GBT 35717-2024 水轮机、蓄能泵和水泵水轮机流量的测量 超声传播时间法标准立项发展报告

StandardizationDevelopmentReport:HydraulicTurbines,StoragePumpsandPump-Turbines—DischargeMeasurement—UltrasonicTransit-TimeMethod标准立项发展报告：水轮机、蓄能泵和水泵水轮机流量的测量超声传播时间法（GB/T35717-2024）摘要关键词：水轮机；蓄能泵；水泵水轮机；流量测量；超声传播时间法；技术标准；不确定度；水力机械Keywords:hydraulicturbine;storagepump;pump-turbine;dischargemeasurement;ultrasonictransit-timemethod;technicalstandard;uncertainty;hydraulicmachinery一、引言1.1研究背景水力发电是我国能源结构中的重要组成部分，也是实现“碳达峰、碳中和”战略目标的关键支撑力量。近年来，随着全球能源转型加速推进，抽水蓄能电站作为大规模储能和电网调峰的重要手段，迎来了蓬勃发展的战略机遇期。在这一背景下，水轮机、蓄能泵和水泵水轮机作为水力发电和抽水蓄能系统的核心动力设备，其运行效率和运行可靠性直接关系到电站的整体经济效益和电网安全稳定运行。流量是表征水力机械运行特性的基础参数之一。无论是机组效率试验、空蚀性能评估、过渡过程分析，还是状态监测与故障诊断，均离不开对流过机组流量的准确测量。国际电工委员会（IEC）以及各国标准化组织均将流量测量列为水力机械模型试验和现场验收试验的核心内容。传统流量测量方法包括流速仪法、压力—时间法、盐溶液稀释法、示踪法等，但这些方法在不同应用场景下均存在各自的局限性，如对流动干扰大、安装复杂、测量周期长等。1.2超声传播时间法的技术优势超声传播时间法（UltrasonicTransit-TimeMethod）利用超声波在流动介质中顺流和逆流传播的时间差来推算流体流速，进而求得流量。与其他流量测量方法相比，该方法具有以下显著优势：（1）非接触式测量，不干扰流场，测量精度高；（2）适用于大口径管道和水轮机引水系统等大尺寸流道；（3）可实现在线连续测量，便于自动化数据采集与远程监控；（4）无压损，节能效果好；（5）适用范围广，可测量多种流体介质和不同流态条件。基于上述技术优势，超声传播时间法已在国内外水力机械流量测量领域得到广泛应用，并被IEC60041（水轮机现场验收试验国际规程）等国际标准列为推荐测量方法之一。然而，在实际应用中，传感器安装位置选择、声道布置方案、信号处理算法以及不确定度评估等环节均存在诸多技术细节需要统一规范，以确保测量结果的可靠性和可比性。1.3标准修订的必要性我国于2017年首次发布GB/T35717-2017《水轮机、蓄能泵和水水泵水轮机流量的测量超声传播时间法》，该标准为国内水力机械超声流量测量提供了重要的技术依据。然而，随着近年来超声传感技术、数字信号处理技术和智能化测量系统的发展，原有标准部分技术内容已不能完全适应技术进步和工程应用的需要。同时，IEC60041等国际标准也在持续修订更新，需要国内标准与之保持协调一致。因此，对该标准进行全面修订，补充新技术成果、完善技术规范、优化操作流程，具有重要的现实意义和长远价值。二、标准编制概况2.1标准基本信息-标准编号：GB/T35717-2024-标准名称：水轮机、蓄能泵和水泵水轮机流量的测量超声传播时间法-英文名称：Hydraulicturbines,storagepumpsandpump-turbines—Dischargemeasurement—Ultrasonictransit-timemethod-标准状态：现行-发布机构：国家标准化管理委员会（国家标准）-发布日期：2024年5月28日-实施日期：2024年12月1日-中国标准分类号：水力工程-版本说明：电子版，含水印2.2编制原则本标准在修订过程中遵循以下原则：（1）协调一致原则：与国际标准IEC60041《水轮机、蓄能泵和水泵水轮机现场验收试验国际规程》保持技术协调，同时充分考虑我国水力机械行业的发展现状和技术特点。（2）科学先进原则：充分吸纳近年来超声流量测量技术领域的最新研究成果，包括多声道测量、数字信号处理、智能传感器等先进技术。（3）实用可操作原则：在保证技术先进性的同时，注重标准的可操作性和工程实用性，为不同应用场景提供清晰明确的技术指引。（4）安全可靠原则：充分考虑测量系统在水利水电工程中特殊工作环境下的安全性和可靠性要求。2.3编制过程本标准的修订工作遵循国家标准制修订程序，经历了前期调研、草案编制、征求意见、技术审查和报批发布等阶段。在前期调研阶段，编制组系统收集了国内外相关技术标准和文献资料，调研了国内主要水力机械制造企业、水电站和科研院所的应用现状和技术需求。在草案编制阶段，编制组对关键技术问题进行了深入研究和反复论证。征求意见期间，广泛听取了行业专家、生产企业和用户单位的意见和建议，对标准文本进行了多轮修改完善。三、标准主要技术内容3.1范围本标准规定了用超声传播时间法测量水轮机、蓄能泵和水泵水轮机流量的测量原理、测量装置、安装要求、测量程序、不确定度评定以及报告编写等内容。适用于水轮机、蓄能泵和水泵水轮机现场流量测量，可用于水电站机组效率试验、性能验收、状态监测和运行优化等场合。3.2规范性引用文件本标准引用了包括GB/T3214《水泵流量的测定方法》、GB/T15468《水轮机基本技术条件》、IEC60041等在内的多项国内外标准和规程，确保标准体系的内在一致性和协调性。3.3术语和定义标准对超声传播时间法相关核心术语进行了规范定义，包括但不限于：超声传播时间法、声道、换能器、声路长度、顺流传播时间、逆流传播时间、声速、流速分布、流量计算等。3.4测量原理超声传播时间法的基本原理是：在管道或流道两侧成对安装超声换能器，超声波分别沿顺流方向和逆流方向传播，由于流体流动的影响，顺流传播时间小于逆流传播时间。通过精确测量两个方向上的传播时间差，结合声道几何尺寸和流体声速，即可计算得到声道上的平均流速。再根据流速在整个流道截面上的分布规律，通过对多声道测量数据的加权积分，最终求得流过截面的总流量。标准中对测量原理的数学表达、流速分布修正、多声道加权算法等均给出了详细的规定和说明。3.5测量装置3.6安装要求传感器安装是影响超声流量测量精度的关键环节。标准对以下安装要求进行了详细规定：（1）测量断面选择：应选择上下游直管段长度满足要求、流态稳定的断面，且应避免安装在可能产生涡流、回流或流速分布严重畸变的位置。（2）传感器布置方式：Z法、V法、W法等不同布置方式的选择原则，以及多声道系统中传感器的空间布置和角度定位。（3）安装工艺：传感器安装孔的加工精度、换能器与管壁的耦合要求、密封与防水措施等。3.7测量程序3.8不确定度评定不确定度评定是流量测量标准的核心内容之一。标准参照《测量不确定度评定与表示》（JJF1059.1）和IEC60041的相关要求，对超声传播时间法流量测量的不确定度来源进行了系统分析，包括传播时间测量不确定度、声道几何参数不确定度、流速分布修正不确定度、信号处理不确定度等。标准给出了各不确定度分量的评定方法和合成方法，并给出了典型工况下综合不确定度的参考范围。3.9测量报告标准规定了测量报告应包括的基本内容，如测量目的与工况描述、测量系统配置与安装情况、测量数据与处理结果、不确定度评定结果以及与保证值或参考值的对比分析等，确保测量结果的完整性和可追溯性。四、关键技术研究与创新点4.1多声道测量技术单声道超声流量计容易受流速分布不均匀的影响，测量精度有限。本标准在修订中重点补充了多声道测量技术相关内容，规定了声道数量选择原则、声道布置优化方案和加权积分算法，使测量精度显著提升，对不同流态条件的适应性也明显增强。4.2数字信号处理技术现代超声流量测量系统广泛采用数字信号处理技术，包括相关法时延估计、频率差法、脉冲循环法等。标准对这些先进信号处理算法的应用条件、技术要求和验证方法进行了规范，为高精度测量提供了技术支持。4.3大尺寸流道适应性水轮机引水系统通常具有大尺寸的流道，给超声流量测量带来特殊挑战。标准针对大尺寸流道的声信号衰减、声路几何参数精确标定等问题给出了专门的技术指引。4.4现场校准技术标准引入了现场校准的理念和方法，包括干式标定、湿式比对校准等。这些方法可在不中断电站正常运行的情况下对测量系统进行校验，提高测量结果的可靠性和可信度。五、主要起草单位介绍5.1单位概况本标准的主要起草单位包括中国水利水电科学研究院、哈尔滨大电机研究所有限公司等国内水力机械领域权威科研机构和骨干企业。5.2中国水利水电科学研究院中国水利水电科学研究院（简称“中国水科院”）是我国水利水电领域规模最大的综合性科学研究机构，隶属于水利部。该院成立于1958年，经过六十余年的发展，已形成覆盖水文水资源、水环境与水生态、防洪抗旱与减灾、水利水电工程、可再生能源等领域的完整研究体系。在流量测量与水力机械测试领域，中国水科院具有深厚的技术积累和丰富的研究经验。该院拥有国际先进的水力机械模型试验平台和现场测试装备，长期承担国家重点水电工程和抽水蓄能电站的机组效率试验、验收试验和技术咨询工作。近年来，该院在水力机械超声流量测量方向持续开展深入研究，开发了具有自主知识产权的多声道超声流量测量系统，并在多个大型水电站和抽水蓄能电站得到成功应用。作为全国水轮机标准化技术委员会（SAC/TC175）的秘书处挂靠单位，中国水科院长期承担水轮机领域国家标准和行业标准的制修订组织工作，为我国水力机械标准化事业的发展做出了重要贡献。在本标准的修订过程中，中国水科院充分发挥科研优势和标准编制经验，组织开展了大量试验验证和数据分析工作，为标准技术内容的科学性和先进性提供了坚实保障。5.3哈尔滨大电机研究所有限公司哈尔滨大电机研究所有限公司（原哈尔滨大电机研究所）是我国大型发电设备研发领域的重要科研机构，在水轮机设计和试验技术方面具有六十余年的技术积淀。该所拥有先进的模型试验台和测试手段，长期参与国家重大水电装备的技术攻关和标准制定工作。在本标准编制过程中，该所主要承担了测量装置技术要求、安装工艺规范和试验验证等工作，为标准的工程适用性和操作性提供了有力支持。此外，标准编制还得到了国内主要水电设备制造企业、抽水蓄能电站运营单位、相关高校和研究机构的积极参与和大力支持，充分体现了产、学、研、用各方力量的协同合作。六、标准实施的意义与展望6.1实施意义GB/T35717-2024标准的发布实施具有多方面的重要意义：（1）推动技术进步：标准对超声传播时间法流量测量技术的系统规范，将促进该技术在水力机械领域更广泛、更深入的应用，推动测量技术向高精度、智能化方向发展。（2）保障测量质量：通过统一测量方法和技术要求，可有效减少不同测量主体、不同测量系统之间的结果差异，提高测量数据的可比性和公信力。（3）支撑行业管理：标准为机组效率评估、性能验收和状态监测提供了统一的技术依据，有利于规范市场秩序，促进公平竞争。（4）促进国际接轨：标准在修订过程中充分吸收了国际先进经验，与IEC标准保持协调，有利于我国水力机械产品和技术“走出去”，增强国际竞争力。6.2未来展望随着智能化传感技术、物联网技术和数字孪生技术的快速发展，流量测量技术将朝着更加智能化、集成化和远程化的方向发展。未来的流量测量系统有望实现自校准、自诊断和自适应调节功能，测量精度和可靠性将进一步提升。同时，随着抽水蓄能电站大规模建设和运行，对大口径、高精度的流量测量需求将持续增长。GB/T35717-2024标准的实施，将为我国水力机械流量测量技术的规范化发展和持续创新奠定坚实基础。建议各相关单位在标准实施过程中加强技术培训和经验交流，积极探索标准在水电站智能化建设和数字化运维中的深度应用，为构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系贡献力量。七、结论本标准的发布实施，填补了国内该领域标准的技术空白并实现了全面升级，为水轮机、蓄能泵和水泵水轮机的流量精确测量提供了权威的技术依据，对提升我国水力机械测试技术水平、保障机组安全高效运行、促进抽水蓄能产业健康发展和推动水电行业标准化建设具有深远意义。未来，随着相关技术的持续进步和应用场景的不断拓展，本标准也将持续修订完善，始终保持其技术先进性和行业指导价值。参考文献[1]IEC60041:1991,Fieldacceptanceteststodeterminethehyd