CN115993221A - 水电站进水设施的漏水判断方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水电站技术领域，公开了一种水电站进水设施的漏水判断方法及装置，旨在解决现有水电站进水设施的漏水检测存在滞后性的问题，方案主要包括：获取机组的运行转速，根据所述运行转速判断机组是否处于额定转速工况，若是，则获取发电机的输出功率和机组的水头压差；获取机组的额定水头和额定空载流量，根据所述输出功率、水头压差、额定水头和额定空载流量计算获得机组的过机流量；获取压力钢管内的流量，计算所述压力钢管内的流量和过机流量的差值获得流量差，根据所述流量差和机组的额定流量判断是否存在漏水。本发明提高了水电站进水设施漏水监测的及时性、准确性以及全面性，同时降低了监测成本。

Description

水电站进水设施的漏水判断方法及装置

技术领域

本发明涉及水电站技术领域，具体涉及一种水电站进水设施的漏水判断方法及装置。

背景技术

水电站发生水淹厂房事故，会淹没电气设备，造成巨大财产损失，甚至造成人身安全事故。从目前已发生的水淹厂房事故情况来看，主要有进水阀门破裂、顶盖泄露等进水设施泄露水，尾水倒灌厂房，以及山洪等外部水直接涌入厂房入口。相对来说，第一种情况发生的过程更快，而后两种情况发生的过程要慢些，留给生产人员处置和逃生的时间会多些，因此需要加强进水设施泄露水的监测和预处置工作。当出现蜗壳或顶盖泄漏水时，紧急关闭进水球阀能快速关闭水流；当出现进水阀门破裂漏水时，紧急关闭上端的进水口事故门或调压井事故门，能快速关闭水流，尽量减少涌入厂房的水量。

为了防止水电站进水阀门、顶盖等进水设施大量泄漏水，造成水淹厂房，目前的方式一般是配置一套防水淹厂房控制***，在厂房最低层设置不少于3套水位信号器，采取“三选二”逻辑判断，在确定水淹厂房后紧急联动关闭进水阀和事故门。但是，采用在厂房最底层廊道布置水位信号器来监测积水，以此判断水淹厂房的方式主要存在滞后性的缺点，因为从进水阀门或顶盖发生泄漏水到厂房最底层廊道出现积水需要一个水流动过程，而此时往往阀门或顶盖布置的房间楼层已经被大量泄漏水冲击和淹没，因此如何能第一时间靠近泄露点监测判断出发生泄漏水事故，更早地联动关闭进水阀门和事故门，是减轻水淹厂房人身财产损失的关键。

发明内容

本发明旨在解决现有水电站进水设施的漏水检测存在滞后性的问题，提出一种水电站进水设施的漏水判断方法及装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一方面，提供一种水电站进水设施的漏水判断方法，所述方法包括：

获取机组的运行转速，根据所述运行转速判断机组是否处于额定转速工况，若是，则获取发电机的输出功率和机组的水头压差；

获取机组的额定水头和额定空载流量，根据所述输出功率、水头压差、额定水头和额定空载流量计算获得机组的过机流量；

获取压力钢管内的流量，计算所述压力钢管内的流量和过机流量的差值获得流量差，根据所述流量差和机组的额定流量判断是否存在漏水。

进一步地，根据所述运行转速判断机组是否处于额定转速工况，具体包括：

判断所述运行转速是否满足|ω-ω_r|≤1％ω_r，若是，则判定机组处于额定转速工况，否则，判定机组不处于额定转速工况，其中，ω为机组的运行转速，ω_r为机组的额定转速。

进一步地，所述过机流量的计算公式如下：

式中，Q₂为机组的过机流量，P_e为发电机的输出功率，Q_nr为机组的额定空载流量，H_r为机组的额定水头，H为机组的水头压差。

进一步地，根据所述流量差和机组的额定流量判断是否存在漏水，具体包括：

根据所述额定流量设定阈值，判断所述流量差是否大于所述阈值，若是，则判定存在漏水，否则，判定不存在漏水。

进一步地，所述阈值为5％Q_r，即当满足ΔQ＞5％Q_r时，判定存在漏水，其中，ΔQ为流量差，Q_r为机组的额定流量。

进一步地，所述方法还包括：

当满足5％Q_r＜ΔQ≤10％Q_r时，延时预设时长后发出漏水报警信号；

当满足10％Q_r＜ΔQ≤20％Q_r时，延时预设时长后发出漏水报警信号，并关闭进水阀和/或事故门。

另一方面，提供一种水电站进水设施的漏水判断装置，所述装置至少包括：控制器，所述控制器用于：

获取机组的运行转速，根据所述运行转速判断机组是否处于额定转速工况，若是，则获取发电机的输出功率和机组的水头压差；

获取机组的额定水头和额定空载流量，根据所述输出功率、水头压差、额定水头和额定空载流量计算获得机组的过机流量；

获取压力钢管内的流量，计算所述压力钢管内的流量和过机流量的差值获得流量差，根据所述流量差和机组的额定流量判断是否存在漏水。

进一步地，所述控制器具体用于：

判断所述运行转速是否满足|ω-ω_r|≤1％ω_r，若是，则判定机组处于额定转速工况，否则，判定机组不处于额定转速工况，其中，ω为机组的运行转速，ω_r为机组的额定转速。

进一步地，所述过机流量的计算公式如下：

式中，Q₂为机组的过机流量，P_e为发电机的输出功率，Q_nr为机组的额定空载流量，H_r为机组的额定水头，H为机组的水头压差。

进一步地，所述控制器具体用于：

当满足ΔQ＞5％Q_r时，判定存在漏水；

当满足5％Q_r＜ΔQ≤10％Q_r时，延时预设时长后发出漏水报警信号；

当满足10％Q_r＜ΔQ≤20％Q_r时，延时预设时长后发出漏水报警信号，并关闭进水阀和/或事故门；

其中，ΔQ为流量差，Q_r为机组的额定流量。

本发明的有益效果是：本发明所述的水电站进水设施的漏水判断方法及装置，由于直接对进水设施的过水流量进行监测和计算，因此能第一时间做出判断，提高了漏水检测的及时性。除了通过在压力钢管配备测流设备来获取压力钢管内的水流量外，无需额外配置其他传感器等监测设备，并且现有水电站一般都会在压力钢管配备超声波测流设备用于机组常规流量的监测，因此降低了监测成本和维护工作量。本发明可以实现从压力钢管的测流设备布置处到转轮出口的整段流道的漏水监测，并且能够实现无缝监测，提高了漏水监测范围。并且由于超声波测流和机组过机流量反算，都具有高精度的特点，因此可以准确监测出泄露水量，还可以根据泄露水量的大小做出分级报警，根据报警级别做出不同的联动处置措施。

附图说明

图1为本发明实施例所述的水电站进水设施的漏水判断方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所述的水电站进水设施的漏水判断装置的逻辑示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本发明旨在提高水电站进水设施漏水监测的及时性、准确性以及全面性，同时降低监测成本，提出一种水电站进水设施的漏水判断方法及装置，其主要的技术方案包括：获取机组的运行转速，根据所述运行转速判断机组是否处于额定转速工况，若是，则获取发电机的输出功率和机组的水头压差；获取机组的额定水头和额定空载流量，根据所述输出功率、水头压差、额定水头和额定空载流量计算获得机组的过机流量；获取压力钢管内的流量，计算所述压力钢管内的流量和过机流量的差值获得流量差，根据所述流量差和机组的额定流量判断是否存在漏水。

可以理解，本发明通过现有的测流设备对压力钢管内的流量进行检测，同时通过已有的机组输出功率、运行转速和水头信号反算出机组的过机流量，再计算压力钢管内的流量与过机流量的流量差，理论上流量差始终大于或等于零。当流量差较小时，表示绝大部分水进入机组，此时判定不存在漏水，当流量差较大时，表示有部分水未进入机组，此时判定发生了泄漏水事故，从而实现对进水设施是否漏水进行实时准确判断。

实施例

请参阅图1，本发明实施例所述的水电站进水设施的漏水判断方法，包括：

步骤1、获取机组的运行转速ω，根据所述运行转速ω判断机组是否处于额定转速工况，若是，则获取发电机的输出功率P_e和机组的水头压差H；

可以理解，在机组处于额定转速工况下，才能准确反算出机组的过机流量。本实施例中，判断机组是否处于额定转速工况的具体方法可以为：判断运行转速ω是否满足|ω-ω_r|≤1％ω_r，若是，则判定机组处于额定转速工况，否则，判定机组不处于额定转速工况，其中，ω_r为机组的额定转速。

在确定机组处于额定转速工况时，采集发电机的输出功率P_e和机组的水头压差H，其中，发电机的输出功率P_e可以由发电机自带的功率传感器检测得到，单位为m³/s，机组的水头压差H可以由机组自带的压差传感器测量获得，单位为m。

步骤2、获取机组的额定水头H_r和额定空载流量Q_nr，根据所述输出功率P_e、水头压差H、额定水头H_r和额定空载流量Q_nr计算获得机组的过机流量；

可以理解，当水轮发电机组在任意水头条件下运行在额定转速工况，且维持水轮机保持额定转速消耗的能量近似为常数，则可以用以下公式来近似表达功率平衡：

9.81(QH-Q_nrH_r)≈P_e；

本实施例基于上述公式，可间接计算出流过机组的流量为：

本实施例中机组的过机流量用Q₂表示，即：

步骤3、获取压力钢管内的流量Q₁，计算所述压力钢管内的流量Q₁和过机流量Q₂的差值获得流量差ΔQ，根据所述流量差ΔQ和机组的额定流量Q_r判断是否存在漏水。

对于一般水电站而言，压力钢管内均配置有超声波测流设备，本实施例可以通过超声波测流设备检测压力钢管内的流量Q₁，单位为m³/s。

本实施例中，可以根据机组的额定流量Q_r设定阈值，进而根据流量差ΔQ与阈值的大小关系判断漏水情况。具体地，当流量差ΔQ大于阈值，若是，则判定存在漏水，否则，判定不存在漏水。

综合考虑实际情况的准确性和误差，本实施例设定阈值为5％Q_r，即当满足ΔQ＞5％Q_r时，判定存在漏水。

为了便于工作人员知晓发生了漏水事故，同时保证水电站的安全性，本实施例还通过判断流量差ΔQ的大小来分级报警并联动控制，具体包括：

当满足5％Q_r＜ΔQ≤10％Q_r时，延时预设时长后发出漏水报警信号；

当满足10％Q_r＜ΔQ≤20％Q_r时，延时预设时长后发出漏水报警信号，并关闭进水阀和/或事故门。

其中，预设时长可以根据实际情况进行设置，本实施例对此不作限制，例如，5秒。

可以理解，当流量差ΔQ超过阈值但较小时，此时漏水情况不是特别严重，可以通过报警装置发出漏水报警，以达到提示工作人员的目的。当流量差ΔQ超过阈值并且较大时，此时漏水情况严重，可以通过发出漏水报警，同时切断进水阀或事故门，以达到保证水电站安全的目的。

综上所述，本实施例提供的水电站进水设施的漏水判断方法，由于直接对进水设施的过水流量进行监测和计算，因此能第一时间做出判断，提高了漏水检测的及时性。除了通过在压力钢管配备测流设备来获取压力钢管内的水流量外，无需额外配置其他传感器等监测设备，并且现有水电站一般都会在压力钢管配备超声波测流设备用于机组常规流量的监测，因此降低了监测成本和维护工作量。本发明可以实现从压力钢管的测流设备布置处到转轮出口的整段流道的漏水监测，并且能够实现无缝监测，提高了漏水监测范围。并且由于超声波测流和机组过机流量反算，都具有高精度的特点，因此可以准确监测出泄露水量，还可以根据泄露水量的大小做出分级报警，根据报警级别做出不同的联动处置措施。

基于上述技术方案，本实施例还提出一种水电站进水设施的漏水判断装置，所述装置至少包括：控制器，请参阅图2，所述控制器用于：

获取机组的运行转速，根据所述运行转速判断机组是否处于额定转速工况，若是，则获取发电机的输出功率和机组的水头压差；

获取机组的额定水头和额定空载流量，根据所述输出功率、水头压差、额定水头和额定空载流量计算获得机组的过机流量；

获取压力钢管内的流量，计算所述压力钢管内的流量和过机流量的差值获得流量差，根据所述流量差和机组的额定流量判断是否存在漏水。

可以理解，由于本发明实施例所述的水电站进水设施的漏水判断装置是用于实现实施例所述水电站进水设施的漏水判断方法的装置，对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的较为简单，相关之处参见方法的部分说明即可。

Claims (10)

1.水电站进水设施的漏水判断方法，其特征在于，所述方法包括：

获取机组的运行转速，根据所述运行转速判断机组是否处于额定转速工况，若是，则获取发电机的输出功率和机组的水头压差；

获取机组的额定水头和额定空载流量，根据所述输出功率、水头压差、额定水头和额定空载流量计算获得机组的过机流量；

获取压力钢管内的流量，计算所述压力钢管内的流量和过机流量的差值获得流量差，根据所述流量差和机组的额定流量判断是否存在漏水。

2.如权利要求1所述的水电站进水设施的漏水判断方法，其特征在于，根据所述运行转速判断机组是否处于额定转速工况，具体包括：

判断所述运行转速是否满足ω-ω_r≤1％ω_r，若是，则判定机组处于额定转速工况，否则，判定机组不处于额定转速工况，其中，ω为机组的运行转速，ω_r为机组的额定转速。

3.如权利要求1所述的水电站进水设施的漏水判断方法，其特征在于，所述过机流量的计算公式如下：

式中，Q₂为机组的过机流量，P_e为发电机的输出功率，Q_nr为机组的额定空载流量，H_r为机组的额定水头，H为机组的水头压差。

4.如权利要求1所述的水电站进水设施的漏水判断方法，其特征在于，根据所述流量差和机组的额定流量判断是否存在漏水，具体包括：

根据所述额定流量设定阈值，判断所述流量差是否大于所述阈值，若是，则判定存在漏水，否则，判定不存在漏水。

5.如权利要求4所述的水电站进水设施的漏水判断方法，其特征在于，所述阈值为5％Q_r，即当满足ΔQ＞5％Q_r时，判定存在漏水，其中，ΔQ为流量差，Q_r为机组的额定流量。

6.如权利要求5所述的水电站进水设施的漏水判断方法，其特征在于，所述方法还包括：

当满足5％Q_r＜ΔQ≤10％Q_r时，延时预设时长后发出漏水报警信号；

当满足10％Q_r＜ΔQ≤20％Q_r时，延时预设时长后发出漏水报警信号，并关闭进水阀和/或事故门。

7.水电站进水设施的漏水判断装置，其特征在于，所述装置至少包括：控制器，所述控制器用于：

获取机组的运行转速，根据所述运行转速判断机组是否处于额定转速工况，若是，则获取发电机的输出功率和机组的水头压差；

获取机组的额定水头和额定空载流量，根据所述输出功率、水头压差、额定水头和额定空载流量计算获得机组的过机流量；

获取压力钢管内的流量，计算所述压力钢管内的流量和过机流量的差值获得流量差，根据所述流量差和机组的额定流量判断是否存在漏水。

8.如权利要求7所述的水电站进水设施的漏水判断装置，其特征在于，所述控制器具体用于：

判断所述运行转速是否满足ω-ω_r≤1％ω_r，若是，则判定机组处于额定转速工况，否则，判定机组不处于额定转速工况，其中，ω为机组的运行转速，ω_r为机组的额定转速。

9.如权利要求7所述的水电站进水设施的漏水判断装置，其特征在于，所述过机流量的计算公式如下：

式中，Q₂为机组的过机流量，P_e为发电机的输出功率，Q_nr为机组的额定空载流量，H_r为机组的额定水头，H为机组的水头压差。

10.如权利要求7所述的水电站进水设施的漏水判断装置，其特征在于，所述控制器具体用于：

当满足ΔQ＞5％Q_r时，判定存在漏水；

当满足5％Q_r＜ΔQ≤10％Q_r时，延时预设时长后发出漏水报警信号；

当满足10％Q_r＜ΔQ≤20％Q_r时，延时预设时长后发出漏水报警信号，并关闭进水阀和/或事故门；

其中，ΔQ为流量差，Q_r为机组的额定流量。

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