(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210950942.0 (22)申请日 2022.08.09 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 街道八一路2 99号 (72)发明人 杨桀彬　何相慧　杨建东　赵志高　 胡金弘　彭涛　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 罗敏清 (51)Int.Cl. F03B 13/06(2006.01) F03B 11/02(2006.01) F03B 11/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 可逆式水泵水轮 机液柱分离的判断方法 (57)摘要 本发明提供一种可逆式水泵水轮机液柱分 离的判断方法， 包括： 在可逆式水泵水轮机机组 处布设监测装置， 监测装置在可逆式水泵水轮机 运行过程实时收集其运行数据； 将步骤1布设的 监测装置收集到的数据进行处理以获取可逆式 水泵水轮机的实时单位流量和单位转速； 根据步 骤2获取的实时单位流量和单位转速将可逆式水 泵水轮机实时运行轨迹线绘制在全 特性曲线上； 根据可逆式水泵水轮机的运行轨迹线是否在水 轮机制动工况区发生斜率正反变换， 判断可逆式 水泵水轮机是否发生了液柱分离。 本发明能够对 可逆式水泵水轮机是否发生液柱分离现象进行 判别， 为保证抽水蓄能电站可逆式水泵水轮机机 组安全稳定运行提供了有效的技 术手段。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115450821 A 2022.12.09 CN 115450821 A 1.一种可逆式水泵水轮机液柱分离的判断方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1， 在可逆式水泵水轮机机组处布设监测装置， 监测装置在可逆式水泵水轮机运行 过程实时收集 其运行数据； 步骤2， 将步骤1布设的监测装置收集到的数据进行处理以获取可逆式水泵水轮机的实 时单位流量和单位 转速； 步骤3， 根据步骤2获取的实时单位流量和单位转速将可逆式水泵水轮机实时运行轨迹 线绘制在其全特性曲线上； 步骤4， 将可逆式水泵水轮机运行轨迹线与全特征曲线对比分析， 其中， 全特性曲线被 飞逸线和横轴依 次划分为水轮机工况区、 水轮机制动工况区和反水泵工况区， 若可逆式水 泵水轮机的运行轨迹线在进入水轮机制动工况区后在该区发生了正反斜率来回变换的现 象， 则判断可逆式水泵水轮机发生了液柱分离； 反 之， 则判断未发生液柱分离 。 2.根据权利要求1所述的可逆式水泵水轮机液柱分离的判断方法， 其特征在于， 步骤1 中布设的监测装置包括压力传感器、 流 量传感器和转速传感器。 3.根据权利要求2所述的可逆式水泵水轮机液柱分离的判断方法， 其特征在于， 压力传 感器分别安装在可逆式水泵水轮机的蜗壳末端以及尾水管的进口处； 流量传感器安装在可 逆式水泵 水轮机的蜗壳之前的压力管道中； 转速传感器安装在可逆式水泵 水轮机的机组轴 端。 4.根据权利要求3所述的可逆式水泵水轮机液柱分离的判断方法， 其特征在于， 步骤2 包括： S21.根据步骤1中流量传感器实时采集的流量数据Q以及转速传感器采集的转速数据N 绘制Q‑t曲线N‑t曲线； S22.将压力传感器 实时采集的蜗壳末端压力 Pin、 尾水管进口压力 Pout结合伯努利方程， 计算机组工作水头： 其中， H为机组工作水头， ρ 为水的密度， g为重力常数， zin为蜗壳末端测点高程， zout为尾 水管进口测点高程； S23.根据相似定律， 将采集的数据换算 为单位参数； 其中， Q11为单位流量， N11为单位转速， D1为可逆式水泵水轮机出口直径。 5.根据权利要求1所述的可逆式水泵水轮机液柱分离的判断方法， 其特征在于， 步骤4 中， 若运行轨迹线在从水轮机制动工况区进入反水泵工况区的过程中始终保持正斜率则判 断其未发生液柱分离， 若运行轨迹线从水轮机制动工况区进入反水泵工况区的过程中在水 轮机制动工况区形成了类环式曲线轨 迹， 则判断其发生了液柱分离 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115450821 A 2可逆式水泵水轮机液柱分离的判断方 法 技术领域 [0001]本发明属于水力发电控制的技术领域， 具体涉及 一种可逆式水泵水轮机液柱分离 的判断方法。 背景技术 [0002]抽水蓄能是当代技术最成熟， 经济效益最优， 最具大规模开发条件的绿色低碳能 源， 目前， 抽水蓄能机组不断向大容量、 高水头方向发展， 空化对可逆式水泵水轮机和 尾水 管道的危害愈发明显， 尤其是机组甩负荷过渡过程中尾水管进口处压力降低到汽化压力后 产生的水流中断现象。 [0003]抽水蓄能电站在事 故甩负荷等过渡过程中局部压力低于汽化压力时， 会产生空穴 甚至液柱分离现象， 液柱分离及弥合产生的反水锤不仅对转轮、 传动装置及机组产生疲劳 损害， 也会对输水系统产生危害， 严重时会引起抬机、 爆管等事故。 对于液柱分离的定义为： 局部瞬变压力降至汽化压力时， 空穴会在液体中形成和发展， 当空穴充满管道整个截面， 就 是所谓的液柱分离。 可通过一定的防护措施， 如选用耐蚀、 耐冲击的材料， 避免机组在可能 出现液柱分离的工况区运行， 适当降低安装高程等。 其中， 降低安装高程可有效防止尾水管 压力低于汽化压力， 但是 水电站土建开挖量将会增 加， 这将大 大增加工程成本和周期。 [0004]目前对可逆式水泵水轮机尾水管液柱分离的研究较少， 液柱分离的产生、 发展、 弥 合以及再生成的现象仍未得到详尽分析， 液柱分离的判别条件也未得到总 结。 抽水蓄能电 站运行中无法通过观察尾水管现象判断机组是否产生液柱分离， 因此如何概括可逆式水泵 水轮机液柱分离与各物理参量之间的内在关系， 从而实现可逆式水泵 水轮机液柱分离的判 别， 监控可逆式水泵水轮机的运行状态， 对可逆式水泵水轮机机组的液柱分离现象做出快 速判断是研究的难点。 发明内容 [0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足之处， 提供一种可逆式水泵水轮机液柱 分 离的判断方法， 该方法能够对可逆式水泵水轮机是否发生液柱分离现象进行判别， 为保证 抽水蓄能电站可逆式水泵水轮机 机组安全稳定运行提供了有效的技 术手段。 [0006]为解决上述 技术问题， 本发明采用如下技 术方案： [0007]一种可逆式水泵水轮机液柱分离的判断方法， 包括如下步骤： [0008]步骤1， 在可逆式水泵水轮机机组处布设监测装置， 监测装置在可逆式水泵水轮机 运行过程实时收集 其运行数据； [0009]步骤2， 将步骤1布设的监测装置收集到的数据进行处理以获取可逆式水泵水轮机 的实时单位 流量和单位 转速； [0010]步骤3， 根据步骤2获取的实时单位流量和单位转速将可逆式水泵水轮机实时运行 轨迹线绘制在其全特性曲线上； [0011]步骤4， 将可逆式水泵水轮机运行轨迹线与全特征曲线对比分析， 其中， 全特性曲说　明　书 1/4 页 3 CN 115450821 A 3