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水轮发电机组效率试验

摘　要：论述了龚嘴水电站1号机开展效率试验的目的，介绍了大管径超声波法流量测量的原理和方法以及水轮发电机组效率试验的方法和本次试验的结论。
关键词：水轮发电机组；效率试验；超声波法

Abstract: The purpose of efficiency test for hydroelectric gener ating set No.1 i n Gongzui Hydroelectric Generating Station is discussed, and supersonic flow mea surement method used in large diameter pipe is introduced. The method for effici ency test of hydroelectric generating set as well as the conclusions of this tes t are shown in the paper.
Key words: hydroelectric generating set; efficiency test; supers onic method

1试验目的

龚嘴电站1号水轮发电机组是改造后的新机组，原水轮机转轮更换为GE公司的新转轮。采用超声波法对进口机组开展效率试验在四川尚属首次。本次效率试验的目的可以归纳为以下几点：①提供基础的技术资料；②鉴定水轮机的效率特性；③有效地指导电厂的经济运行；④确定蜗壳流量计的流量系数；⑤鉴定水轮机的其它特性。

2试验方法及试验工况

进行水轮机真机效率试验，实际上是测定水轮发电机组的效率，然后求得水轮机的效率。

根据水轮机输入功率计算公式NTO=γQH可知，欲求NTO就要测定水轮机过机流量和工作水头。试验选定以下工况进行：空载、40 MW、60 MW、70 MW、80 MW、85 MW、90 MW、95 MW、100 MW、105 MW、110 MW。

2.1流量的测量

2.1.1测量方法及原理

流量测量采用从美国ORE公司引进的7510型超声波流量计进行。针对龚嘴总站水轮机进水钢管管径巨大的特点(管径8 m)，测量中使用8声道测流方法，采用8对内敷式7634型换能器，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。

由于超声波在流体中顺流传播与逆流传播速度不同，可以根据两者传播速度之差计算出水流速度，其计算公式如下：

式中：V--沿该声波方向的平均流速；
T1--换能器之间的逆流传播时间；
T2--换能器之间的顺流传播时间；
L--换能器之间的距离(声路长)；
ø--是声路与流体流向之间的夹角。

针对龚嘴电站进水管，超声波流量计在进行流量计算时，采用圆管、满流条件下的最佳计算公式--切比雪夫公式

式中：Q--流量(m3／s)；
KQ--流量系数；
A--管道面积(m2)；
Wi--第i声路的权重系数；
Vi--第i声路的流速(m/s)；
i--声路序号。

2.1.2流量测量安装工作顺序

(1)管内预测断面中心；
(2)架设经纬仪柱、靶板主柱；
(3)换能器安装。

2.2工作水头的测量

水轮机工作水头按下式计算：

式中：△P--蜗壳进口与尾水管出口的压差，采用精度为0.2%的1151DP8E型压力传感器可测量；
γ--水的重度，9 810 (N／m3)；
V2--蜗壳进口断面水流平均速度(m/s)；
V3--尾水管出口断面水流平均速度(m/s)。

V2、V3可按V=Q/F计算，其中，流量实测可得，断面面积F根据具体情况查图纸求得，蜗壳进口断面面积为34.419 6 m3，尾水管出口断面面积为89.625 m3。

a2 --蜗壳进口断面流速分布不均匀系数；
a3--尾水管出口断面流速分布不均匀系数。
a2=a3=1
g--当地的重力加速度值，按电厂海拔高程及纬度取9.785m／s2。

2.3水轮发电机有功功率测量

发电机输出的有功功率即是水力机组的输出功率，这是水力机组效率计算的重要数据之一，在试验中需作精确的测量，对它测量的准确与否，取决于测量方法和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。试验中有功功率的测量采用0.2 级功率变送器。

3蜗壳流量计常数(k)值确定

由于蜗壳流量系数k值具有不随导叶开度和水头而变化的性质，这给k值的确定和使用均带来了很大的方便，但是欲得到k值的精确值是相当困难的，必须在机组原型效率试验中采取测流精度高的方法确定各试验工况的准确流量值，同时测量对应工况点的蜗壳差压值，采用对比试验的方法进行确定。

4结论

(1)效率试验的误差：通过对流量计的测量误差、水头测量误差、随机误差的分析和综合，得到试验的综合误差为±0.806%。
(2)试验中功率因数、周波、功率、水头测量的变化量均满足IEC规程要求，保证了试验的稳定性与准确性。
(3) 试验实测九个工况拟合求得最高效率点的水轮机出力94.5MW，水轮机效率为(92.4 ±0.806)%，机组出力为90.2MW，机组效率为(90.8±0.806)%，耗水率较低的运行负荷区为70～110 MW，最优运行区为75～100 MW。 (