1、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

浙江浙能華光潭水電站作為杭州電網(wǎng)的調(diào)峰電站，其在保障電網(wǎng)安全方面起了重要的作用，是杭州電網(wǎng)進(jìn)行“黑啟動(dòng)”的首選電源。華光潭水電站為引水式水電站，位于臨安市分水江干流昌化江上游的巨溪，是浙江省人民政府決策興建的省重點(diǎn)工程，也是浙江省能源集團(tuán)有限公司成立后控股并建設(shè)管理的首座水電站工程。·

水輪機(jī)流量是機(jī)組運(yùn)行效率監(jiān)測(cè)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要參數(shù)，華光潭水電站采取庫(kù)容變化或額定水頭倒推的方法來(lái)估算機(jī)組的過(guò)流流量，但此種方法測(cè)量精度偏低、無(wú)法實(shí)時(shí)反映真實(shí)工況。為對(duì)水輪機(jī)補(bǔ)足流量監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)測(cè)算運(yùn)行效率指標(biāo)反映其運(yùn)行性能，清萬(wàn)水承擔(dān)了1#機(jī)組蝸殼前壓力鋼管內(nèi)超聲時(shí)差法流量計(jì)的供貨及安裝。

2、測(cè)流工況

設(shè)備類(lèi)型：封閉（有壓）管道8聲道超聲時(shí)差法流量計(jì)；

安裝地點(diǎn)：檢修閥門(mén)后、蝸殼前的壓力鋼管直管段，長(zhǎng)度2.5m；

安裝方式：內(nèi)貼式換能器安裝，1E8P布置，聲道角度為65°；

管道類(lèi)型：DN1750，壁厚25mm；

運(yùn)行壓力：2.3MPa

3、換能器定位

清萬(wàn)水具有自主產(chǎn)權(quán)的超聲換能器自動(dòng)測(cè)算系統(tǒng)是借助全站儀三維掃描+非線性最小二乘法空間圓柱的擬合算法，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T35717-2024《水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī)流量的測(cè)量超聲傳播時(shí)間法》，結(jié)合流道形狀和尺寸，進(jìn)行換能器精準(zhǔn)、合理定位。

系統(tǒng)對(duì)于管道圓柱面建模的誤差可控制在0.5mm之內(nèi)；根據(jù)模型理論位置計(jì)算，驅(qū)動(dòng)全站儀自動(dòng)搜尋相應(yīng)換能器的坐標(biāo)點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)快速定點(diǎn)標(biāo)記。（定位操作時(shí)間可壓縮在15分鐘之內(nèi)，而傳統(tǒng)換能器定位方法操作時(shí)長(zhǎng)一般大于3小時(shí)）

圖1 流量計(jì)安裝段

圖2 換能器布置圖

3、換能器定位

清萬(wàn)水具有自主產(chǎn)權(quán)的超聲換能器自動(dòng)測(cè)算系統(tǒng)是借助全站儀三維掃描+非線性最小二乘法空間圓柱的擬合算法，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T35717-2024《水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī)流量的測(cè)量超聲傳播時(shí)間法》，結(jié)合流道形狀和尺寸，進(jìn)行換能器精準(zhǔn)、合理定位。

系統(tǒng)對(duì)于管道圓柱面建模的誤差可控制在0.5mm之內(nèi)；根據(jù)模型理論位置計(jì)算，驅(qū)動(dòng)全站儀自動(dòng)搜尋相應(yīng)換能器的坐標(biāo)點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)快速定點(diǎn)標(biāo)記。（定位操作時(shí)間可壓縮在15分鐘之內(nèi)，而傳統(tǒng)換能器定位方法操作時(shí)長(zhǎng)一般大于3小時(shí)）

圖3 管道擬合

圖4 換能器現(xiàn)場(chǎng)定位

圖5 換能器安裝完成圖

4、安裝數(shù)據(jù)復(fù)測(cè)

超聲波時(shí)差法流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確與否，除了取決于流量計(jì)主機(jī)的流量計(jì)算算法的是否先進(jìn)外，換能器的現(xiàn)場(chǎng)定位及數(shù)據(jù)復(fù)測(cè)的精準(zhǔn)度也至關(guān)重要。

安裝后復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)與理論值吻合度達(dá)99.7%；換能器安裝位置偏差＜±0.3mm，角度誤差＜±0.05°，聲道長(zhǎng)度誤差< ±0.1mm，幾何數(shù)據(jù)的復(fù)測(cè)準(zhǔn)確度可確保設(shè)備長(zhǎng)期測(cè)量的穩(wěn)定性。

圖6 安裝復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)

5、項(xiàng)目總結(jié)

本項(xiàng)目的實(shí)施驗(yàn)證了空間建模技術(shù)在大型壓力管道流量監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝中的優(yōu)越性，為水電行業(yè)高精度流量測(cè)量提供了可復(fù)用的技術(shù)范式。