[發(fā)明專利]水輪機(jī)內(nèi)部能量損失的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910095006.0
• 申請日: 2009-09-24
• 公開（公告）號: CN101672239A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾云;張立翔;徐天茂;武亮;王文全;閆妍;李澤;姚激
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: F03B11/00
• 分類號: F03B11/00
• 代理公司: 昆明正原專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 金耀生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性分析領(lǐng)域，具體地說是水輪機(jī)運(yùn)行中內(nèi)部能量損 失的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

研究水輪機(jī)性能主要有兩種方法：一是制作模型轉(zhuǎn)輪在試驗(yàn)臺上進(jìn)行能量試驗(yàn)和氣蝕 性能試驗(yàn)獲得轉(zhuǎn)輪的綜合特性曲線。按照水輪機(jī)相似理論，以此綜合特性曲線為依據(jù)，略 加修正后獲得實(shí)際機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)特性。這是一種比較傳統(tǒng)的研究方式，本質(zhì)上是通過測量轉(zhuǎn) 輪的外特性，來獲得轉(zhuǎn)輪的總體性能指標(biāo)。目前僅在少數(shù)大型制造廠開發(fā)新型轉(zhuǎn)輪的時(shí)候 才采用。二是近年來發(fā)展起來的流場數(shù)值計(jì)算方法，該方法通過計(jì)算轉(zhuǎn)輪流場以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪 的優(yōu)化設(shè)計(jì)。該方法由于開發(fā)成本低，近年來獲得了廣泛的應(yīng)用，并且以流場計(jì)算為主對 轉(zhuǎn)輪各方面的分析研究都取得了許多成果。

在研究機(jī)組運(yùn)行控制時(shí)采用基于水輪機(jī)外特性的描述方法即水輪機(jī)模型。水輪機(jī)模型 也可分為兩類。一是以傳遞系數(shù)構(gòu)成的線性化模型，在涉及水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析中，線 性化模型中的傳遞系數(shù)依據(jù)水輪機(jī)特性曲線進(jìn)行計(jì)算，線性化模型在小擾動(dòng)分析中的應(yīng)用 是比較成功的。在大波動(dòng)研究中需要進(jìn)行分段線性化處理，分段求取傳遞系數(shù)，并且在小 開度工況時(shí)，需要對水輪機(jī)特性曲線進(jìn)行擴(kuò)展，應(yīng)用不便。在電力系統(tǒng)分析中為了簡化計(jì) 算，將線性化模型中的傳遞系數(shù)簡單地取為常數(shù)，或者其它更簡單的模型。二是IEEE Working?Group(1992)模型及其相似的模型，統(tǒng)稱為非線性水輪機(jī)模型。非線性模型由于 其形式簡單應(yīng)用方便，在電力系統(tǒng)分析中獲得廣泛的應(yīng)用。但是，非線性模型中，其非線 性主要體現(xiàn)在水力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)上，而對輸出功率的描述采用一種近似的線性化處理，誤差較 大。

然而，由于水輪機(jī)流道和水流流態(tài)的復(fù)雜性，現(xiàn)有的研究方法和手段難以區(qū)分或劃分 水輪機(jī)能量轉(zhuǎn)換過程中損失的構(gòu)成情況。因此，不能從水輪機(jī)能量損失構(gòu)成的角度，進(jìn)行 針對性的分析、計(jì)算和優(yōu)化，以改善水輪機(jī)的運(yùn)行特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種水輪機(jī)內(nèi)部能量損失的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法，以水輪機(jī)能量損失來 描述的水輪機(jī)模型，在機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中利用該模型提供的方法，從實(shí)測機(jī)組運(yùn)行數(shù) 據(jù)分離出各種工況下，水輪機(jī)各種能量的變化情況，為研究和改善水輪機(jī)的運(yùn)行特性提供 依據(jù)。

本發(fā)明解決這一問題的基本思路：首先分析水輪機(jī)內(nèi)部能量損失及其基本形式，給出 各項(xiàng)損失的顯式表達(dá)式和相應(yīng)損失系數(shù)的率定方法。其次，定義一組折算參數(shù)將水輪機(jī)模 型換算為便于應(yīng)用的形式。本發(fā)明的方法如下：

1、以內(nèi)部能量描述水輪機(jī)出力

水輪機(jī)輸出的軸功率可以表示為：

N_t＝γQH-ΔN_m-ΔN_h-ΔN_v-ΔN_z????(1)

其中：N_t是水輪機(jī)輸出軸功率；ΔN_m是機(jī)械摩擦損失功率；ΔN_h是水力損失功率；ΔN_v是容 積損失功率；ΔN_z是撞擊損失功率；γQH是輸入水流功率；γ是水的密度(9.81KN/m³)；Q 是水輪機(jī)流量；H是水輪機(jī)水頭。

容積損失功率可表示為：

ΔN_v＝γk_vQH????(2)

k_v為容積損失系數(shù)，它與水輪機(jī)的密封有關(guān)，現(xiàn)代大型水輪機(jī)，k_v＝0.0025～0.005。

水輪機(jī)區(qū)域的水力損失以沿程損失為主，而水頭沿程損失的基本形式為kQ²/2g，因此， 水力損失功率可表示為：

ΔN_h＝k_hQ³????(3)

k_h定義為水輪機(jī)流道損失特性系數(shù)，與水輪機(jī)過流部件有關(guān)，它反映了水輪機(jī)流道損 失特性。

水輪機(jī)在非最優(yōu)工況時(shí)，在轉(zhuǎn)輪進(jìn)口邊水流產(chǎn)生撞擊損失，在出口邊出現(xiàn)非法向出口 環(huán)量，形成尾水管渦帶，造成水輪機(jī)能量的損失。該項(xiàng)損失構(gòu)成比較復(fù)雜，難以用準(zhǔn)確的 名稱來命名，在本發(fā)明中該項(xiàng)損失簡稱為撞擊損失。

假設(shè)1：在同一水頭下最高效率點(diǎn)的撞擊損失為零，偏離最高效率點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的損失與 偏離程度有關(guān)。