水文数据整编：高效推算水电站流量方法

1.计算方法

水电站是利用水能转换为电能的水工建筑物，其转换关系式如下。

（1）以实测水头计算流量。

式中 Q——流量，m3/s；

N s——各机组的总功率，k W；

η——效率，包括水轮机、发电机、变压器、传动装置等的效率，以及水头损失等，%；

H——水头，反击式水轮机为上、下游水位差，冲击式水轮机为坝上水位与喷嘴中心高之差，m。

（2）以压力表读数P（k N/cm2）换算水头计算流量。

式中 h——有效水头，从水轮机上压力表实测压力换算的水头h 1=10P，再加压力表中心高至坝下水位高差Δh，即h=h 1+Δh，即为减去部分水头损失的有效水头，m。

（3）计算单机流量。

式中 q——单机流量，m3/s；

N——单机电功率，k W。

由此可知，推求水电站发电流量时，可用实测资料代入能量转换公式，率定出效率η值，就可以利用实测的水位资料和电功率记录，计算出通过水轮机的流量。

2.用H-N-q关系曲线推流

定线和推流步骤如下。

（1）计算效率η。有实测资料按下式计算。

（2）绘制单机功率N与效率η的关系曲线。水轮发电机组的效率η通常与单机功率N存在着正比关系，故可用单机功率N与效率η点绘关系曲线，如图3.65（a）所示。

整编时，也可用η1=N s/（QH）来代替η与N点绘关系曲线。另外，η与水头H存在反比关系，因此也可点绘H-η关系曲线，作为η的率定成果。

有些水电站在生产运行期间，单机电功率几乎没有大的变化，而水头却变化较大，这时点绘H-η关系曲线更合适。

（3）绘制N-q H关系曲线。取若干个N值，从H-η关系曲线上查得相应的η值，按q H=N/（9.8η）计算各个q H值，点绘N-q H关系曲线，如图3.65（b）所示。

（4）绘制H-N-q关系曲线。先固定一个N值，例如N=50k W，在N-q H关系曲线上查得q H值，然后用不同的水头算出各个相应的q值，即可绘制一条N=50k W时的H-q关系曲线。用同样的方法绘制其他N值得H-q关系曲线。最后得到以N为参数的H-N-q关系曲线簇，如图3.65（c）所示。

若用H-η（或H-η1）关系曲线，则应绘制N s-QH和H-N s-Q关系曲线簇。(www.xing528.com)

（5）推流。推求流量时，根据各单机电功率N和实测水头H，从H-N-q关系曲线上查读各单机瞬时流量，各单机瞬时流量相加，即得总流量。

图3.65　H-N-q关系曲线

3.用电功度数推算日平均流量

水电站一日内单机的发电量，即一日单机发电的电功度数W，可由式（3.54）求得

式中 W——单机日发电的电功度数，k W·h；

T——日开机时数；

t——时间。

水电站单机日平均流量为

由于效率η=f（N），当一日内N与H变化不大时，H与η便可粗略地视为常数，则

或日平均总流量为

为了简化日平均流量的推求方法，可用一日发电的电功度数W与单机日平均流量q乘以日平均水头H建立关系曲线，直接推求日平均流量。其步骤如下。

（1）绘制W-关系曲线。绘制时，需将图3.65（b）中的N-q H关系曲线转换为W-关系曲线，即将W-关系曲线的纵坐标N值乘以24h，即为一日单机电功度数W值，横坐标改为 （其数值不变），如图3.65（b）所示。

（2）推求日平均流量。根据单机一日发电的W值，在W-q H关系曲线上查得q H值后，除以日平均水头，即得日平均单机流量，各单机日平均流量相加，即得日平均流量。

4.用Zu-ηt关系曲线推流

对于高水头水电站（水头在25m以上），可把下游水位（水轮机尾水位）视为常数（取为基准面），而采用上游水位Zu代替水头H，计算并绘制推流曲线。实践证明，Zuηt关系曲线能够符合精度要求。

（1）计算推流系数ηt。将式（3.50）改写为

根据实测资料，按上式计算推流系数ηt

（2）绘制Zu-ηt关系曲线。根据计算数据，绘制Zu-ηt关系曲线，如图3.66所示。

（3）推流。推求流量时，根据实测上游水位，在图上查得ηt，并从电工仪表表上查得发电功率N，即可由式（3.58）推得流量，也可制成推流检数表查读，还可以用日电功度数推求日平均流量。

图3.66　Zu-ηt关系曲线