抽水蓄能電站發(fā)電效率試驗的主要參數(shù)及誤差分析

抽水蓄能電站發(fā)電效率試驗的主要參數(shù)及誤差分析

1水泵輪泵機關模型驗收試驗張灣污水處理廠（以下簡稱“張灣電廠”）位于河北省石家莊經(jīng)義縣測魚市甘陶河支流。車間為地下，總安裝功率為4臺25mw機組。張灣水庫將河北省南部的電網(wǎng)合并，每天進行調(diào)整，并承擔起系統(tǒng)的調(diào)節(jié)峰、固谷、頻率、調(diào)節(jié)相和事故的備用責任。張河灣電廠水泵水輪機轉輪生產(chǎn)廠家為法國ALSTOM公司,轉輪驗收采用模型驗收試驗的方法。轉輪模型驗收試驗是根據(jù)水輪機相似理論,用轉輪模型在專門的試驗裝置上進行,用以判斷轉輪原型各種參數(shù)和性能的試驗,模型驗收試驗在ALSTOM試驗室的TP3試驗臺進行。TP3試驗臺是一座高水頭立式試驗臺,主要用于水泵水輪機和混流式水輪機的模型試驗。試驗臺主要測量設備和儀器儀表均是高精度有效原級率定設備。為了保證模型試驗結果的準確可靠,流量、轉速、力矩、水頭等參數(shù)的測量精度是試驗成敗的關鍵。因此需對試驗臺各個測試儀器進行校準,并計算分析測試數(shù)據(jù)的綜合誤差,以確認試驗的有效性和可靠性。2旋轉模型的主要參數(shù)張河灣電廠轉輪模型主要參數(shù)見表1。3重復性檢查與質量檢查各種參數(shù)的主要測量儀器儀表均要求在各項試驗前進行率定,部分項目在試驗后又作了重復性檢查。各項核定結果符合IEC60193-1999《水輪機、存儲泵和水泵水輪機模型驗收試驗》規(guī)程,同時對部分原級測量儀器進行原級證書查驗。3.1儀器儀表及其性能設置用于測量各種參數(shù)的測量3.1.1輪機工況測量TP3試驗臺裝有由渦輪流量計和電磁流量計組成的2組流量計,分別用于水泵和水輪機工況的流量測量。渦輪流量計用于試驗測量,電磁流量計用于校核檢查。流量率定裝置為250m3的稱重桶,稱重桶用4個1000kN的負荷傳感器支撐。由于主軸密封處漏水引起的流量損失則通過在水輪機模式和水泵模式上下游壓差進行率定。3.1.2靜水頭的測量水頭由動水頭和靜水頭兩部分組成,其中動水頭由流量和過水斷面面積計算得出,靜水頭由4個差壓傳感器測量。差壓傳感器由標準壓力計率定,該標準壓力計經(jīng)國家計量部門率定。尾水壓力由絕對壓力傳感器測量,傳感器布置在下游水箱以下,用水銀壓力計率定。3.1.3主力動力量測量方法力矩測量由主力矩和摩擦力矩組成。主力矩從測功電機的擺動定子上測取電磁力矩,主力矩測量系統(tǒng)由負荷傳感器、標準砝碼、鋼帶及力臂組成,摩擦力矩為電機空冷損失和主軸密封隨轉速變化的損失力矩,該力矩由電機在不同旋轉方向的轉速變化率定。驗收試驗后對力矩測量系統(tǒng)的力臂長度進行了測量復核。3.1.4盤感應脈沖模型機組轉速靠一個固定在測功機軸上的齒盤感應產(chǎn)生脈沖,由計數(shù)卡記錄。計數(shù)時間是從2.5MHz的石英時基中獲得,它同時用于模型機組的流量測量的計時。3.2預測的稅率結果對測試儀器儀表的率定結果見表2,所有儀器誤差均符合IEC60193-1999的要求。4發(fā)電機轉速n模型水輪機效率公式為:η=ω×T/(ρ×g×H×Q)=π×n×T/(30×ρ×g×H×Q)(1)模型水泵效率公式為:η=(ρ×g×H×Q)/(ω×T)=(30×ρ×g×H×Q)/(π×n×T)(2)式中:ω為角轉速,ω=2πn60ω=2πn60;n為轉輪模型的轉速,r/min;T為轉輪模型的輸出力矩,N·m;ρ為模型試驗水密度,kg/m3;g為實驗室重力加速度,g=9.805673m/s2;H為轉輪模型工作水頭,m;Q為模型水泵-水輪機流量,m3/s。模型試驗的誤差分析主要包括2個方面:試驗臺的測量儀器和設備的系統(tǒng)誤差和在典型工況下(一般選最優(yōu)工況)模型效率測量的隨機誤差。4.1系統(tǒng)誤差的計算4.1.1流量誤差ke流量測量誤差包括原級率定設備誤差EQV和流量計率定誤差EQS。4.1.1.設備標志誤差測重系統(tǒng)誤差EQW為原級稱重桶負荷傳感器誤差EQW=0.03%(設備標示)。偏流器計時誤差EQT=0.014%(設備標示)。計時器誤差EQtime=0.001%(設備標示)。水溫測量誤差EQR=0.016%(設備標示)。原級率定設備誤差EQV=√EQW2+EQΤ2+EQtime2+EQR2=0.03678％EQV=EQW2+EQT2+EQtime2+EQR2??????????????????????????√=0.03678％。4.1.1.誤差分析計算時誤差分析計算時按試驗臺標定值計算流量率定誤差EQS=0.133%(見表2)。因其小于TP3試驗臺流量計標定值0.15%,誤差分析計算時按試驗臺標定值計算。流量測試誤差EQ=√EQV2+EQS2=0.154%EQ=EQV2+EQS2???????????√=0.154%。4.1.2誤差和標準壓力計誤差水頭測試誤差由靜水頭誤差和動水頭誤差組成。靜水頭誤差EHP由原級設備的誤差和差壓傳感器率定誤差組成。EΗp=√EΗpo2+EΗpc2+EΗpt2=0.05％EHp=EHpo2+EHpc2+EHpt2???????????????????√=0.05％式中:砝碼的誤差EHpo=0.001%(設備標示);標準壓力計誤差EHpc=0.005%(設備標示);壓力傳感器測量誤差EHpt=0.05%(見表2)。該次驗收檢查計算動水頭誤差EHD=0.012%,水頭測試誤差EΗ=√EΗp2+EΗD2=0.051％。4.1.3典型試驗結果,主要有2.力矩測量誤差包括測功臂上電磁力矩的測量誤差,電機風冷和水輪機主軸密封摩擦力矩測量誤差。力矩測量誤差:EΤ=√E2m+E2l+E2tf+E2t(3)式中:Em為砝碼誤差,0.001%(設備標示);El為力臂誤差,0.001%(見表2);Etf為電機風冷和水輪機主軸密封摩擦力矩誤差,0.01%(設備標示);Et為負荷傳感器標定誤差,率定誤差0.35%(見表2)。按照試驗典型工況點所測量的力矩約為571N·m,整載部分500N·m由砝碼測量,零載部分71N·m由負荷傳感器測量,由此計算,Et=0.043%。根據(jù)式(3)計算得出力矩的測試誤差ET為0.044%。4.1.4旋轉測量誤差e轉速測量誤差En=0.001%(見表2)。4.1.5水密度試驗的誤差e根據(jù)試驗時水溫計算得出水密度測量誤差Eρ=0.050%。4.1.6相對系統(tǒng)誤差es的模型效率(Eη)s=√E2Q+E2Η+E2Τ+E2n+E2ρ=0.175%4.2隨機誤差計算為核算試驗臺隨機誤差,在試驗時選取張河灣電廠轉輪模型最優(yōu)工況點,對模型效率進行了10次重復測量,重復測量結果見表3。在穩(wěn)定工況下,根據(jù)效率測量值的離散程度,進行效率試驗的隨機誤差(Eη)r計算:(Eη)r=t0.95(Ν-1)×Sˉηˉη×100%=0.082%式中:N為樣本數(shù),即重復測試次數(shù),在該試驗中,N=10;t0.95(N-1)為對應于95%置信概率和(N-1)自由度的t分布值,t0.95(N-1)=2.228;Sˉη為效率平均值的標準誤差,Sˉη=√Ν∑i=1(η-ˉη)2/√Ν(Ν-1),代入試驗相應數(shù)據(jù)計算得出:Sˉη=0.0337%。4.3綜合測試誤差Eη=√(Eη)2s+(Eη)2r=0.193%根據(jù)張河灣電廠主機設備供貨合同,轉輪模型試驗臺的綜合測試誤差應小于0.3%。通過對測試儀器儀表的率定,計算效率試驗測量的相對系統(tǒng)誤差,用模型試驗典型工況效率測試,計算模型效率的隨機誤差,最后得到模型效率測試綜合誤差等于0.193%,滿足要求。5模型的測量能力可實現(xiàn)以模型為輪通過轉輪模型效率試驗綜合誤差的計算分析,可以考察模型試驗臺