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        陸水水電站發(fā)電綜合效率系數(shù)率定

        2020-11-18 08:45:17王力蘭茜付強(qiáng)蒯沐欽
        水利水電快報 2020年10期

        王力 蘭茜 付強(qiáng) 蒯沐欽

        摘要:利用發(fā)電機(jī)組綜合效率進(jìn)行推流是目前水電站流量測驗(yàn)中應(yīng)用最廣泛的推流方法之一,其中,綜合效率系數(shù)的率定是影響推流精度的重要因素。以陸水水電站為例,利用實(shí)測流量資料和發(fā)電功率對其綜合效率系數(shù)進(jìn)行重新率定,通過成果檢驗(yàn)分析得出適合該水電站的推流綜合效率系數(shù)。重新修訂后,由實(shí)測資料計算得出的新綜合關(guān)系線具備一定精度,滿足相關(guān)規(guī)范要求,可用于陸水水電站發(fā)電流量推流。

        關(guān)鍵詞:綜合效率系數(shù);流量測驗(yàn);發(fā)電功率;陸水水電站

        中圖法分類號:TV737

        文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        DOI: 10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.10.003

        1 研究背景

        通過水工建筑物推流是目前流量測驗(yàn)的主要方法之一。對于水電站推流,目前采用的方法主要有逐步圖解法、單機(jī)電功率與效率相關(guān)法等。其中,利用發(fā)電機(jī)組綜合效率進(jìn)行推流的方法應(yīng)用最為廣泛。在使用該方法過程中,綜合效率系數(shù)的率定是關(guān)鍵所在[1]?,F(xiàn)以陸水水電站為例,利用實(shí)測流量資料和實(shí)測發(fā)電功率對其綜合效率系數(shù)進(jìn)行重新率定,并檢驗(yàn)其成果[2]。

        2 工程概況

        陸水為長江中游右岸一級支流,源出湘、鄂、贛3省交界的幕阜山北麓,流經(jīng)湖北省通城、崇陽、赤壁、嘉魚4縣市,在三國古戰(zhàn)場赤壁洪廟口注入長江,全長183 km,流域面積3 950 km2。陸水水庫集水面積3 400 km2,占全流域面積(3 950 km2)的86%。陸水水庫壩址下游約2.4 km處有陸水水庫(蒲圻)站,是陸水水庫站流量率定斷面。2012年在蒲圻斷面下游31.5 km處修建赤壁市節(jié)堤航電樞紐水利工程后,陸水水庫長期高水位運(yùn)行,對斷面測驗(yàn)造成較大影響。

        陸水水電站泄水流量率定斷面位于陸水水庫壩下游青泉公園河段處,該河段自陸水水庫壩址至下游第一處彎道總長約3 km,河道較為順直,水流平穩(wěn),平均河寬約150 m。主河床部分的左右岸為石砌擋水墻。上游部分河段有淺灘,河勢基本穩(wěn)定。陸水水庫水電站位置示意見圖1。

        陸水水電站發(fā)電泄水流量系1984年以前通過實(shí)測流量率定效率系數(shù)建立的模型。2015年底,陸水水電站進(jìn)行了機(jī)組擴(kuò)容升級,由原來的4x8.8 MW+2.3 MW升級擴(kuò)容為4x10.8 MW+2.3 MW。由于邊界條件改變,需對陸水水電站發(fā)電泄水量重新開展綜合效率系數(shù)率定,為今后電站閘壩推流提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

        3 率定過程

        3.1 數(shù)據(jù)收集

        本次比測試驗(yàn)于2017年4月1日開始,對陸水水電站下泄流量進(jìn)行率定,設(shè)立臨時水尺進(jìn)行斷面水位觀測。由于陸水水庫(壩上)站與陸水水庫(壩下)站分別位于電站上下游,故電站上下游水位可用壩上、壩下水位代替,水位資料直接來源于水文站,精度高,觀測段次控制良好。采用無人船拖曳ADCP進(jìn)行流量測驗(yàn),測驗(yàn)現(xiàn)場均采用儀器自帶軟件WinRiver II 2.14進(jìn)行流量計算,后期采用ADCP數(shù)據(jù)后處理軟件進(jìn)行復(fù)核,電站功率及開機(jī)臺數(shù)等資料可從電站值班運(yùn)行記錄中直接抄錄,資料來源真實(shí)可靠,代表性強(qiáng)。水文觀測資料實(shí)行按測次整理整編,其中,電站閘壩推流資料采用全國南方片通用水文資料整編軟件進(jìn)行計算。

        使用的流速儀為RD Instruments公司制造的監(jiān)測系列600 kzADCP,率定斷面長為395 m。當(dāng)下泄流量很小時,多個測回的流量成果經(jīng)對比,往往因流量基數(shù)小而精度超限,因此小流量成果采用兩個測回的平均值。根據(jù)多次試驗(yàn),電站發(fā)電功率頻繁變更導(dǎo)致下泄流量緩慢變化,此時需要在電站功率改變40 min后再進(jìn)行下泄流量測驗(yàn)率定。

        本次試驗(yàn)所有測次的水位、流量變幅基本覆蓋了上下游(壩上和壩下)不同落差(21.05~ 25.92 m)、不同電站功率(63~ 470 kW),測次均勻分布。

        3.2 原始數(shù)據(jù)整理

        本次比測試驗(yàn),得到不同落差、不同電功率條件下測流成果共30份,詳細(xì)情況見表1。

        3.3 成果分析

        3.3.1 綜合效率系數(shù)率定方法

        根據(jù)SL 247-2012《水工建筑物測流規(guī)范》要求,并結(jié)合陸水水庫特性,水電站多機(jī)流量計算公式為

        Q=MNZ0.5,Z= U-X

        (1)式中,Q為流量,m3/s;Z為落差,m;U為上游水位(壩上水位),m;X為下游水位(壩下水位),m;Ⅳ為電功率,kW;M為綜合效率系數(shù),包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器及傳動裝置等。

        3.3.2 成果檢驗(yàn)與分析

        結(jié)合實(shí)測流量和電功率,采用公式計算各次綜合效率系數(shù)值M;在Excel上以M為橫坐標(biāo),Z為縱坐標(biāo)點(diǎn)繪散點(diǎn)圖;加入原有的M為橫坐標(biāo),Z為縱坐標(biāo)平滑曲線,其結(jié)果見圖2。

        由圖2可以看出,原關(guān)系曲線發(fā)生了系統(tǒng)偏移,需據(jù)實(shí)測流量對綜合效率系數(shù)進(jìn)行重新修訂,結(jié)果見圖3。

        根據(jù)SL 247-2012《水文資料整編規(guī)范》要求,關(guān)系線為單一曲線,且測點(diǎn)在10個以上應(yīng)做符號檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)和偏離數(shù)值檢驗(yàn)不包括誤差。陸水水庫(電站)綜合關(guān)系線三項(xiàng)檢驗(yàn)(符號檢驗(yàn)顯著水平α取0.25;適線檢驗(yàn)顯著水平α取0.05;偏離數(shù)值檢驗(yàn)顯著水平α取0.10),結(jié)果如下。

        樣本容量 ? ?N=30

        符號檢驗(yàn) ? ?u=0.91

        適線檢驗(yàn) ? ?U=O.OO

        偏離數(shù)值檢驗(yàn)|t|=0.86

        標(biāo)準(zhǔn)差 ? ?Se(%)=7.1

        正號個數(shù) ? ?18

        允許 ? ?1.15(顯著性水平α=0.25),合格

        允許 ? ?1.64(顯著性水平α=0.05),合格

        允許 ? ?1.70(顯著性水平α=0.10),合格

        符號交換次數(shù)14

        系統(tǒng)誤差 ? ?1.1%

        據(jù)落差,在Z-M綜合關(guān)系線中查找對應(yīng)的效率系數(shù)值,采用公式計算各測次的相應(yīng)流量值,并將其與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果見表2。

        由表2可見,標(biāo)準(zhǔn)差為7.1%,系統(tǒng)誤差為1.1%;相對誤差絕對值≤10%的共27份,占比為86.7%;相對誤差絕對值較大(> 10%)的數(shù)據(jù)有3份??紤]到整個測驗(yàn)河段不同水位級存在寬度不等的回流區(qū),測驗(yàn)時存在一定難度。在后續(xù)的工作中應(yīng)采取措施解決此問題,進(jìn)一步提高比測精度。

        綜上,可認(rèn)為計算流量在總體上與實(shí)測流量無明顯差異,即綜合關(guān)系線具備一定精度,推流結(jié)果可靠。

        4 結(jié)語

        做好水文測驗(yàn)工作,要緊緊圍繞規(guī)范,努力探索新方法,改進(jìn)不足,力求原始信息數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。利用最新測流量資料和發(fā)電功率資料,對陸水水電站發(fā)電綜合效率系數(shù)進(jìn)行率定的結(jié)果與原綜合效率系數(shù)進(jìn)行對比,結(jié)果表明:重新修訂后,由實(shí)測資料計算分析得出的新綜合關(guān)系線具備一定精度,滿足相關(guān)規(guī)范要求,可用于陸水水電站發(fā)電流量。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 汪正學(xué).淠河上游磨子潭水電站發(fā)電綜合效率系數(shù)的率定[J].江淮水利科技,2012(1):25-26.

        [2]黃翠紅,陳豐倉,劉紅廣,等.效率系數(shù)法在孤石灘水庫電站流量計算中的應(yīng)用[J].河南水利,2006(8):62.

        (編輯:李慧)

        作者簡介:王力,男,助理工程師,主要從事水文測驗(yàn)工作。E-mail:287873483@qq.com

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