功等分步仁（8点以上）。现场测取开度、转速、蜗壳差压、超声波流量、上游和下游水位、蜗壳进口压力图5龙开口#3机组Q2卷系3.2效率粘确定在运转综合特性曲线上，对共J个工况的测试数据，当任意iT.况水头H确定后，用软件确定H水头线与各等效确定各实发出力下的效率/.（图6）。以小湾#5机某工况水头211.5m为例（图7）,可以看出，56次曲线卜，中与R关系吻合度很好。3.3测算结果各工况

12、/与久确定后，按式（3）得出流量。如表卜表2所示，线性回归得出两机组的Winter-Kennedy关系如图私图9所示。rOrc&_-a*kCi密，珂二211.SN苗舍MS。图6小湾#5机211.5m水头R#关系定位图7小湾#5机211.5m水头关系曲线表1小湾#5机测算结果试验工功率用开度发电机效水轮机出力水头水轮机效流量Q差压&h况(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龙开口#3机测算结果试验工功率P/开度发电机效水轮机出力净水头水轮机效流威0刈玉M况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可见：两机确定系数穴2十分接近于,率定结果理想。说明在大开度区，两机组Q与方关系完全符合式(2),即差压与流虽完全符合Winter-Kennedy关系。因此，对小湾#5机,有建iMm蜥1%对龙开口#3机，有蜘娜缩。4误差与可信度评价由于Q=KSh,则差压测流的流量总误差/：魏闩忌A焰a(5)图8小湾#5机Winter-Kennedy关系图9龙开口#3机Winter-Kennedy关系fit即表达率定的可信度。从式(5)可见，姻壳差压测流总误差大于K值率定误差，而K值率定误差主要由流星。的系统误差和随机误差构成。因而

17、可知：差压测流的流量总误差大于任何一种率定Winler-Kcnncdy关系时所采用的测流方法的误差。4.1 K值系统误差K值系统误差贝k按流量。系统误差fg进行评定。参照效率误差评车方式，忽略发电机效率误差,用方和根计算显L必捧十氟七毒:。其中功率系统误差.如按变送器精度等级计算4=0.5%o效率误差使用各个水头的，上P曲线拟合标准差(RMSE)的平均值评价。据【EC规程，某一试验水头从下的水头系统误差扁为：(6)式中贞为水位误差，fP为灸力误差，演为水位计量程，H、为试验水头，pJpg为i水头卜的压力水头。对务工况分别求上游和下游公Hi并取平均值，可得总的水头系统误差人H。小湾电厂坝前使用0

18、.1%级水位计，量程90m,尾水使用0.1%级水位计，量程30m：龙开口电厂坝前使用0.02级水位计，量程40m,尾水使用0.1%级水位计，量程26K值随机误差对，工况差压知求出IgA/Mg(2拟合曲线对应的Q-0为i工况流史/为工况数，则K值随机误差A：(7)4.3流量总误差所有评定结果保留3位有效数字，如表3所示。(下转第21页)iso160HO12010080曲40200图3调整试验前后运行数据的比较3试验结论及其建议3.1试验结论（1）6台磨煤机的出口一次风经过热态调平后，风量的偏差均控制在误差范围之内。（2）6台制粉系统经过调整试验后，虽煤粉细度增大，但仍未达到要求的细度脆18%,这

19、就要考虑增加燃料的燃烬率，降低飞灰町燃物的含量，经过煤粉细度的调整后，各磨的制粉功耗均有了下降的趋势。（3）本次制粉系统的调整试验对各磨的风煤比进行大幅的调整，调整依据就是在保持送粉风速为24m/s的前提下，合理降低各磨入口一次风量。3.2试验建议（1）在600MW负荷时，建议热一次风母管压力维持在8.O-8.5kPa,磨煤机的冷热风门的开度保持在60%左右，这样可有效降低排烟温度及一次风机的电耗。（2）保持较低的磨煤机风煤比及磨出口温度控制在70-72C。磨出口温度设置较低是为了保证送粉系统的安全及磨入口温度也可降低，这样可避免磨入口处石子煤燃烧。（3）在600MW负荷时，顶层磨煤机要使用后

20、墙上层磨，同时将前墙上层磨的通风停下。（4）在6（）0MW负荷时，上层磨煤机带40t/h煤出力，底层两台磨煤机要带50讪煤出力（底层煤量偏大，顶层煤量偏小）。0.07420.5420.2000.053)0.5720.5820.6081.1712.3580.5()01.5540.5002.687可以看出：当引用0计算净水头时，水头系统误差较小，由此传递的流量Q的系统误差很小（0.5%0.6%）,这确证了本文方法的合理性，因超声波测流的较大随机误差在计算中己被大幅消解。相对小湾电厂，龙开口电厂使用高精度、小量程水位计，但水头误差仍较小湾电厂稍大，说明低水头电站水头测量精度对Winter-Kennedy率定更加关键。5结语（1）大型坝后式机组蜗壳差压流量的准确关系为Winter-Kennedy关系，对位置合理的测压孔，本文方法在50%-100%额定负荷区段具有很好的效果。（2）超声波流最计实测流最部分工况存在随机误差，对大型坝后式机组，实测流量的平方与实测水头损失可保持线性相关。因流量-水头死结的存在，对大型坝后式机组，率定Winter-Kennedy关系时，可使用超声波流景计流皇计算净水头，此仅利用了乱二O相关性关系，可最大限度地回避流量随机误差，具有可靠的精度。（3）蜗壳差压测流误差大于任何一