陸水水電站發(fā)電綜合效率系數(shù)率定

王力 蘭茜 付強 蒯沐欽

摘要：利用發(fā)電機組綜合效率進行推流是目前水電站流量測驗中應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，利用實測流量資料和發(fā)電功率對其綜合效率系數(shù)進行重新率定，通過成果檢驗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，由實測資料計算得出的新綜合關系線具備一定精度，滿足相關規(guī)范要求，可用于陸水水電站發(fā)電流量推流。

關鍵詞：綜合效率系數(shù);流量測驗;發(fā)電功率;陸水水電站

中圖法分類號：TV737

文獻標志碼：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、單機電功率與效率相關法等。其中，利用發(fā)電機組綜合效率進行推流的方法應用最為廣泛。在使用該方法過程中，綜合效率系數(shù)的率定是關鍵所在[1]。現(xiàn)以陸水水電站為例，利用實測流量資料和實測發(fā)電功率對其綜合效率系數(shù)進行重新率定，并檢驗其成果[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行，對斷面測驗造成較大影響。

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年以前通過實測流量率定效率系數(shù)建立的模型。2015年底，陸水水電站進行了機組擴容升級，由原來的4x8.8 MW+2.3 MW升級擴容為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確數(shù)據。

3 率定過程

3.1 數(shù)據收集

本次比測試驗于2017年4月1日開始，對陸水水電站下泄流量進行率定，設立臨時水尺進行斷面水位觀測。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進行流量測驗，測驗現(xiàn)場均采用儀器自帶軟件WinRiver II 2.14進行流量計算，后期采用ADCP數(shù)據后處理軟件進行復核，電站功率及開機臺數(shù)等資料可從電站值班運行記錄中直接抄錄，資料來源真實可靠，代表性強。水文觀測資料實行按測次整理整編，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。當下泄流量很小時，多個測回的流量成果經對比，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。根據多次試驗，電站發(fā)電功率頻繁變更導致下泄流量緩慢變化，此時需要在電站功率改變40 min后再進行下泄流量測驗率定。

本次試驗所有測次的水位、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)據整理

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

3.3 成果分析

3.3.1 綜合效率系數(shù)率定方法

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

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、發(fā)電機、變壓器及傳動裝置等。

3.3.2 成果檢驗與分析

結合實測流量和電功率，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，Z為縱坐標點繪散點圖;加入原有的M為橫坐標，Z為縱坐標平滑曲線，其結果見圖2。

由圖2可以看出，原關系曲線發(fā)生了系統(tǒng)偏移，需據實測流量對綜合效率系數(shù)進行重新修訂，結果見圖3。

根據SL 247-2012《水文資料整編規(guī)范》要求，關系線為單一曲線，且測點在10個以上應做符號檢驗、適線檢驗和偏離數(shù)值檢驗不包括誤差。陸水水庫（電站）綜合關系線三項檢驗（符號檢驗顯著水平α取0.25;適線檢驗顯著水平α取0.05;偏離數(shù)值檢驗顯著水平α取0.10），結果如下。

樣本容量 ? ?N=30

符號檢驗 ? ?u=0.91

適線檢驗 ? ?U=O.OO

偏離數(shù)值檢驗|t|=0.86

標準差 ? ?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%

據落差，在Z-M綜合關系線中查找對應的效率系數(shù)值，采用公式計算各測次的相應流量值，并將其與實測結果進行比較，結果見表2。

由表2可見，標準差為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)據有3份?？紤]到整個測驗河段不同水位級存在寬度不等的回流區(qū)，測驗時存在一定難度。在后續(xù)的工作中應采取措施解決此問題，進一步提高比測精度。

綜上，可認為計算流量在總體上與實測流量無明顯差異，即綜合關系線具備一定精度，推流結果可靠。

4 結語

做好水文測驗工作，要緊緊圍繞規(guī)范，努力探索新方法，改進不足，力求原始信息數(shù)據真實可靠。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)進行率定的結果與原綜合效率系數(shù)進行對比，結果表明：重新修訂后，由實測資料計算分析得出的新綜合關系線具備一定精度，滿足相關規(guī)范要求，可用于陸水水電站發(fā)電流量。

參考文獻：

[1] 汪正學.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，主要從事水文測驗工作。E-mail：287873483@qq.com