胡海航,韓鵬飛,黎師祺

(1.華電浙江龍游有限公司,浙江 龍游 324400; 2.武漢大學(xué) 動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院,武漢 430072)

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基于OC6000e智能平臺(tái)的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能監(jiān)測(cè)診斷

胡海航1,韓鵬飛2,黎師祺2

(1.華電浙江龍游有限公司,浙江 龍游 324400; 2.武漢大學(xué) 動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院,武漢 430072)

針對(duì)目前中國(guó)在燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能檢測(cè)和診斷研究比較薄弱的問(wèn)題,筆者以華電浙江龍游熱電廠2×200 MW單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為研究對(duì)象,建立了OC6000e聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng),通過(guò)數(shù)據(jù)接口與系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合循環(huán)參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)、相關(guān)性能參數(shù)的計(jì)算、參數(shù)耗差分析和在線診斷的功能。

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組;性能監(jiān)測(cè);系統(tǒng)組態(tài);性能診斷;數(shù)據(jù)交互

目前,聯(lián)合循環(huán)發(fā)電方式以其高效率、低污染的特性已被世界各國(guó)所重視。中國(guó)對(duì)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行的性能檢測(cè)和診斷系統(tǒng)的研究起步較晚,在燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組故障診斷和運(yùn)行優(yōu)化等方面的研究比較薄弱,不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。因此,本文以華電浙江龍游熱電廠2×200 MW單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組(包括2臺(tái)PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)、1臺(tái)LB19型背壓式蒸汽輪機(jī)、1臺(tái)LCZ125型抽凝式汽輪機(jī)以及2臺(tái)雙壓余熱鍋爐)為研究對(duì)象,開發(fā)了OC6000e聯(lián)合循環(huán)性能監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的在線監(jiān)控、參數(shù)耗差分析,能夠通過(guò)耗差分析定量計(jì)算重要參數(shù)不佳對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響,并通過(guò)故障診斷初步定位故障原因,為運(yùn)行人員優(yōu)化運(yùn)行提供指導(dǎo),更好地保障了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1 性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立

1.1 聯(lián)合循環(huán)性能指標(biāo)計(jì)算

機(jī)組性能參數(shù)反映了機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài),通過(guò)機(jī)組性能指標(biāo)的計(jì)算和監(jiān)控并與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行比較,可以判斷設(shè)備運(yùn)行狀況,以及根據(jù)問(wèn)題調(diào)整機(jī)組運(yùn)行參數(shù)或者尋找影響機(jī)組運(yùn)行的原因,本文根據(jù)監(jiān)測(cè)參數(shù),計(jì)算得到了聯(lián)合循環(huán)各部分及總體的性能指標(biāo)。

1) 燃?xì)廨啓C(jī)性能指標(biāo)。燃?xì)廨啓C(jī)是空氣進(jìn)行壓縮、與燃料混合點(diǎn)燃以及燃燒產(chǎn)物膨脹做功的場(chǎng)所,由于其功率占無(wú)補(bǔ)燃聯(lián)合循環(huán)機(jī)組總功率的2/3,因而燃?xì)廨啓C(jī)的熱力性能對(duì)于整個(gè)機(jī)組的影響很大[1]。衡量燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行效果的指標(biāo)主要有燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率、燃?xì)廨啓C(jī)熱耗率、燃?xì)廨啓C(jī)氣耗率。

2) 底循環(huán)性能指標(biāo)。余熱鍋爐與汽輪機(jī)系統(tǒng)組成了聯(lián)合循環(huán)電站的底循環(huán),底循環(huán)對(duì)燃機(jī)排氣所攜帶的熱量利用越充分,則整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行效果越好。在余熱鍋爐和汽輪機(jī)的各個(gè)參數(shù)中,最能直觀體現(xiàn)其運(yùn)行效果的參數(shù)有余熱鍋爐效率、汽輪機(jī)效率和循環(huán)效率。

3) 系統(tǒng)整體性能指標(biāo)。衡量整個(gè)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行效果的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)有聯(lián)合循環(huán)機(jī)組效率、全廠熱耗率、全廠氣耗率和蒸燃功比。

全廠信息監(jiān)控主界面及性能參數(shù)監(jiān)控界面如圖1、圖2所示。

圖1 全廠信息監(jiān)控主界面圖

圖2 性能參數(shù)監(jiān)控界面圖

1.2 機(jī)組耗差分析及目標(biāo)值計(jì)算

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組偏離正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),其氣耗會(huì)相應(yīng)地增加,增加值為氣耗增。用耗差分析理論將整個(gè)機(jī)組的氣耗增表示為與其有關(guān)參數(shù)的函數(shù),當(dāng)其中1個(gè)參數(shù)偏離目標(biāo)值而其余參數(shù)與目標(biāo)值一致時(shí),該參數(shù)造成的標(biāo)準(zhǔn)氣耗增就是整個(gè)機(jī)組的氣耗增,因此某個(gè)參數(shù)對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響就是其偏離目標(biāo)值的氣耗增[2]。通過(guò)對(duì)每個(gè)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)氣耗增的計(jì)算,可以很清晰地看出不同參數(shù)偏離目標(biāo)值時(shí)對(duì)整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的影響,運(yùn)行人員可以通過(guò)不同參數(shù)帶來(lái)的氣耗增情況找出影響機(jī)組運(yùn)行的主要問(wèn)題。

參數(shù)氣耗增的確定與其目標(biāo)值有很大關(guān)系,而聯(lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行受環(huán)境與負(fù)荷影響較大。本文在確定目標(biāo)值時(shí)充分考慮了環(huán)境因素與機(jī)組負(fù)荷,通過(guò)設(shè)計(jì)協(xié)議及權(quán)威軟件的計(jì)算得出了不同負(fù)荷、不同環(huán)境溫度下機(jī)組運(yùn)行的目標(biāo)值,通過(guò)二維曲面插值的方法得到機(jī)組在不同負(fù)荷、不同環(huán)境溫度下參數(shù)目標(biāo)值,確保耗差計(jì)算的精確性。

耗差分析界面是用棒圖的形式顯示分析對(duì)象的目標(biāo)值、實(shí)際值和實(shí)際值偏離目標(biāo)值造成的標(biāo)準(zhǔn)氣耗增的值。為了測(cè)試性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性,本文通過(guò)靜態(tài)歷史數(shù)據(jù)模擬機(jī)組運(yùn)行,觀察監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目標(biāo)值、實(shí)測(cè)值、實(shí)測(cè)值與目標(biāo)值之間的偏差、耗差值,測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)耗差分析界面圖

從圖3可以看出,余熱鍋爐的排氣溫度目標(biāo)值為550.0 ℃,實(shí)際值548.7 ℃,降低1.3 ℃,引起氣耗增0.224 Nm3/kW·h。同理,由其他的耗差分析界面圖可以看出,余熱鍋爐高壓節(jié)點(diǎn)溫差目標(biāo)值為6.4 ℃,實(shí)際值為10 ℃,升高了3.6 ℃,引起氣耗增0.056 Nm3/kW·h;排煙溫度目標(biāo)值為105.2 ℃,實(shí)際值為110.5 ℃,升高了5.3 ℃,引起氣耗增0.843 Nm3/kW·h;除氧器節(jié)點(diǎn)溫差目標(biāo)值為10 ℃,實(shí)際值為13.3 ℃,升高了3.3 ℃,引起氣耗增0.4 Nm3/kW·h;高壓節(jié)點(diǎn)溫差目標(biāo)值為20 ℃,實(shí)際值為24.9 ℃,升高了4.9 ℃,引起氣耗增0.006 Nm3/kW·h。對(duì)比這些參數(shù)可以發(fā)現(xiàn),對(duì)機(jī)組效率影響最大的參數(shù)是排煙溫度,其次是除氧器節(jié)點(diǎn)溫差,據(jù)此,運(yùn)行人員可以實(shí)時(shí)觀測(cè)并采取相應(yīng)措施。

1.3 基于邏輯表格法的故障診斷模塊開發(fā)

針對(duì)傳統(tǒng)故障樹分析診斷系統(tǒng)診斷程序更新困難、時(shí)效性差的缺點(diǎn)[3],該聯(lián)合循環(huán)性能監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)首次采用邏輯表格代替故障樹診斷程序中的診斷流程圖,即邏輯表格每列中存儲(chǔ)故障原因?qū)?yīng)參數(shù)的存儲(chǔ)地址、參數(shù)目標(biāo)值存儲(chǔ)地址、參數(shù)允許偏差、偏差計(jì)算公式系數(shù)以及診斷結(jié)果。在故障診斷時(shí),通過(guò)參數(shù)目標(biāo)值、實(shí)測(cè)值的偏差與偏差計(jì)算公式得到的允許偏差相比較,判斷該參數(shù)對(duì)應(yīng)的設(shè)備是否出現(xiàn)故障,是否需要判斷下一個(gè)目標(biāo)參數(shù)列。

邏輯表格采用Excel工作表的形式實(shí)現(xiàn),每個(gè)故障診斷的對(duì)象都對(duì)應(yīng)1個(gè)邏輯表格,運(yùn)行人員在實(shí)際運(yùn)用中可以方便地修改Excel改變?cè)\斷結(jié)果。

為了調(diào)用邏輯表格,采用Visual C++語(yǔ)言編寫了邏輯表格調(diào)用程序。由于故障診斷流程需要的具體參數(shù)的數(shù)據(jù)、判斷條件和診斷結(jié)果都包含在邏輯表格中,邏輯表格的調(diào)用程序有很強(qiáng)的獨(dú)立性和通用性。通過(guò)耗差參數(shù)對(duì)應(yīng)的故障診斷按鈕,調(diào)用故障診斷程序。

同樣,采用靜態(tài)歷史數(shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)故障診斷的可靠性,在用歷史數(shù)據(jù)測(cè)試時(shí)觀察凝汽器背壓,目標(biāo)值為6.4 kPa,實(shí)際值為6.8 kPa,若偏差值超過(guò)正常運(yùn)行范圍,則點(diǎn)擊診斷按鈕,程序會(huì)給出相應(yīng)的診斷結(jié)果,包括凝汽器背壓升高的原因(如U形水封破壞、軸加工作不正常、軸端汽封泄漏等),供運(yùn)行人員檢修前參考。靜態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)試表明系統(tǒng)的故障診斷程序是可靠的,能夠?qū)崿F(xiàn)初步的故障判斷功能。

2 系統(tǒng)組態(tài)搭建與數(shù)據(jù)交互的應(yīng)用

2.1 組態(tài)平臺(tái)

組態(tài)軟件是一個(gè)模塊化建模及運(yùn)行的集成環(huán)境,其以圖形化模塊為基本單位,通過(guò)模塊間輸入輸出的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)中間數(shù)據(jù)的傳遞,以此來(lái)構(gòu)建數(shù)據(jù)交互和系統(tǒng)分析的整個(gè)過(guò)程[4]。

該聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)是依托GE新華控制工程公司的OC6000e組態(tài)平臺(tái),利用該軟件平臺(tái)的自帶數(shù)據(jù)庫(kù)及其系統(tǒng)配置、組態(tài)建模和圖形界面的編輯功能,實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的性能監(jiān)測(cè)和故障診斷。OC6000e軟件是美國(guó)通用集團(tuán)在其既有的分散式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,結(jié)合其在電站控制方面的工程經(jīng)驗(yàn)所研發(fā)的控制系統(tǒng),如圖4所示。

圖4 OC6000e分散式控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

2.2 性能指標(biāo)組態(tài)

對(duì)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組而言,需要計(jì)算的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要包括:

1) 全廠經(jīng)濟(jì)性指標(biāo):聯(lián)合循環(huán)機(jī)組供電氣耗率、聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱效率、聯(lián)合循環(huán)蒸燃功比等。

2) 主機(jī)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo):燃?xì)廨啓C(jī)效率、燃?xì)廨啓C(jī)氣耗率、壓氣機(jī)效率、余熱鍋爐效率、汽輪機(jī)效率等。

根據(jù)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能指標(biāo)的計(jì)算方法,將所需組態(tài)功能模塊按照順序相互連接。當(dāng)組態(tài)軟件運(yùn)行時(shí),輸出模塊便能輸出計(jì)算得到的數(shù)值[8]。以燃?xì)廨啓C(jī)的供電熱耗率為例進(jìn)行分析,組態(tài)模型如圖5所示。

圖5 燃?xì)廨啓C(jī)熱耗率組態(tài)模型圖

2.3 目標(biāo)值與耗差組態(tài)

1) 目標(biāo)值組態(tài)。通過(guò)計(jì)算目標(biāo)值,得到了燃機(jī)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)各參數(shù)在不同溫度、不同負(fù)荷下的目標(biāo)值[9]。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組參數(shù)實(shí)時(shí)目標(biāo)值可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)構(gòu)成二維表格,由溫度值和負(fù)荷率插值得到。在計(jì)算目標(biāo)值的組態(tài)模型中,最核心的模塊是插值模塊,環(huán)境溫度和機(jī)組實(shí)時(shí)負(fù)荷率從插值模塊的兩個(gè)引腳輸入模塊,從輸出引腳可以得到當(dāng)前運(yùn)行工況該參數(shù)的目標(biāo)值。

2) 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的耗差計(jì)算流程與目標(biāo)值計(jì)算類似。首先計(jì)算級(jí)組實(shí)時(shí)負(fù)荷率,同時(shí)取耗差計(jì)算參數(shù)實(shí)測(cè)值與目標(biāo)值的差,將兩個(gè)參數(shù)作為耗差插值模塊引腳,輸入耗差插值模塊,便可求得該數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)氣耗增。

2.4 系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是建立在聯(lián)合循環(huán)電廠SIS系統(tǒng)上的性能監(jiān)控與運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)[10]。軟件服務(wù)器OC6000e系統(tǒng)組態(tài)軟件通過(guò)讀取SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù),在組態(tài)模型中進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性參數(shù)和耗差數(shù)據(jù)計(jì)算,并將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)、輸出,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的監(jiān)督與優(yōu)化指導(dǎo)。性能監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 性能監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.5 系統(tǒng)與故障診斷程序的數(shù)據(jù)交互

故障診斷軟件在讀取邏輯表格內(nèi)容邏輯判斷前,首先要根據(jù)診斷參數(shù)的測(cè)點(diǎn)名與OC6000e系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)通信,獲取對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。由于C++程序無(wú)法直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容,因此需要調(diào)用COM組件提供的各種API函數(shù)后,故障診斷軟件才可以和OC6000e DCS平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,對(duì)OC6000e的DPU進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。

故障診斷程序根據(jù)邏輯表格中相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)名,通過(guò)API函數(shù)庫(kù)中數(shù)據(jù)讀取函數(shù),對(duì)OC6000e DPU進(jìn)行操作,讀取對(duì)應(yīng)參數(shù)實(shí)測(cè)值與目標(biāo)值,并經(jīng)過(guò)診斷程序邏輯判斷,最終給出故障診斷結(jié)果。

3 結(jié) 論

1) 華電浙江龍游熱電廠聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組性能參數(shù)在線計(jì)算、各參數(shù)的目標(biāo)值確定、耗差分析及故障診斷的功能,可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,診斷出故障原因,為運(yùn)行人員優(yōu)化運(yùn)行提供指導(dǎo)。

2) 該電廠聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)主要功能通過(guò)了模擬理論調(diào)試,初步實(shí)現(xiàn)了性能監(jiān)測(cè)與診斷功能,還需要不斷地進(jìn)行調(diào)試與改進(jìn),以滿足機(jī)組實(shí)際運(yùn)行要求。

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(責(zé)任編輯 侯世春)

Performance monitoring diagnosis of combined cycle unitsbased on OC6000e intelligent platform

HU Haihang1, HAN Pengfei2, LI Shiqi2

(1.CHD Zhejiang Longyou Thermal Power Company Limited, Longyou 324400; 2.School of Power and Mechanical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China)

Aiming at the weaknesses in performance detection and diagnosis research of gas-steam combined cycle units in China, this paper established, taking the 2×200 MW single-shaft gas-steam combined cycle unit in CHD Zhejiang Longyou Thermal Power Plant as an example, its performance monitoring system based on OC6000e intelligent platform, and realized online monitoring of combined cycle parameters, calculation of relevant performance parameters, analysis of parameters loss differential and online diagnosis through data exchange between data interface and system.

combined cycle units; performance monitoring; system configuration; performance diagnosis; data exchange

2015-09-25。

胡海航(1977—),工程師,研究方向?yàn)槁?lián)合循環(huán)系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化。

TM611.31

A

2095-6843(2016)02-0185-04