Best Practice – Kraftwerksmessung

Eine der größten Herausforderungen bei der Durchführung von Feldmessungen in Kraftwerken ist die Bestimmung des Durchflusses mit hoher Genauigkeit bei gleichzeitig laufendem Betrieb.

Die akustische Durchflussmessung bietet hierfür in vielen Fällen einen optimalen Lösungsweg. Hierfür werden an der Außenwand eines Stahlrohrs Clamp-On-Sensoren angebracht. Der Vorteil – Modifikationen an der Rohrleitung müssen nicht vorgenommen werden und der Anlagenbetrieb wird nicht gestört.

In einem ruhenden Fluid breiten sich die Druckänderungen eines Schallsignals nach allen Richtungen mit der Schallgeschwindigkeit a aus. In bewegten Flüssigkeiten jedoch, ändert sich die Relativgeschwindigkeit des Schalls mit der Fluidgeschwindigkeit. Zeigt die Strömungsrichtung w des Mediums in Ausbreitungsrichtung der Schallwellen, dann überlagern sich deren Geschwindigkeiten zu a + w. Entgegen der Strömungsrichtung ergibt sich die resultierende Geschwindigkeit a - w. Das bedeutet, ein akustisches Signal braucht gegen die Strömung länger als mit der Strömung, um eine definierte Messstrecke zu durchlaufen. Die dabei resultierende Laufzeitdifferenz ist ein Maß für die mittlere Strömungsgeschwindigkeit w_m, aus welcher dann durch die bekannte Fläche A der Durchfluss Q bestimmt werden kann.

Zwischen 1928 und 1930 wurde das Wasserkraftwerk in Rumänien gebaut, um Bukarest mit elektrischer Energie zu versorgen. Das Kraftwerk ist mit vier 2-düsigen Pelton-Turbinen von Voith-Hydro und mit Brown-Boveri-Kraftwerksgeneratoren ausgestattet.

Die Messung der Turbine wurde mit einem Flexim Ultraschall-Durchflussmessgerät mit 4 Sensorpaaren durchgeführt, das das einzige mobile System mit 4 Pfaden auf dem Markt ist und von Flexim speziell für uns gebaut wurde.

Um eine hohe Genauigkeit gewährleisten zu können, wurde zu Beginn der Messung die äußere Oberfläche des Rohres sorgfältig gereinigt und die vier unabhängigen Sensorpaare wurden im Reflexionsmodus installiert. Dieser Modus bietet 8 Wege durch das Wasser und stellt einen guten Kompromiss zwischen hoher Genauigkeit und Signaldämpfung dar.

Der Abfluss Q wurde durch Multiplikation der Querschnittsfläche mit dem Mittelwert der Strömungsgeschwindigkeit jedes Sensorpaares bestimmt, die ihrerseits aus der Laufzeitdifferenz Δt zwischen den beiden Signalen in beide Richtungen berechnet wurde.

Zusätzlich zur Durchflussmenge wurden der Überdruck am Turbineneinlass (bezogen auf den Turbinen-Referenzpegel), die Düsenposition, die Wassertemperatur, die Generatorleistung so wie der Umgebungsdruck, die Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit aufgezeichnet.

Insgesamt wurden 9 verschiedene Betriebspunkte gemessen. Während der Messungen waren die Turbinenbetriebspunkte aufgrund von Schwankungen im Stromnetz teilweise instabil. Infolge des instabilen Stromnetzes justierte die Turbinenregelung die Düsenposition permanent nach. Aus diesem Grund und zur Validierung der Messungen wurden 3 Betriebspunkte erneut eingestellt und ein zweites Mal gemessen.