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一种基于软测量技术的汽轮机热耗率在线监测方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于软测量技术的汽轮机热耗率在线监测的方法。该方法通过建立的汽轮机回热系统的专家性能知识库和性能预测模型，校验汽轮机回热系统运行现场测点传感器采集的数据，预测汽轮机运行现场未采集的参数数据，以利用汽轮机输出功率计算主蒸汽流量，完成汽轮机回热系统热耗率的在线监测，从而获得准确、可靠的发电机组热耗率在线监测结果。本发明方法避免了传统的凝结水流量测量，采用汽轮机输出功率软测量的方法，获得热耗率的在线监测，同时具有对现场实测数据的校验和预测功能。
【专利说明】一种基于软测量技术的汽轮机热耗率在线监测方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于汽轮机监测技术，涉及一种汽轮机热耗率在线监测方法，特别是一种 基于软测量技术的汽轮机热耗率在线监测方法。本发明可应用于具有汽轮机回热系统的火 力发电厂或核电厂热耗率的在线监测以及汽轮机回热系统热力性能的预测和分析。

【背景技术】
[0002] 目前，大多数火力发电厂的 SIS 系统（Supervisory Information System in plant level，厂级监控信息系统）中，已经集成了热耗率在线监测。这种热耗率监测方法基于流 量测量，即通过安装在除氧器给水进口处的ASME(美国机械工程师协会（American Society of Mechanical Engineers))标准孔板，测量主凝结水流量，再根据高压加热器的运行工况 推算出主蒸汽流量，这种热耗率在线监测方法的测量精度与主凝结水流量的测量精度高度 相关。
[0003] 在实际使用时发现，SIS系统所监测的热耗率波动较大，准确性较低。是因为ASME 标准孔板流量计的流量计算公式中除流量计压差为实际测量取值外，其他各参数一般通过 实验标定。式（1)为其流量计算公式。
[0004] Μ = δεΑ^ΙρΜ3 (1)
[0005] 式中，Μ为流量，α为流量系数，ε为流体的膨胀系数，Α为通流面积，Ρ为流体 密度，Λ Ρ为流量计压差。
[0006] 但机组的实际运行状况经常偏离标定工况，尤其当机组出力变化，即机组变负荷 时，实际工况会与实验标定工况偏离得更远。这种实际工况与实验标定工况的偏差是造成 现场流量测量不准确的主要原因之一。此外，流量孔板随着机组运行，容易发生弯曲变形， 入口边缘磨损或受腐蚀发生缺口，会进一步加剧流量测量值与真实值的偏差。
[0007] 也有学者提出由冷端的循环水温升和循环水流量作为热耗率测量的输入条件以 代替凝结水流量的测量，但在实际应用的过程中发现，采用超声波方法测量的循环水流量 准确度较低，因此应用受到限制。


【发明内容】

[0008] 本发明提供了一种基于软测量技术的汽轮机热耗率在线监测方法，目的是能够较 好地克服现有基于流量测量的热耗率监测方法的缺陷和不足。
[0009] 本发明提供的一种汽轮机热耗率在线监测方法，特征在于：该方法通过建立的汽 轮机回热系统的专家性能知识库和性能预测模型，校验汽轮机回热系统运行现场测点传感 器采集的数据，预测汽轮机运行现场未采集的参数数据，以利用汽轮机输出功率计算主蒸 汽流量，完成汽轮机回热系统热耗率的在线监测。
[0010] 上述的汽轮机热耗率在线监测方法具体包含以下步骤：
[0011] 第1步：从安装在汽轮机回热系统的测量传感器采集数据，数据包括发电机有功 功率，主蒸汽压力、温度，再热蒸汽压力和温度；
[0012] 第2步：将采集数据输入至性能预测模型进行计算，得到各抽气口的压力、流量、 温度，各加热器的给水进出口温度、压力、流量，各给水加热疏水温度、压力、流量，排气焓；
[0013] 第3步：校验各传感器测点的测量结果；
[0014] 第4步：预测未测量点参数数值；
[0015] 第5步：利用汽轮机输出功率计算主蒸汽流量；
[0016] 第6步：在线监测计算汽轮机回热系统的热耗率。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下主要优点：首先，功率测量所采用的电气原件的 工作稳定性能要优于流量测量所采用的机械原件，即测量结果波动性小，因此基于功率的 热耗率监测结果的稳定性优于基于传统的基于流量测量的监测结果；此外，流量测量受工 况、环境等条件影响较大，而功率测量结果受工况、环境影响相对较小，测量结果也更接近 与真实值，因此基于功率的热耗率监测结果的准确性也优于基于传统的基于流量测量的监 测结果；最后，本发明方法中，通过软测量技术，对现场的测量结果进行合理的校验和预测， 可以排除现场测量的错误、失准结果，使本发明监测的热耗率结果具有一定的抗扰动和容 韦昔會。
[0018] 总之，本发明方法具有稳定、准确、容错的特点，可以克服传统基于流量测量的热 耗率监测方法的技术缺陷，为汽轮机回热系统的在线监测提供准确、稳定的热耗率监测结 果。

【专利附图】

【附图说明】
[0019] 图1是本发明的热耗率监测方法流程示意图；
[0020] 图2是某发电厂原则性热力系统示意图；
[0021] 图3是某发电厂7号高压加热器的抽气管道的压力损失图；
[0022] 图4是某发电厂热耗率实时监测结果对比图；
[0023] 图5是各热耗率监测方法修正后对比图。

【具体实施方式】
[0024] 鉴于目前所采用的流量监测的热耗率监测方法存在的缺陷和问题，本发明通过对 回热系统的机理分析，以及对各个热工仪表的测量精度和测量稳定性的研究，发现功率测 点传感器的测量精度较高且不受负荷与外部条件变动的影响。基于这样的分析，本发明提 出一种基于功率测点软测量的汽轮机热耗率在线监测方法。该方法可以克服基于流量测量 的热耗率监测方法的技术缺陷，为汽轮机回热系统的在线监测提供准确、稳定的热耗率监 测结果。
[0025] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于 这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述 的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0026] 如图1所示，本发明方法的具体实现过程如下：
[0027] 在首次对汽轮机回热系统进行监测前，需要建立热力性能专家知识库和性能预测 模型。
[0028] 热力性能专家知识库包括：该汽轮机回热系统的设计参数，该汽轮机回热系统原 则性热力系统图，该汽轮机回热系统的历史运行数据，该汽轮机回热系统的热力性能试验 结论，以及压力级进出口压力压比h、抽气管道压损β」、加热器上端差Θ」、加热器下端差 ω』、汽轮机抽汽级相对内效率η」和低压缸缸效率lUp的系数函数表达式，本申请中，角标 j均表示该参数所对应的汽轮机抽气级。
[0029] 专家知识库中涉及到压力级进出口压力压比ε」，抽气管道压损β」，加热器上端 差Θ」，加热器下端差ω」，汽轮机抽汽级相对内效率η」，低压缸缸效率^^这6个参数的 系数函数表达式。
[0030] 其中压力级进出口压力压比ε」是指相邻两个抽气口抽气压力的比值，如主蒸汽 压力与高压缸第一级抽气压力的比值为ε i，高压缸第一级抽气压力与高压缸排气压力的 比值为ε2，再热蒸汽进口压力与中压缸第一级抽气压力的比值为值为ε 3，以此类推。
[0031] 抽气管道压损β j是指各级抽气相比进入对应加热器时的压力损失百分比。
[0032] 加热器上端差Θ」是指该加热器进气压力对应饱和温度与给水出口温度之间的差 值。
[0033] 加热器下端差ω」是指该加热器给水进口温度与疏水出口温度之间的差值。
[0034] 汽轮机抽汽级相对内效率η」该汽轮机抽汽级入口蒸汽焓值减去出口蒸汽焓值与 理想焓降的比值，理想焓降是指抽气进口焓与理想出口焓值之间的差，理想出口焓是指出 口压力和进口熵所对应的焓值。
[0035] 低压缸缸效率lUp是指低压缸缸入口蒸汽焓值减去排气焓后与理想焓降的比值。 [0036] 计算上述系数函数表达式时，一般可选择线性方程X = Α ·Ρθ+Β的形式，根据热力 性能试验的结果或该汽轮机回热系统的历史运行数据，利用最小二乘法进行拟合。式中X 为上述参数，Pe为汽轮机输出功率，Α、Β分别为拟合系数。拟合形式不限于该一次方程，也 可为二次方程或其他形式，拟合方法也不限于最小二乘法。
[0037] 原则上，以热力性能试验的测量结果作为拟合系数方程的主要依据，并辅以历史 运行的相关数据，如热力试验时没有观测相关参数，且现场没有安装对应测点时，可以根据 热力性能原则图的相关数据进行拟合。
[0038] 性能预测模型主要用于计算各抽气口抽气压力、温度，各加热器进气压力，各加热 器上、下端差，以及汽轮机排气焓，模型主要由以下方程构成 ：
[0039] 抽气口抽气压力按公式（2)计算：
[0040]

【权利要求】
1. 一种汽轮机热耗率在线监测方法，特征在于：该方法通过建立的汽轮机回热系统的 专家性能知识库和性能预测模型，校验汽轮机回热系统运行现场测点传感器采集的数据， 预测汽轮机运行现场未采集的参数数据，以利用汽轮机输出功率计算主蒸汽流量，完成汽 轮机回热系统热耗率的在线监测。
2. 如权利要求1所述的汽轮机热耗率在线监测方法，其特征在于，该方法包含以下步 骤： 第1步：从安装在汽轮机回热系统的测量传感器采集数据，数据包括发电机有功功率， 主蒸汽压力、温度，再热蒸汽压力和温度； 第2步：将采集数据输入至性能预测模型进行计算，得到各抽气口的压力、流量、温度， 各加热器的给水进出口温度、压力、流量，各给水加热疏水温度、压力、流量，排气焓； 第3步：校验各传感器测点的测量结果； 第4步：预测未测量点参数数值； 第5步：利用汽轮机输出功率计算主蒸汽流量； 第6步：在线监测计算汽轮机回热系统的热耗率。
3. 如权利要求1和2所述的汽轮机热耗率在线监测方法，其特征在于： 所建立的性能预测模型的输入参数为：发电机有功功率，主蒸汽压力，主蒸汽温度，再 热蒸汽压力，再热蒸汽温度；输出参数包括：各抽气口的抽气压力、温度、流量，各加热器进 出口的给水温度、给水压力和给水流量，各给水加热的疏水温度、疏水压力、疏水流量，汽轮 机排气洽。
4. 如权利要求1和2所述的汽轮机热耗率在线监测方法，其特征在于：所建立的性能 预测模型由公式I到公式V构成： 抽气口抽气压力按公式I计算：
式中，P」为该级抽气口抽气压力，Pm为该抽气口上一级的抽气压力，ε」为压力级进出 口压力的压比，角标j表示该参数所对应的汽轮机抽气级； 抽气口抽气温度按公式II和公式III计算
式中，L为对应抽气口抽气温度，h为各抽气口抽气焓；函数f()为水蒸气温度查询函 数，η」为该抽汽级的相对内效率，h' Μ为抽气级的理想出口焓； 加热器进气压力按公式IV计算：
式中，Pin，j为对应加热器的进气压力，β j为对应抽气管道的压力损失； 加热器端差按公式III、公式IV计算
式中，TTDj和DCAj分别为加热器上端差和下端差，Θ j、ω j为上、下端差的系数函数； 汽轮机排气焓按公式V计算：
式中h。为排气j；含，为低压缸进气j；含，h'。为低压缸理想出口焓，lUp为低压缸缸效 率。
5. 如权利要求1和2所述的一种汽轮机热耗率在线监测方法，其特征在于：所述公式I 到公式VII中待定参数取值由热力性能专家知识库中得到，该热力性能专家知识库至少包 括以下数据中的一种：该汽轮机回热系统的设计参数，该汽轮机回热系统原则性热力系统 图，该汽轮机回热系统的历史运行数据，或该汽轮机回热系统的热力性能试验结论。
6. 如权利要求2所述的汽轮机热耗率在线监测方法，其特征在于： 主蒸汽流量％按照公式VIII到公式IX计算：
式中，匕为发电机输出功率，nm为机械传动效率，％为发电机效率，b为主蒸汽焓值， a 为冷再热蒸汽份额，hhril为热再热蒸汽焓，hrah为冷再热蒸汽焓，z对应各轴封漏气处， Dzf，j为各处轴封漏气量，hzf，j为各轴封漏气i：含，η对应各汽轮机抽气级，α」为各抽气口抽气 份额，h为各抽气□抽气洽，α。为排气份额，h。为排汽焓。
【文档编号】G01K17/12GK104048842SQ201410233909
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】李建兰, 王际洲, 翟兆银, 陈刚, 黄树红 申请人:华中科技大学