一種基于軟測量技術的汽輪機熱耗率在線監測方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于軟測量技術的汽輪機熱耗率在線監測的方法。該方法通過建立的汽輪機回熱系統的專家性能知識庫和性能預測模型，校驗汽輪機回熱系統運行現場測點傳感器采集的數據，預測汽輪機運行現場未采集的參數數據，以利用汽輪機輸出功率計算主蒸汽流量，完成汽輪機回熱系統熱耗率的在線監測，從而獲得準確、可靠的發電機組熱耗率在線監測結果。本發明方法避免了傳統的凝結水流量測量，采用汽輪機輸出功率軟測量的方法，獲得熱耗率的在線監測，同時具有對現場實測數據的校驗和預測功能。
【專利說明】一種基于軟測量技術的汽輪機熱耗率在線監測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于汽輪機監測技術，涉及一種汽輪機熱耗率在線監測方法，特別是一種 基于軟測量技術的汽輪機熱耗率在線監測方法。本發明可應用于具有汽輪機回熱系統的火 力發電廠或核電廠熱耗率的在線監測以及汽輪機回熱系統熱力性能的預測和分析。
【背景技術】
[0002] 目前，大多數火力發電廠的 SIS 系統（Supervisory Information System in plant level，廠級監控信息系統）中，已經集成了熱耗率在線監測。這種熱耗率監測方法基于流 量測量，即通過安裝在除氧器給水進口處的ASME(美國機械工程師協會（American Society of Mechanical Engineers))標準孔板，測量主凝結水流量，再根據高壓加熱器的運行工況 推算出主蒸汽流量，這種熱耗率在線監測方法的測量精度與主凝結水流量的測量精度高度 相關。
[0003] 在實際使用時發現，SIS系統所監測的熱耗率波動較大，準確性較低。是因為ASME 標準孔板流量計的流量計算公式中除流量計壓差為實際測量取值外，其他各參數一般通過 實驗標定。式（1)為其流量計算公式。
[0004] Μ = δεΑ^ΙρΜ3 (1)
[0005] 式中，Μ為流量，α為流量系數，ε為流體的膨脹系數，Α為通流面積，Ρ為流體 密度，Λ Ρ為流量計壓差。
[0006] 但機組的實際運行狀況經常偏離標定工況，尤其當機組出力變化，即機組變負荷 時，實際工況會與實驗標定工況偏離得更遠。這種實際工況與實驗標定工況的偏差是造成 現場流量測量不準確的主要原因之一。此外，流量孔板隨著機組運行，容易發生彎曲變形， 入口邊緣磨損或受腐蝕發生缺口，會進一步加劇流量測量值與真實值的偏差。
[0007] 也有學者提出由冷端的循環水溫升和循環水流量作為熱耗率測量的輸入條件以 代替凝結水流量的測量，但在實際應用的過程中發現，采用超聲波方法測量的循環水流量 準確度較低，因此應用受到限制。
【發明內容】
[0008] 本發明提供了一種基于軟測量技術的汽輪機熱耗率在線監測方法，目的是能夠較 好地克服現有基于流量測量的熱耗率監測方法的缺陷和不足。
[0009] 本發明提供的一種汽輪機熱耗率在線監測方法，特征在于：該方法通過建立的汽 輪機回熱系統的專家性能知識庫和性能預測模型，校驗汽輪機回熱系統運行現場測點傳感 器采集的數據，預測汽輪機運行現場未采集的參數數據，以利用汽輪機輸出功率計算主蒸 汽流量，完成汽輪機回熱系統熱耗率的在線監測。
[0010] 上述的汽輪機熱耗率在線監測方法具體包含以下步驟：
[0011] 第1步：從安裝在汽輪機回熱系統的測量傳感器采集數據，數據包括發電機有功 功率，主蒸汽壓力、溫度，再熱蒸汽壓力和溫度；
[0012] 第2步：將采集數據輸入至性能預測模型進行計算，得到各抽氣口的壓力、流量、 溫度，各加熱器的給水進出口溫度、壓力、流量，各給水加熱疏水溫度、壓力、流量，排氣焓；
[0013] 第3步：校驗各傳感器測點的測量結果；
[0014] 第4步：預測未測量點參數數值；
[0015] 第5步：利用汽輪機輸出功率計算主蒸汽流量；
[0016] 第6步：在線監測計算汽輪機回熱系統的熱耗率。
[0017] 與現有技術相比，本發明具有以下主要優點：首先，功率測量所采用的電氣原件的 工作穩定性能要優于流量測量所采用的機械原件，即測量結果波動性小，因此基于功率的 熱耗率監測結果的穩定性優于基于傳統的基于流量測量的監測結果；此外，流量測量受工 況、環境等條件影響較大，而功率測量結果受工況、環境影響相對較小，測量結果也更接近 與真實值，因此基于功率的熱耗率監測結果的準確性也優于基于傳統的基于流量測量的監 測結果；最后，本發明方法中，通過軟測量技術，對現場的測量結果進行合理的校驗和預測， 可以排除現場測量的錯誤、失準結果，使本發明監測的熱耗率結果具有一定的抗擾動和容 韋昔會。
[0018] 總之，本發明方法具有穩定、準確、容錯的特點，可以克服傳統基于流量測量的熱 耗率監測方法的技術缺陷，為汽輪機回熱系統的在線監測提供準確、穩定的熱耗率監測結 果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明的熱耗率監測方法流程示意圖；
[0020] 圖2是某發電廠原則性熱力系統示意圖；
[0021] 圖3是某發電廠7號高壓加熱器的抽氣管道的壓力損失圖；
[0022] 圖4是某發電廠熱耗率實時監測結果對比圖；
[0023] 圖5是各熱耗率監測方法修正后對比圖。
【具體實施方式】
[0024] 鑒于目前所采用的流量監測的熱耗率監測方法存在的缺陷和問題，本發明通過對 回熱系統的機理分析，以及對各個熱工儀表的測量精度和測量穩定性的研究，發現功率測 點傳感器的測量精度較高且不受負荷與外部條件變動的影響。基于這樣的分析，本發明提 出一種基于功率測點軟測量的汽輪機熱耗率在線監測方法。該方法可以克服基于流量測量 的熱耗率監測方法的技術缺陷，為汽輪機回熱系統的在線監測提供準確、穩定的熱耗率監 測結果。
[0025] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明。在此需要說明的是，對于 這些實施方式的說明用于幫助理解本發明，但并不構成對本發明的限定。此外，下面所描述 的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0026] 如圖1所示，本發明方法的具體實現過程如下：
[0027] 在首次對汽輪機回熱系統進行監測前，需要建立熱力性能專家知識庫和性能預測 模型。
[0028] 熱力性能專家知識庫包括：該汽輪機回熱系統的設計參數，該汽輪機回熱系統原 則性熱力系統圖，該汽輪機回熱系統的歷史運行數據，該汽輪機回熱系統的熱力性能試驗 結論，以及壓力級進出口壓力壓比h、抽氣管道壓損β」、加熱器上端差Θ」、加熱器下端差 ω』、汽輪機抽汽級相對內效率η」和低壓缸缸效率lUp的系數函數表達式，本申請中，角標 j均表示該參數所對應的汽輪機抽氣級。
[0029] 專家知識庫中涉及到壓力級進出口壓力壓比ε」，抽氣管道壓損β」，加熱器上端 差Θ」，加熱器下端差ω」，汽輪機抽汽級相對內效率η」，低壓缸缸效率^^這6個參數的 系數函數表達式。
[0030] 其中壓力級進出口壓力壓比ε」是指相鄰兩個抽氣口抽氣壓力的比值，如主蒸汽 壓力與高壓缸第一級抽氣壓力的比值為ε i，高壓缸第一級抽氣壓力與高壓缸排氣壓力的 比值為ε2，再熱蒸汽進口壓力與中壓缸第一級抽氣壓力的比值為值為ε 3，以此類推。
[0031] 抽氣管道壓損β j是指各級抽氣相比進入對應加熱器時的壓力損失百分比。
[0032] 加熱器上端差Θ」是指該加熱器進氣壓力對應飽和溫度與給水出口溫度之間的差 值。
[0033] 加熱器下端差ω」是指該加熱器給水進口溫度與疏水出口溫度之間的差值。
[0034] 汽輪機抽汽級相對內效率η」該汽輪機抽汽級入口蒸汽焓值減去出口蒸汽焓值與 理想焓降的比值，理想焓降是指抽氣進口焓與理想出口焓值之間的差，理想出口焓是指出 口壓力和進口熵所對應的焓值。
[0035] 低壓缸缸效率lUp是指低壓缸缸入口蒸汽焓值減去排氣焓后與理想焓降的比值。 [0036] 計算上述系數函數表達式時，一般可選擇線性方程X = Α ·Ρθ+Β的形式，根據熱力 性能試驗的結果或該汽輪機回熱系統的歷史運行數據，利用最小二乘法進行擬合。式中X 為上述參數，Pe為汽輪機輸出功率，Α、Β分別為擬合系數。擬合形式不限于該一次方程，也 可為二次方程或其他形式，擬合方法也不限于最小二乘法。
[0037] 原則上，以熱力性能試驗的測量結果作為擬合系數方程的主要依據，并輔以歷史 運行的相關數據，如熱力試驗時沒有觀測相關參數，且現場沒有安裝對應測點時，可以根據 熱力性能原則圖的相關數據進行擬合。
[0038] 性能預測模型主要用于計算各抽氣口抽氣壓力、溫度，各加熱器進氣壓力，各加熱 器上、下端差，以及汽輪機排氣焓，模型主要由以下方程構成 ：
[0039] 抽氣口抽氣壓力按公式（2)計算：
[0040]
【權利要求】
1. 一種汽輪機熱耗率在線監測方法，特征在于：該方法通過建立的汽輪機回熱系統的 專家性能知識庫和性能預測模型，校驗汽輪機回熱系統運行現場測點傳感器采集的數據， 預測汽輪機運行現場未采集的參數數據，以利用汽輪機輸出功率計算主蒸汽流量，完成汽 輪機回熱系統熱耗率的在線監測。
2. 如權利要求1所述的汽輪機熱耗率在線監測方法，其特征在于，該方法包含以下步 驟： 第1步：從安裝在汽輪機回熱系統的測量傳感器采集數據，數據包括發電機有功功率， 主蒸汽壓力、溫度，再熱蒸汽壓力和溫度； 第2步：將采集數據輸入至性能預測模型進行計算，得到各抽氣口的壓力、流量、溫度， 各加熱器的給水進出口溫度、壓力、流量，各給水加熱疏水溫度、壓力、流量，排氣焓； 第3步：校驗各傳感器測點的測量結果； 第4步：預測未測量點參數數值； 第5步：利用汽輪機輸出功率計算主蒸汽流量； 第6步：在線監測計算汽輪機回熱系統的熱耗率。
3. 如權利要求1和2所述的汽輪機熱耗率在線監測方法，其特征在于： 所建立的性能預測模型的輸入參數為：發電機有功功率，主蒸汽壓力，主蒸汽溫度，再 熱蒸汽壓力，再熱蒸汽溫度；輸出參數包括：各抽氣口的抽氣壓力、溫度、流量，各加熱器進 出口的給水溫度、給水壓力和給水流量，各給水加熱的疏水溫度、疏水壓力、疏水流量，汽輪 機排氣洽。
4. 如權利要求1和2所述的汽輪機熱耗率在線監測方法，其特征在于：所建立的性能 預測模型由公式I到公式V構成： 抽氣口抽氣壓力按公式I計算：
式中，P」為該級抽氣口抽氣壓力，Pm為該抽氣口上一級的抽氣壓力，ε」為壓力級進出 口壓力的壓比，角標j表示該參數所對應的汽輪機抽氣級； 抽氣口抽氣溫度按公式II和公式III計算
式中，L為對應抽氣口抽氣溫度，h為各抽氣口抽氣焓；函數f()為水蒸氣溫度查詢函 數，η」為該抽汽級的相對內效率，h' Μ為抽氣級的理想出口焓； 加熱器進氣壓力按公式IV計算：
式中，Pin，j為對應加熱器的進氣壓力，β j為對應抽氣管道的壓力損失； 加熱器端差按公式III、公式IV計算
式中，TTDj和DCAj分別為加熱器上端差和下端差，Θ j、ω j為上、下端差的系數函數； 汽輪機排氣焓按公式V計算：
式中h。為排氣j；含，為低壓缸進氣j；含，h'。為低壓缸理想出口焓，lUp為低壓缸缸效 率。
5. 如權利要求1和2所述的一種汽輪機熱耗率在線監測方法，其特征在于：所述公式I 到公式VII中待定參數取值由熱力性能專家知識庫中得到，該熱力性能專家知識庫至少包 括以下數據中的一種：該汽輪機回熱系統的設計參數，該汽輪機回熱系統原則性熱力系統 圖，該汽輪機回熱系統的歷史運行數據，或該汽輪機回熱系統的熱力性能試驗結論。
6. 如權利要求2所述的汽輪機熱耗率在線監測方法，其特征在于： 主蒸汽流量％按照公式VIII到公式IX計算：
式中，匕為發電機輸出功率，nm為機械傳動效率，％為發電機效率，b為主蒸汽焓值， a 為冷再熱蒸汽份額，hhril為熱再熱蒸汽焓，hrah為冷再熱蒸汽焓，z對應各軸封漏氣處， Dzf，j為各處軸封漏氣量，hzf，j為各軸封漏氣i：含，η對應各汽輪機抽氣級，α」為各抽氣口抽氣 份額，h為各抽氣□抽氣洽，α。為排氣份額，h。為排汽焓。
【文檔編號】G01K17/12GK104048842SQ201410233909
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】李建蘭, 王際洲, 翟兆銀, 陳剛, 黃樹紅 申請人:華中科技大學
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