CN117871590B - 一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，包括以下步骤：交通洞入口空气温度传感器、交通洞出口空气温度传感器、交通洞空气流速采集装置以及各个监测点布置的壁面温度传感器和空气湿度传感器，均通过通信通道连接到处理器；处理器实时预测交通洞壁面凝水线位置：第i监测点的壁面温度低于或等于第i监测点的空气露点温度，该监测点结露。本发明提供一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，是一种基于多因素耦合的抽水蓄能电站交通洞内凝水线位置的预测方法。通过本发明方法，可以更准确地预测交通洞内的凝水线位置，从而为抽水蓄能电站的安全运行提供保障。

Description

一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法

技术领域

本发明属于能源及安全生产技术领域，具体涉及一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法。

背景技术

交通洞是抽水蓄能电站的重要组成部分，其内部设施对于整个电站的运行和安全具有关键作用。外部空气流入交通洞内后，遇到较冷的壁面易凝结为凝结水，从而导致交通洞壁面潮湿，影响交通洞壁面的性能。并且，经研究发现，自交通洞入口开始，在经过一定长度非潮湿区域后，直到到达交通洞出口区域，均为潮湿区域。非潮湿区域和潮湿区域的分界位置即为交通洞壁面凝水线位置。准确预测交通洞壁面凝水线位置，是交通洞采取相应的降湿措施的基础和前提。

现有技术中，交通洞壁面凝水线位置的预测方法存在以下问题：首先，传统的预测方法通常基于经验公式或简化模型，导致预测结果与实际情况存在较大误差。特别是在复杂的地形和气候条件下，这种简化方法无法准确反映交通洞内的实际壁面凝水情况。其次，现有的预测方法通常只考虑了单一因素对壁面凝水线位置的影响，由此导致预测结果具有一定的误差。因此，如何准确快速的对交通洞壁面凝水线位置进行预测，是目前需要解决的重点问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，包括以下步骤：

步骤S1，预设定监测高度H；

步骤S2，在交通洞入口，并且高度为监测高度H的位置，布置交通洞入口空气温度传感器；在交通洞出口，并且高度为监测高度H的位置，布置交通洞出口空气温度传感器；

按从交通洞入口到交通洞出口的洞深方向，等间隔布置n个高度均为监测高度H的监测点，每个监测点布置有壁面温度传感器和空气湿度传感器；

在交通洞内布置交通洞空气流速采集装置；

步骤S3，所述交通洞入口空气温度传感器、所述交通洞出口空气温度传感器、所述交通洞空气流速采集装置以及各个监测点布置的壁面温度传感器和空气湿度传感器，均通过通信通道连接到处理器；

步骤S4，处理器实时预测交通洞壁面凝水线位置：

步骤S4.1，在当前第j时间步，所述处理器接收所述交通洞入口空气温度传感器上传的交通洞入口空气温度t_w，所述交通洞出口空气温度传感器上传的交通洞出口空气温度t_fL，所述交通洞空气流速采集装置上传的交通洞空气流速u，以及每个监测点上传的壁面温度传感器和空气湿度传感器，即：对于第i监测点，i＝1,2,…,n，上传第i壁面温度传感器采集到的第i监测点的壁面温度t_0i和第i空气湿度传感器采集到的第i监测点的空气湿度RH_i；

步骤S4.2，所述处理器采用下式，得到当前第j时间步在第i监测点的壁面对流换热系数h_i：

其中：

ρ为空气密度；

c_p为空气比热；

t_c为地表面年平均温度；

R₀为交通洞当量半径，U为交通洞断面周长；

S为交通洞断面面积；

L为交通洞总长度；

步骤S4.3，所述处理器采用下式，得到当前第j时间步在第i监测点的空气温度t_i:

其中：x为第i监测点距离交通洞入口的距离；

步骤S4.4，所述处理器采用下式，得到当前第j时间步在第i监测点的空气露点温度t_Si：

步骤S4.5，按顺序从第1监测点开始向后遍历，比较每个监测点对应的壁面温度和空气露点温度，当识别到满足以下条件的监测点时，该监测点所在位置即为预测到的下一个时间步时的交通洞壁面凝水线位置：

第i壁面温度传感器采集到的第i监测点的壁面温度t_oi低于或等于第i监测点的空气露点温度t_si，该监测点结露。

优选的，所述交通洞空气流速采集装置，采用以下方法，采集得到交通洞空气流速u：

沿交通洞长度方向，将交通洞划分为多个区域，在每个区域布置有交通洞空气流速采集传感器，每个交通洞空气流速采集传感器用于实时采集对应区域的中心空气流速；然后，对得到的各个区域的中心空气流速进行面积加权平均，作为交通洞空气流速u。

优选的，所述交通洞空气流速采集装置，采用以下方法，采集得到交通洞空气流速u：

在交通洞中选择多个关键测点，测量得到每个关键测点的平均风速系数K和实时风速u_o，采用下式，得到每个关键测点的平均风速u_a＝Ku₀；对得到的各个关键测点的平均风速计算算数平均值，作为交通洞空气流速u。

优选的，步骤S4.3中，x通过以下公式计算：x＝i*ΔZ，其中，i为监测点的编号；ΔZ为相邻两个监测点之间的间隔。

优选的，步骤S4.5具体为：

预设定数量m；按顺序从第1监测点开始向后遍历，比较每个监测点对应的壁面温度和空气露点温度，当识别到连续m个监测点均满足以下条件时：壁面温度t_0i低于或等于空气露点温度t_Si，则将m个监测点中的第1个监测点所在位置，即为预测到的下一个时间步时的交通洞壁面凝水线位置。

本发明提供的一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法具有以下优点：

本发明提供一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，是一种基于多因素耦合的抽水蓄能电站交通洞内凝水线位置的预测方法。通过本发明方法，可以更准确地预测交通洞内的凝水线位置，从而为抽水蓄能电站的安全运行提供保障。

附图说明

图1为本发明提供的一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法的流程示意图；

图2为本发明提供的监测点布置方式图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，是一种基于多因素耦合的抽水蓄能电站交通洞内凝水线位置的预测方法。通过本发明方法，可以更准确地预测交通洞内的凝水线位置，从而为抽水蓄能电站的安全运行提供保障。同时，该方法还可以为其他类似工程的设计和运行提供参考和借鉴。

本发明提供一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，包括以下步骤：

步骤S1，预设定监测高度H；例如，将距离交通洞地面15米高度，作为监测高度H；

步骤S2，在交通洞入口，并且高度为监测高度H的位置，布置交通洞入口空气温度传感器；在交通洞出口，并且高度为监测高度H的位置，布置交通洞出口空气温度传感器；

按从交通洞入口到交通洞出口的洞深方向，等间隔布置n个高度均为监测高度H的监测点，如图2所示，为监测点布置方式示意图，按从交通洞入口到交通洞出口，依次布置第1监测点,第2监测点,…；每个监测点布置有壁面温度传感器和空气湿度传感器；其中，壁面温度传感器可采用热电偶式温度传感器，用于测量壁面温度。

在交通洞内布置交通洞空气流速采集装置；

步骤S3，所述交通洞入口空气温度传感器、所述交通洞出口空气温度传感器、所述交通洞空气流速采集装置以及各个监测点布置的壁面温度传感器和空气湿度传感器，均通过通信通道，例如RS485协议连接到处理器；

步骤S4，处理器实时预测交通洞壁面凝水线位置：

步骤S4.1，在当前第j时间步，所述处理器接收所述交通洞入口空气温度传感器上传的交通洞入口空气温度t_w，所述交通洞出口空气温度传感器上传的交通洞出口空气温度t_fL，所述交通洞空气流速采集装置上传的交通洞空气流速u，以及每个监测点上传的壁面温度传感器和空气湿度传感器，即：对于第i监测点，i＝1,2,…,n，上传第i壁面温度传感器采集到的第i监测点的壁面温度t_0i和第i空气湿度传感器采集到的第i监测点的空气湿度RH_i；

本步骤中，所述交通洞空气流速采集装置，采用以下两种方法，采集得到交通洞空气流速u：

第一种：沿交通洞长度方向，将交通洞划分为多个区域，在每个区域布置有交通洞空气流速采集传感器，每个交通洞空气流速采集传感器用于实时采集对应区域的中心空气流速；然后，对得到的各个区域的中心空气流速进行面积加权平均，作为交通洞空气流速u。

第二种：在交通洞中选择多个关键测点，测量得到每个关键测点的平均风速系数K和实时风速u₀，采用下式，得到每个关键测点的平均风速u_a＝Ku₀；对得到的各个关键测点的平均风速计算算数平均值，作为交通洞空气流速u。

步骤S4.2，所述处理器采用下式，得到当前第j时间步在第i监测点的壁面对流换热系数h_i：

其中：

ρ为空气密度；

c_p为空气比热；

t_c为地表面年平均温度；

R₀为交通洞当量半径，U为交通洞断面周长；

S为交通洞断面面积；

L为交通洞总长度；

步骤S4.3，所述处理器采用下式，得到当前第j时间步在第i监测点的空气温度t_i:

其中：x为第i监测点距离交通洞入口的距离；x通过以下公式计算：x＝i*ΔZ，其中，i为监测点的编号；ΔZ为相邻两个监测点之间的间隔。

步骤S4.4，所述处理器采用下式，得到当前第j时间步在第i监测点的空气露点温度t_Si:

步骤S4.5，按顺序从第1监测点开始向后遍历，比较每个监测点对应的壁面温度和空气露点温度，当识别到满足以下条件的监测点时，该监测点所在位置即为预测到的下一个时间步时的交通洞壁面凝水线位置：

第i壁面温度传感器采集到的第i监测点的壁面温度t_0i低于或等于第i监测点的空气露点温度t_si，该监测点结露。

本步骤具体也可以采用以下方法实现：预设定数量m；按顺序从第1监测点开始向后遍历，比较每个监测点对应的壁面温度和空气露点温度，当识别到连续m个监测点均满足以下条件时：壁面温度t_0i低于或等于空气露点温度t_Si，则将m个监测点中的第1个监测点所在位置，即为预测到的下一个时间步时的交通洞壁面凝水线位置。

本发明提供的一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，主要步骤可描述为：

(一)获取交通洞的地形、气候、流量等数据，包括：

(1)、每个监测点的壁面温度t_0i(℃)和空气湿度RH_i(％)，

具体的，在地面1.5m高度，沿着交通洞壁面，等间隔设置监测点；每个监测点布置壁面温度传感器和空气湿度传感器，用于采集壁面温度t_0i和空气湿度RH_i。监测点布置间隔越小，凝水线位置预测精度越高。

其中，空气湿度RH_i为靠近壁面的空气湿度，可使用电子式湿度传感器，如氯化锂电阻湿度传感器测得；湿度传感器是非密封性的，为保护测量的准确度和稳定性，应尽量避免在酸性、碱性及含有机溶剂的气氛中使用。也避免在粉尘较大的环境中使用。为正确反映欲测空间的湿度，还应避免将传感器安放在离洞壁太近或空气不流通的死角处。因此放置在交通洞顶端或者离地扬尘到达无法到达的地方最佳。

壁面温度可使用热电偶式温度传感器测量得到。

(2)、交通洞入口空气温度t_w和交通洞出口空气温度t_fL

交通洞入口空气温度t_w，单位℃；具体的，在交通洞入口处距地面1.5m高度设置交通洞入口空气温度传感器，用于测量交通洞入口空气温度t_w；

交通洞出口空气温度t_fL，单位℃；具体的，在交通洞出口处距地面1.5m高度设置交通洞出口空气温度传感器，用于测量交通洞出口空气温度t_fL；

(3)、交通洞空气流速u，单位m/s；

(4)、交通洞结构参数

交通洞断面周长U，单位m；直接测量与洞室走向垂直的截面与内壁面交线的长度，为固定值。

交通洞总长度L，单位m；直接测量得到，为固定值。

交通洞断面面积S，单位m；直接测量得到，为固定值。

(5)、地表面年平均温度t_c，单位℃；

地表面年平均温度t_c通过查阅相关材料得到，为固定值。

(二)输入交通洞断面周长U和交通洞断面面积S，采用下式，计算得到交通洞当量半径R₀，单位m；

(三)输入ρc_puR₀SL，以及t_wt_ct_fL，采用下式，得到第i监测点的壁面对流换热系数h_i，单位为W/m²·℃：

其中：

c_p为空气比热，单位为kJ/(kg·℃)；

ρ为空气密度，单位Kg/m3；

(四)采用下式，计算得到第i监测点的空气温度t_i:

其中，x为距交通洞入口的距离。

由于交通洞外空气温度变化有波动性，交通洞内空气温度也会因为入口空气温度而产生变化，因此计算出x位置的空气温度具有预测性，实际为预测得到的下一个时间步长的空气温度。

(五)采用下式，得到第i监测点的空气露点温度t_Si:

(六)通过比较每个监测点的壁面温度和空气露点温度，从而识别到交通洞壁面凝水线位置。

例如，在j时间步，首先判断第1监测点的壁面温度t₀₁是否小于等于第1监测点的空气露点温度t_S1，如果小于等于，则第1监测点位置，即为预测到的下一个时间步时的交通洞壁面凝水线位置；如果大于，则判断第2监测点的壁面温度t₀₂是否小于等于第2监测点的空气露点温度t_S2，如果小于等于，则第2监测点位置，即为预测到的下一个时间步时的交通洞壁面凝水线位置；如果大于，则继续对第3监测点进行判断，依此类推，直到定位到符合条件的监测点，其所在位置即为预测到的下一个时间步时的交通洞壁面凝水线位置。

概括描述为：如果第i监测点的壁面温度t_0i＞第i监测点的空气露点温度t_si，并且，第i+1监测点的壁面温度t_0(i+1)≤第i+1监测点的空气露点温度t_S(i+1)，则第i+1监测点位置，即为预测到的下一个时间步时的交通洞壁面凝水线位置。

需要强调的是，本发明中，凝水线位置预测精度与监测点布置间距密切相关，若监测点布置间距越小，凝水线预测结果更加精准。

将本发明提供的抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，应用于某个具体的交通洞，在某个时间步，得到如下表的测量数据：

因此，通过对各个监测点的壁面温度和空气露点温度的分析，得到距离交通洞入口100米位置的监测点，符合凝水线位置判断条件。因此，距离交通洞入口100米位置，即为预测到的下一个时间步时的交通洞壁面凝水线位置。

本发明提供一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，是一种基于多因素耦合的抽水蓄能电站交通洞内凝水线位置的预测方法。通过本发明方法，可以更准确地预测交通洞内的凝水线位置，从而为抽水蓄能电站的安全运行提供保障。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，预设定监测高度H；

步骤S2，在交通洞入口，并且高度为监测高度H的位置，布置交通洞入口空气温度传感器；在交通洞出口，并且高度为监测高度H的位置，布置交通洞出口空气温度传感器；

按从交通洞入口到交通洞出口的洞深方向，等间隔布置n个高度均为监测高度H的监测点，每个监测点布置有壁面温度传感器和空气湿度传感器；

在交通洞内布置交通洞空气流速采集装置；

步骤S3，所述交通洞入口空气温度传感器、所述交通洞出口空气温度传感器、所述交通洞空气流速采集装置以及各个监测点布置的壁面温度传感器和空气湿度传感器，均通过通信通道连接到处理器；

步骤S4，处理器实时预测交通洞壁面凝水线位置：

步骤S4.1，在当前第j时间步，所述处理器接收所述交通洞入口空气温度传感器上传的交通洞入口空气温度t_w，所述交通洞出口空气温度传感器上传的交通洞出口空气温度t_fL，所述交通洞空气流速采集装置上传的交通洞空气流速u，以及每个监测点上传的壁面温度传感器和空气湿度传感器，即：对于第i监测点，i＝1,2,…,n，上传第i壁面温度传感器采集到的第i监测点的壁面温度t_0i和第i空气湿度传感器采集到的第i监测点的空气湿度RH_i；

步骤S4.2，所述处理器采用下式，得到当前第j时间步在第i监测点的壁面对流换热系数h_i：

其中：

ρ为空气密度；

c_p为空气比热；

t_c为地表面年平均温度；

R₀为交通洞当量半径，U为交通洞断面周长；

S为交通洞断面面积；

L为交通洞总长度；

步骤S4.3，所述处理器采用下式，得到当前第j时间步在第i监测点的空气温度t_i:

其中：x为第i监测点距离交通洞入口的距离；

步骤S4.4，所述处理器采用下式，得到当前第j时间步在第i监测点的空气露点温度t_Si:

步骤S4.5，按顺序从第1监测点开始向后遍历，比较每个监测点对应的壁面温度和空气露点温度，当识别到满足以下条件的监测点时，该监测点所在位置即为预测到的下一个时间步时的交通洞壁面凝水线位置：

第i壁面温度传感器采集到的第i监测点的壁面温度t_0i低于或等于第i监测点的空气露点温度t_Si，该监测点结露。

2.根据权利要求1所述的一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，其特征在于，所述交通洞空气流速采集装置，采用以下方法，采集得到交通洞空气流速u：

沿交通洞长度方向，将交通洞划分为多个区域，在每个区域布置有交通洞空气流速采集传感器，每个交通洞空气流速采集传感器用于实时采集对应区域的中心空气流速；然后，对得到的各个区域的中心空气流速进行面积加权平均，作为交通洞空气流速u。

3.根据权利要求1所述的一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，其特征在于，所述交通洞空气流速采集装置，采用以下方法，采集得到交通洞空气流速u：

在交通洞中选择多个关键测点，测量得到每个关键测点的平均风速系数K和实时风速u₀，采用下式，得到每个关键测点的平均风速u_a＝Ku₀；对得到的各个关键测点的平均风速计算算数平均值，作为交通洞空气流速u。

4.根据权利要求1所述的一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，其特征在于，步骤S4.3中，x通过以下公式计算：x＝i*ΔZ，其中，i为监测点的编号；ΔZ为相邻两个监测点之间的间隔。

5.根据权利要求1所述的一种抽水蓄能电站交通洞壁面凝水线位置的预测方法，其特征在于，步骤S4.5具体为：

预设定数量m；按顺序从第1监测点开始向后遍历，比较每个监测点对应的壁面温度和空气露点温度，当识别到连续m个监测点均满足以下条件时：壁面温度t_0i低于或等于空气露点温度t_Si，则将m个监测点中的第1个监测点所在位置，即为预测到的下一个时间步时的交通洞壁面凝水线位置。