一种水电机组效率检测方法与流程

1.本发明涉及水电机组检测方法技术领域，具体涉及一种水电机组效率检测方法。


背景技术：

2.小水电不仅可以改善能源结构和增加能源供应，而且可以保护生态环境和降低温室气体排放，但是，小水电的出力特性与发电流量大小密切相关，波动性较大，尤其是径流式小水电站，当前的小水电站通常由几台小容量的发电机组成，甚至每台发电机的容量也不完全相同，其运行效率随着发电机的出力变化而变化，当小水电站总发电流量一定时，希望小水电站所有发电机的总出力最大，即需要对小水电站机组间的发电流量进行合理的分配，使站内发电机的运行效率最优，需要通过对小水电的水电机组运行效率进行检测达到优化分配的方案，本方案具体涉及一种水电机组效率检测方法；
3.但是现有的水电机组效率检测方法无法实时输出计算效率和计算误差，水电机组运行效率实时趋势分析和历史趋势分析数据支撑力度不够，不便于技术人员监测分析机组水轮机在各工况下的运行效率，无法将实时采集数据与历史存储数据紧密配合，不能覆盖水电机组实际运行过程的各种工况，不利于判定水电机组运行效率。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种水电机组效率检测方法，可以有效解决背景技术中提出的无法实时输出计算效率和计算误差，水电机组运行效率实时趋势分析和历史趋势分析数据支撑力度不够，不便于技术人员监测分析机组水轮机在各工况下的运行效率，无法将实时采集数据与历史存储数据紧密配合，不能覆盖水电机组实际运行过程的各种工况，不利于判定水电机组运行效率的问题。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
6.一种水电机组效率检测方法，包括以下步骤：
7.步骤一、查询获取效率检测的基本数据，水轮机组设备安装高程(h1，h2)，其中h1为蜗壳测压处表计安装位置中心高程，h2为尾水测压处表计安装位置中心高程，机组安装位置所处纬度机组蜗壳进口测压处管道断面截面积s1，机组尾水管出口管道测压处断面截面积s2；
8.步骤二、设计数据存储历史库，获取在线计算所需样本数据，通过实时库和历史库的访问接口，以扩展插件应用的方式设计振动相关数据自定义关系数表，周期性地将从实时数据库获取的监测点有功功率、机组流量、蜗壳进口压力、尾水出口压力、导叶开度、机组频率、上游水位、下游水位、功率因数、水温等数据信息的原始数据存入自定义数据表中；
9.步骤三、样本参数获取与计算过程，对获取的蜗壳、尾水的压力绝对值、蜗壳、尾水处水密度和工作水头样本参数进行计算，获取机组流量参数、机组功率参数；
10.步骤四、样本数据有效判定，效率计算过程的准确性依赖于样本数据获取过程的有效性，首要条件在于判定机组运行工况是否稳定，判定的标准依赖于机组有功功率、机组
工作水头、机组转速等参数是否出现重大波动；
11.步骤五、计算结果以及误差分析，在水轮机效率计算过程中，需要获取各种样本数据，样本数据包括直接测量数据和间接测量数据，其中间接测量数据是由多个直接测量数据通过一定的函数关系间接求得，测量方法和测量仪器、仪表等工具的限制，在水电机组数据采集与监视控制系统获取的直接测量数据一般均存在误差，该误差将反映在间接测量数据上，如果没有给出样本参数获取结果的可靠程度，将不能完全反映测量结果的质量，分析各直接测量量的误差，并得出间接测量量的误差。
12.优选的，所述步骤三中蜗壳、尾水的压力绝对值计算公式p＝p1+p0(h
0-h1/900)/h0，式中：p为绝对压力，p1为表测压力，p0为标准大气压，h0为标准大气压下水柱，h1为压力表计安装位置中心高程。
13.优选的，所述步骤三中蜗壳处水密度ρ1、尾水处水密度ρ2、平均水密度ρ的计算公式为ρ1＝ρ0+k(p
wk
/100-10)/10，ρ2＝ρ0+k(p
ws
/100-10)/10，ρ＝(ρ1+ρ2)/2，式中：p
wk
和p
ws
分别为蜗壳和尾水出口处绝对压力，ρ0为密度计算基准值，k为密度计算修正系数。
14.优选的，所述工作水头获取的计算公式为优选的，所述工作水头获取的计算公式为式中：为重力加速度，p1为蜗壳进口压力均值，p1为尾水进口压力均值，qm为机组流量。
15.优选的，所述机组流量参数的获取过程采用超声波流量计，针对水轮机进水钢管管径巨大的特点，在测量中使用多声道测流方法，采用交叉声路布置方式，在同一高程上的两个声路以相反的倾角安装来提高测量精度，流量计的采集精度直接影响效率计算结果的精度。
16.优选的，所述机组功率参数的获取过程中，发电机输出的有功功率即是水力机组的输出功率，为水力机组效率计算的重要数据之一，对它测量的准确与否，取决于测量方法和所使用测量仪表的精度，水轮发电机容量大、电压高，进行三相有功测量时，功率表计不能直接接在母线上，而是通过电压互感器和电流互感器进行三相功率的测定。
17.优选的，所述步骤四中具体判定标准如下，10min内机组有功功率变化差值不超过该段时间内机组有功功率平均值的
±
1.5％，即(有功功率峰值/2)/有功功率均值，应保证有功功率变化比值≤
±
1.5％；10min内水力比能变化不应超过平均值的
±
1.0％，即(机组工作水头-机组平均工作水头)/机组平均工作水头，应保证水力比能变化比值≤
±
1.0％，10min内机组转速变化不应超过平均值的
±
0.5％，即(机组频率峰值/2)/机组频率均值，应保证转速变化比值≤
±
0.5％。
18.优选的，所述误差分析方法采用函数增量法，假定输入参数直接测量量(x1，x2，
…
，xn)的标准误差为(δx1，δx2，
…
，δxx)，则每个直接测量量的误差引起间接测量量y的误差δy
i+
＝f(x1+δx1，x2+δx2，
…
，xi+δxi，
…
，xn+δxn)-f(x1，x2，
…
，xi，
…
，xn)或δy
i-＝f(x
1-δx1，x
2-δx2，
…
，x
i-δxi，
…
，x
n-δxn)-f(x1，x2，
…
，xi，
…
，xn)，去误差绝对值的平均值δxi引起y的标准误差δyi＝(|δy
i+
|+|δy
i-|)/2，由于各直接测量量相互独立，间接测量量y总的标准误差
19.优选的，所述在进行水轮机效率计算的过程中，计算结果能否满足应用的要求，是否具体可信度，可以通过误差指标来进行直接判定，同时也可以提取误差指标满足要求的
数据进行后续的应用分析。
20.优选的，所述分析方法依托远程实时在线监测分析系统，将实时采集数据与历史存储数据紧密结合，所需数据可覆盖水轮机实际运行过程的各种工况，优化输入参数条件判定和输出结果误差分析。
21.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
22.本发明实现智能化在线监测分析，能够在水电机组检测过程中，实时输出了计算效率和计算误差，为水电机组运行效率实时趋势分析和历史趋势分析提供了数据支撑，便于技术人员监测分析机组水轮机在各工况下的运行效率；
23.进一步的，将检测方法与远程实时在线监测分析系统结合，以及实时采集数据与历史存储数据紧密配合，可覆盖水电机组实际运行过程的各种工况，优化输入参数条件利于判定水电机组运行效率。
附图说明
24.图1为本发明一种水电机组效率检测方法的流程图；
25.图2为本发明一种水电机组效率检测方法的样本参数获取的流程图。
具体实施方式
26.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
28.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素，在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。
32.实施例
33.如图1-2所示，一种水电机组效率检测方法，包括以下步骤：
34.步骤一、查询获取效率检测的基本数据，水轮机组设备安装高程(h1，h2)，其中h1为蜗壳测压处表计安装位置中心高程，h2为尾水测压处表计安装位置中心高程，机组安装位置所处纬度机组蜗壳进口测压处管道断面截面积s1，机组尾水管出口管道测压处断面截面积s2；
35.步骤二、设计数据存储历史库，获取在线计算所需样本数据，通过实时库和历史库的访问接口，以扩展插件应用的方式设计振动相关数据自定义关系数表，周期性地将从实时数据库获取的监测点有功功率、机组流量、蜗壳进口压力、尾水出口压力、导叶开度、机组频率、上游水位、下游水位、功率因数、水温等数据信息的原始数据存入自定义数据表中；
36.步骤三、样本参数获取与计算过程，对获取的蜗壳、尾水的压力绝对值、蜗壳、尾水处水密度和工作水头样本参数进行计算，获取机组流量参数、机组功率参数；
37.步骤四、样本数据有效判定，效率计算过程的准确性依赖于样本数据获取过程的有效性，首要条件在于判定机组运行工况是否稳定，判定的标准依赖于机组有功功率、机组工作水头、机组转速等参数是否出现重大波动；
38.步骤五、计算结果以及误差分析，在水轮机效率计算过程中，需要获取各种样本数据，样本数据包括直接测量数据和间接测量数据，其中间接测量数据是由多个直接测量数据通过一定的函数关系间接求得，测量方法和测量仪器、仪表等工具的限制，在水电机组数据采集与监视控制系统获取的直接测量数据一般均存在误差，该误差将反映在间接测量数据上，如果没有给出样本参数获取结果的可靠程度，将不能完全反映测量结果的质量，分析各直接测量量的误差，并得出间接测量量的误差。
39.步骤三中蜗壳、尾水的压力绝对值计算公式：
40.p＝p1+p0(h
0-h1/900)/h041.式中：p为绝对压力，p1为表测压力，p0为标准大气压，h0为标准大气压下水柱，h1为压力表计安装位置中心高程。
42.步骤三中蜗壳处水密度ρ1、尾水处水密度ρ2、平均水密度ρ的计算公式为：
43.ρ1＝ρ0+k(p
wk
/100-10)/10，ρ2＝ρ0+k(p
ws
/100-10)/10，ρ＝(ρ1+ρ2)/2
44.式中：p
wk
和p
ws
分别为蜗壳和尾水出口处绝对压力，ρ0为密度计算基准值，k为密度计算修正系数。
45.工作水头获取的计算公式为：
[0046][0047]
式中：为重力加速度，p1为蜗壳进口压力均值，p1为尾水进口压力均值，qm为机组流量。
[0048]
机组流量参数的获取过程采用超声波流量计，针对水轮机进水钢管管径巨大的特点，在测量中使用多声道测流方法，采用交叉声路布置方式，在同一高程上的两个声路以相反的倾角安装来提高测量精度，流量计的采集精度直接影响效率计算结果的精度。
[0049]
机组功率参数的获取过程中，发电机输出的有功功率即是水力机组的输出功率，
为水力机组效率计算的重要数据之一，对它测量的准确与否，取决于测量方法和所使用测量仪表的精度，水轮发电机容量大、电压高，进行三相有功测量时，功率表计不能直接接在母线上，而是通过电压互感器和电流互感器进行三相功率的测定。
[0050]
步骤四中具体判定标准如下，10min内机组有功功率变化差值不超过该段时间内机组有功功率平均值的
±
1.5％，即(有功功率峰值/2)/有功功率均值，应保证有功功率变化比值≤
±
1.5％；10min内水力比能变化不应超过平均值的
±
1.0％，即(机组工作水头-机组平均工作水头)/机组平均工作水头，应保证水力比能变化比值≤
±
1.0％，10min内机组转速变化不应超过平均值的
±
0.5％，即(机组频率峰值/2)/机组频率均值，应保证转速变化比值≤
±
0.5％。
[0051]
误差分析方法采用函数增量法，假定输入参数直接测量量(x1，x2，
…
，xn)的标准误差为(δx1，δx2，
…
，δxn)，则每个直接测量量的误差引起间接测量量y的误差δy
i+
＝f(x1+δx1，x2+δx2，
…
，xi+δxi，
…
，xn+δxn)-f(x1，x2，
…
，xi，
…
，xn)或δy
i-＝f(x
1-δx1，x
2-δx2，
…
，x
i-δxi，
…
，x
n-δxn)-f(x1，x2，
…
，xi，
…
，xn)，去误差绝对值的平均值δxi引起y的标准误差δyi＝(|δy
i+
|+|δy
i-|)/2，由于各直接测量量相互独立，间接测量量y总的标准误差
[0052]
在进行水轮机效率计算的过程中，计算结果能否满足应用的要求，是否具体可信度，可以通过误差指标来进行直接判定，同时也可以提取误差指标满足要求的数据进行后续的应用分析。
[0053]
本实施例中，分析方法依托远程实时在线监测分析系统，将实时采集数据与历史存储数据紧密结合，所需数据可覆盖水轮机实际运行过程的各种工况，优化输入参数条件判定和输出结果误差分析。
[0054]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种水电机组效率检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、查询获取效率检测的基本数据，水轮机组设备安装高程(h1，h2)，其中h1为蜗壳测压处表计安装位置中心高程，h2为尾水测压处表计安装位置中心高程，机组安装位置所处纬度机组蜗壳进口测压处管道断面截面积s1，机组尾水管出口管道测压处断面截面积s2；步骤二、设计数据存储历史库，获取在线计算所需样本数据，通过实时库和历史库的访问接口，以扩展插件应用的方式设计振动相关数据自定义关系数表，周期性地将从实时数据库获取的监测点有功功率、机组流量、蜗壳进口压力、尾水出口压力、导叶开度、机组频率、上游水位、下游水位、功率因数、水温的数据信息，以原始数据存入自定义数据表中；步骤三、样本参数获取与计算过程，对获取的蜗壳、尾水的压力绝对值、蜗壳、尾水处水密度和工作水头样本参数进行计算，获取机组流量参数、机组功率参数；步骤四、样本数据有效判定，效率计算过程的准确性依赖于样本数据获取过程的有效性，首要条件在于判定机组运行工况是否稳定，判定的标准依赖于机组有功功率、机组工作水头、机组转速的参数是否出现重大波动；步骤五、计算结果以及误差分析，在水轮机效率计算过程中，需要获取各种样本数据，样本数据包括直接测量数据和间接测量数据，其中间接测量数据是由多个直接测量数据通过一定的函数关系间接求得，测量方法和测量仪器、仪表相关工具的限制，在水电机组数据采集与监视控制系统获取的直接测量数据一般均存在误差，该误差将反映在间接测量数据上，如果没有给出样本参数获取结果的可靠程度，将不能完全反映测量结果的质量，分析各直接测量量的误差，并得出间接测量量的误差。2.根据权利要求1所述的一种水电机组效率检测方法，其特征在于：所述步骤三中蜗壳、尾水的压力绝对值计算公式p＝p1+p0(h
0-h1/900)/h0，式中：p为绝对压力，p1为表测压力，p0为标准大气压，h0为标准大气压下水柱，h1为压力表计安装位置中心高程。3.根据权利要求2所述的一种科技成果评价方法，其特征在于：所述步骤三中蜗壳处水密度ρ1、尾水处水密度ρ2、平均水密度ρ的计算公式为ρ1＝ρ0+k(p
wk
/100-10)/10，ρ2＝ρ0+k(p
ws
/100-10)/10，ρ＝(ρ1+ρ2)/2，式中：p
wk
和p
ws
分别为蜗壳和尾水出口处绝对压力，ρ0为密度计算基准值，k为密度计算修正系数。4.根据权利要求3所述的一种水电机组效率检测方法，其特征在于：所述工作水头获取的计算公式为的计算公式为式中：为重力加速度，p1为蜗壳进口压力均值，p1为尾水进口压力均值，q
m
为机组流量。5.根据权利要求4所述的一种水电机组效率检测方法，其特征在于：所述机组流量参数的获取过程采用超声波流量计，针对水轮机进水钢管管径巨大的特点，在测量中使用多声道测流方法，采用交叉声路布置方式，在同一高程上的两个声路以相反的倾角安装来提高测量精度，流量计的采集精度直接影响效率计算结果的精度。6.根据权利要求5所述的一种水电机组效率检测方法，其特征在于：所述机组功率参数的获取过程中，发电机输出的有功功率即是水力机组的输出功率，为水力机组效率计算的重要数据之一，对它测量的准确与否，取决于测量方法和所使用测量仪表的精度，水轮发电机容量大、电压高，进行三相有功测量时，功率表计不能直接接在母线上，而是通过电压互
感器和电流互感器进行三相功率的测定。7.根据权利要求1所述的一种水电机组效率检测方法，其特征在于：所述步骤四中具体判定标准如下，10min内机组有功功率变化差值不超过该段时间内机组有功功率平均值的
±
1.5％，即(有功功率峰值/2)/有功功率均值，应保证有功功率变化比值≤
±
1.5％；10min内水力比能变化不应超过平均值的
±
1.0％，即(机组工作水头-机组平均工作水头)/机组平均工作水头，应保证水力比能变化比值≤
±
1.0％，10min内机组转速变化不应超过平均值的
±
0.5％，即(机组频率峰值/2)/机组频率均值，应保证转速变化比值≤
±
0.5％。8.根据权利要求1所述的一种水电机组效率检测方法，其特征在于：所述误差分析方法采用函数增量法，假定输入参数直接测量量(x1，x2，
…
，x
n
)的标准误差为(δx1，δx2，
…
，δx
n
)，则每个直接测量量的误差引起间接测量量y的误差δy
i
+＝f(x1+δx1，x2+δx2，
…
，x
i
+δx
i
，
…
，x
n
+δx
n
)-f(x1，x2，
…
，x
i
，
…
，x
n
)或δy
i-＝f(x
1-δx1，x
2-δx2，
…
，x
i-δx
i
，
…
，x
n-δx
n
)-f(x1，x2，
…
，x
i
，
…
，x
n
)，去误差绝对值的平均值δx
i
引起y的标准误差δy
i
＝(|δy
i+
|+|δy
i-|)/2，由于各直接测量量相互独立，间接测量量y总的标准误差9.根据权利要求1所述的一种水电机组效率检测方法，其特征在于：所述在进行水轮机效率计算的过程中，计算结果能否满足应用的要求，是否具体可信度，可以通过误差指标来进行直接判定，同时也可以提取误差指标满足要求的数据进行后续的应用分析。10.根据权利要求1所述的一种水电机组效率检测方法，其特征在于：所述分析方法依托远程实时在线监测分析系统，将实时采集数据与历史存储数据紧密结合，所需数据可覆盖水轮机实际运行过程的各种工况，优化输入参数条件判定和输出结果误差分析。

技术总结
本发明涉及水电机组检测方法技术领域，公开了一种水电机组效率检测方法，包括以下步骤：步骤一：查询获取效率检测的基本数据，水轮机组设备安装高程(h1，h2)，其中h1为蜗壳测压处表计安装位置中心高程，h2为尾水测压处表计安装位置中心高程，机组安装位置所处纬度本发明所述的一种水电机组效率检测方法，能够实时输出了计算效率和计算误差，为水电机组运行效率实时趋势分析和历史趋势分析提供了数据支撑，便于技术人员监测分析机组水轮机在各工况下的运行效率，将检测方法与远程实时在线监测分析系统结合，将实时采集数据与历史存储数据紧密配合，可覆盖水电机组实际运行过程的各种工况，优化输入参数条件利于判定水电机组运行效率。行效率。行效率。


技术研发人员：李红心 李天晨 曾凡斐 靳帅 陈林 王文吉 张大伟 刘小恒 莫宇 李京辉 安凤栓
受保护的技术使用者：国能智深控制技术有限公司
技术研发日：2023.08.15
技术公布日：2023/10/8