楊鋒 王欣然 馮磊華 候孟超 劉庭輝

摘要：為了研發(fā)一套回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性分析和故障診斷系統(tǒng)，以回?zé)峒訜崞鳛檠芯繉ο螅岢鲞x擇變工況下的上端差、下端差、抽汽壓損、鍋爐給水溫度四項相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計計算模型，采用等效焓降法對各個加熱器結(jié)合計算模型進(jìn)行能損分析，得到能損分析公式后，憑借Labview軟件開發(fā)出一套回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性分析及故障診斷系統(tǒng)。將基于玉環(huán)電廠#8機(jī)組設(shè)計得到的整個熱經(jīng)濟(jì)性分析及故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行實例分析，驗證系統(tǒng)的可行性，為回?zé)嵯到y(tǒng)的進(jìn)一步分析提供了研究新思路。

關(guān)鍵詞：回?zé)嵯到y(tǒng);回?zé)峒訜崞?熱經(jīng)濟(jì)性;故障診斷;Labview

為了研究如何提高火電廠的經(jīng)濟(jì)效益[1]、提升機(jī)組效率、降低煤耗，同時為了方便而高效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，增強(qiáng)操作人員的安全性，有必要對故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。故障診斷技術(shù)能有效減少人員的誤操作，對出現(xiàn)故障的部件及設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確定位并及時提醒集控運行人員處理故障，保障了系統(tǒng)的安全可靠運行[2]，將使事故發(fā)生率降低為原先的25%左右，維修費用將降為原來的50%～75%?[3?]。

崔光明[4]通過加裝回?zé)崞啓C(jī)為高溫超超臨界二次再熱機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)實現(xiàn)了電廠熱經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化，對比利用其他方法建立起來的計算模型，熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性、汽輪機(jī)效率都有略微提高，煤耗有所降低;閆順林[5]將能效分析模型與各加熱器的汽水分布矩陣方程結(jié)合，計算不同工況下各個加熱器效率變化的強(qiáng)度系數(shù)與常規(guī)算法所得一致，驗證了其所述方法的有效性;Luyao?Zhou[6]等人通過熱經(jīng)濟(jì)性分析，提出將八級回?zé)崽鎿Q為十級回?zé)峒訜崞髡羝h(huán)的優(yōu)化工藝，有效提高發(fā)電效率，電費也有所下降;Venkat[7]對核電廠主要系統(tǒng)的性能深入分析，研發(fā)了一款核電廠性能評價診斷專家系統(tǒng);Mostafa[8]結(jié)合模糊推理及專家系統(tǒng)，開發(fā)出智能經(jīng)濟(jì)性分析及故障診斷系統(tǒng);王明秀[9]基于125MW電廠的熱力參數(shù)，開發(fā)了機(jī)組振動實時微機(jī)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng);吳今培[10]基于對多個運行工況參數(shù)的分析，研發(fā)了實時監(jiān)測和故障診斷專家系統(tǒng)。

本文以某1000MW機(jī)組為研究對象，對其回?zé)嵯到y(tǒng)在變工況下的熱經(jīng)濟(jì)性以及運行情況進(jìn)行全面分析，首先對影響回?zé)嵯到y(tǒng)加熱器熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要參數(shù)進(jìn)行一次測量運算，并建立計算數(shù)學(xué)模型，采用等效焓降法在回?zé)峒訜崞鞯湫妥児r運行下進(jìn)行能損分析，通過多家發(fā)電廠的運行數(shù)據(jù)得到計算模型后，結(jié)合專家診斷系統(tǒng)，利用Labview軟件開發(fā)出一套電廠回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性分析及故障診斷系統(tǒng)，最后用某電廠1000MW機(jī)組進(jìn)行實例檢驗，驗證其可行性與性能。

1?系統(tǒng)軟件設(shè)計

在回?zé)嵯到y(tǒng)中各加熱器之間因為設(shè)計需求而相互緊密聯(lián)系，機(jī)組常年處于變工況運行，將使得機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)的各項參數(shù)的變化以及影響因素都變得更加復(fù)雜，為此研究將建立一個較為完備的特征知識庫，對其回?zé)嵯到y(tǒng)的主要參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測與分析，建立實時參數(shù)超標(biāo)預(yù)警系統(tǒng)，做到相應(yīng)參數(shù)的及時調(diào)整，保證機(jī)組安全高效運行。

研究系統(tǒng)是一個外掛于電廠集控數(shù)據(jù)中心用于分析回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性和對其有可能出現(xiàn)故障的部件和設(shè)備進(jìn)行診斷定位的系統(tǒng)，圖1為其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖2為該系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)，其基于Labview軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對回?zé)嵯到y(tǒng)各個加熱器以及相關(guān)聯(lián)的部件進(jìn)行實時的狀態(tài)監(jiān)測、能損分析和故障診斷等功能。

2?系統(tǒng)模塊

本系統(tǒng)能對回?zé)嵯到y(tǒng)各個加熱器以及相關(guān)聯(lián)的部件進(jìn)行實時的狀態(tài)監(jiān)測、能損分析和故障診斷，利用Labview軟件的優(yōu)勢，采用遞進(jìn)模塊化式的開發(fā)思維，設(shè)計有系統(tǒng)登錄模塊、系統(tǒng)配置模塊、狀態(tài)監(jiān)測模塊、各加熱器數(shù)據(jù)處理模塊、故障診斷模塊、熱經(jīng)濟(jì)性分析模塊等。

采用labview數(shù)據(jù)模擬物理通道取代電廠MIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，適用于1000MW電廠的計算與采集，故該系統(tǒng)接入電廠運行參數(shù)數(shù)據(jù)庫，并做相應(yīng)修改即可運用到生產(chǎn)實際中。通過數(shù)據(jù)模擬及采集模塊，經(jīng)過相應(yīng)的程序編輯以及計算，將數(shù)據(jù)通過波形圖可直觀展示。

圖3是對監(jiān)測模塊的一個補(bǔ)充，通過采集模塊所得的溫度、壓力等基本參數(shù)經(jīng)過分流和分類處理，在各類型參數(shù)小模塊中能直接觀測到各種參數(shù)的實時變化與波動，以一號高加的故障診斷模塊為例展示，其他各個加熱器將采取同樣的方式來進(jìn)行故障診斷模塊的生成。

3系統(tǒng)運行實例

本文以浙江華能玉環(huán)電廠1000MW機(jī)組在VWO工況下的運行參數(shù)為例，利用等效焓降公式結(jié)合回?zé)峒訜崞鬟\行參數(shù)設(shè)計值計算公式所推導(dǎo)所得能損分析計算法與原則性熱力計算法就加熱器上下端差的偏離差對熱經(jīng)濟(jì)性的影響情況進(jìn)行對比，驗證本文方法的可行性。來驗證本文所提出的計算模型以及能損分析公式，并將其運行參數(shù)導(dǎo)入開發(fā)的系統(tǒng)中，驗證系統(tǒng)的可行性。

表1、表2為當(dāng)上端差偏離設(shè)計值=15kJ/kg時，熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率變動的原則性熱力系統(tǒng)計算法和本文方法計算結(jié)果的對比圖，對比兩者計算結(jié)果，其相對誤差小于1，滿足本文需要。

表3、表4為當(dāng)下端差偏離設(shè)計值Δγ=8kJ/kg時，熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率變動的原則性熱力系統(tǒng)計算法和本文方法計算結(jié)果的對比圖，對比兩種方法的計算結(jié)果相對誤差小于1，滿足本文。存在再熱抽汽的第三級加熱器的煤耗率出現(xiàn)了巨大波動，當(dāng)各個加熱器的壓損一致時，壓力級越低的加熱器對其經(jīng)濟(jì)性影響越大。

結(jié)論

本文選定回?zé)嵯到y(tǒng)的核心部件回?zé)峒訜崞髯鳛檠芯恐攸c，選擇變工況下相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計值計算以及實例運算得到計算模型，采用等效焓降法對各個加熱器結(jié)合計算模型進(jìn)行能損分析，利用Labview軟件基于玉環(huán)電廠#8機(jī)組的1000MW的VWO工況數(shù)據(jù)設(shè)計參數(shù)研發(fā)出一套回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性分析和故障診斷系統(tǒng)并進(jìn)行了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)試驗，通過實例驗證了系統(tǒng)可行性，大大提高電廠回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性分析以及故障診斷的效率，保障了電廠運行人員的操作安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]??郝宇.新時代中國能源經(jīng)濟(jì)預(yù)測與展望[J].?北京理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2018（2）：8-14.

[2]??江劍明.核電站二回路回?zé)嵯到y(tǒng)仿真建模及智能診斷系統(tǒng)的設(shè)計[D].?上海：上海電力學(xué)院，2018.

[3]??劉亮，李錄平，莫江春，等.某廠125MW機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)分析及故障診斷專家系統(tǒng)[J].?熱能動力工程，2000.

[4]??崔光明，劉繼平.回?zé)崞啓C(jī)用于二次再熱機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性研究[J].?熱力發(fā)電，2017，46（8）：54-58，63.

[5]??閆順林，田東旭，等.加熱器效率擾動對機(jī)組能效影響分析[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2017，59（3）：173-176.

[6]??Luyao?Zhou，et?al.?Parametric?analysis?and?process?optimization?of?steam?cycle?in?double?reheat?ultra-supercritical?power?plants[J].?Applied?Thermal?Engineering，?2016?（99）：652-550.

[7]??Venkat?Venkatabramanian，Raghunathan?R.Kewen?Yin，Surya?N.Kavuri.A?reviewof?Process?fault?detection?and?diagnosis?Part?I：Quantitative?model-based?methods[J].?Computers?and?Chemical?Engineering，2003（27）：293-311.

[8]??Hoseyn?Sayyaadi，Mostafa?Baghsheikhi.?Developing?a?novel?methodology?based?on?the?adaptive?neuro-fuzzy?interference?system?for?the?exergoeconomic?optimization?of?energy?systems[J].?Energy，2018，164.

[9]??王明秀.大型汽輪發(fā)電機(jī)組故障診斷專家系統(tǒng)診斷處理子系統(tǒng)的研究[D].?北京：華北電力大學(xué)，2000.

[10]??吳今培，等.智能故障診斷與專家系統(tǒng)[M].?北京：科學(xué)出版社，1997.

基金項目：湖南省自然科學(xué)基金資助項目（?2018JJ3552）.

作者簡介：楊鋒（1979—??），男，湖北麻城人，碩士，工程師，湖南江河自動化設(shè)備股份有限公司董事兼總經(jīng)理，從事水利工程、氣動機(jī)械工作。

*通訊作者：王欣然（1996—），女，江蘇徐州人，長沙理工大學(xué)碩士在讀生。