陸水水電站發(fā)電綜合效率系數(shù)率定

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(cè)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(cè)流量資料和發(fā)電功率對(duì)其綜合效率系數(shù)進(jìn)行重新率定，通過(guò)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(cè)資料計(jì)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(cè)驗(yàn);發(fā)電功率;陸水水電站

中圖法分類號(hào)：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(guò)水工建筑物推流是目前流量測(cè)驗(yàn)的主要方法之一。對(duì)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(guò)程中，綜合效率系數(shù)的率定是關(guān)鍵所在[1]。現(xiàn)以陸水水電站為例，利用實(shí)測(cè)流量資料和實(shí)測(cè)發(fā)電功率對(duì)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(zhǎng)江中游右岸一級(jí)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(yáng)、赤壁、嘉魚(yú)4縣市，在三國(guó)古戰(zhàn)場(chǎng)赤壁洪廟口注入長(zhǎng)江，全長(zhǎng)183 km，流域面積3 950 km2。陸水水庫(kù)集水面積3 400 km2，占全流域面積（3 950 km2）的86%。陸水水庫(kù)壩址下游約2.4 km處有陸水水庫(kù)（蒲圻）站，是陸水水庫(kù)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(kù)長(zhǎng)期高水位運(yùn)行，對(duì)斷面測(cè)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(kù)壩下游青泉公園河段處，該河段自陸水水庫(kù)壩址至下游第一處彎道總長(zhǎng)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(shì)基本穩(wěn)定。陸水水庫(kù)水電站位置示意見(jiàn)圖1。

陸水水電站發(fā)電泄水流量系1984年以前通過(guò)實(shí)測(cè)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(jí)，由原來(lái)的4x8.8 MW+2.3 MW升級(jí)擴(kuò)容為4x10.8 MW+2.3 MW。由于邊界條件改變，需對(duì)陸水水電站發(fā)電泄水量重新開(kāi)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(guò)程

3.1 數(shù)據(jù)收集

本次比測(cè)試驗(yàn)于2017年4月1日開(kāi)始，對(duì)陸水水電站下泄流量進(jìn)行率定，設(shè)立臨時(shí)水尺進(jìn)行斷面水位觀測(cè)。由于陸水水庫(kù)（壩上）站與陸水水庫(kù)（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(lái)源于水文站，精度高，觀測(cè)段次控制良好。采用無(wú)人船拖曳ADCP進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)，測(cè)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)均采用儀器自帶軟件WinRiver II 2.14進(jìn)行流量計(jì)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(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)等資料可從電站值班運(yùn)行記錄中直接抄錄，資料來(lái)源真實(shí)可靠，代表性強(qiáng)。水文觀測(cè)資料實(shí)行按測(cè)次整理整編，其中，電站閘壩推流資料采用全國(guó)南方片通用水文資料整編軟件進(jìn)行計(jì)算。

使用的流速儀為RD Instruments公司制造的監(jiān)測(cè)系列600 kzADCP，率定斷面長(zhǎng)為395 m。當(dāng)下泄流量很小時(shí)，多個(gè)測(cè)回的流量成果經(jīng)對(duì)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(gè)測(cè)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(shí)需要在電站功率改變40 min后再進(jìn)行下泄流量測(cè)驗(yàn)率定。

本次試驗(yàn)所有測(cè)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(cè)次均勻分布。

3.2 原始數(shù)據(jù)整理

本次比測(cè)試驗(yàn)，得到不同落差、不同電功率條件下測(cè)流成果共30份，詳細(xì)情況見(jiàn)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(cè)流規(guī)范》要求，并結(jié)合陸水水庫(kù)特性，水電站多機(jī)流量計(jì)算公式為

Q=MNZ^0.5，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(dòng)裝置等。

3.3.2 成果檢驗(yàn)與分析

結(jié)合實(shí)測(cè)流量和電功率，采用公式計(jì)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(jiàn)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(cè)流量對(duì)綜合效率系數(shù)進(jìn)行重新修訂，結(jié)果見(jiàn)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(cè)點(diǎn)在10個(gè)以上應(yīng)做符號(hào)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(kù)（電站）綜合關(guān)系線三項(xiàng)檢驗(yàn)（符號(hào)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(hào)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(hào)個(gè)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(hào)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(duì)應(yīng)的效率系數(shù)值，采用公式計(jì)算各測(cè)次的相應(yīng)流量值，并將其與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，標(biāo)準(zhǔn)差為7.1%，系統(tǒng)誤差為1.1%;相對(duì)誤差絕對(duì)值≤10%的共27份，占比為86.7%;相對(duì)誤差絕對(duì)值較大（> 10%）的數(shù)據(jù)有3份。考慮到整個(gè)測(cè)驗(yàn)河段不同水位級(jí)存在寬度不等的回流區(qū)，測(cè)驗(yàn)時(shí)存在一定難度。在后續(xù)的工作中應(yīng)采取措施解決此問(wèn)題，進(jìn)一步提高比測(cè)精度。

綜上，可認(rèn)為計(jì)算流量在總體上與實(shí)測(cè)流量無(wú)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(yǔ)

做好水文測(cè)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(cè)流量資料和發(fā)電功率資料，對(duì)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(duì)比，結(jié)果表明：重新修訂后，由實(shí)測(cè)資料計(jì)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(cāng)，劉紅廣，等.效率系數(shù)法在孤石灘水庫(kù)電站流量計(jì)算中的應(yīng)用[J].河南水利，2006（8）：62.

（編輯：李慧）

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