[發明專利]一種汽輪機甩負荷后轉速飛升的靜態仿真預測方法

有效

• 申請號: 202110636008.7
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113361107B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李冰天;梁卓;邢志剛;杜新江;楊森;楊旭輝;王龍川;夏亞磊;原崢;張許陽
• 申請（專利權）人: 中國大唐集團科學技術研究院有限公司中南電力試驗研究院;大唐三門峽電力有限責任公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 鄭州中鼎萬策專利代理事務所(普通合伙) 41179
• 代理人: 林新園

1.一種汽輪機甩負荷后轉速飛升的靜態仿真預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：油動機時間常數T_ydj、延時時間τ辨識

汽輪機組停機狀態下，在熱工電子間接出以下信號：1號高調門LVDT次級線圈電壓、2號高調門LVDT次級線圈電壓、3號高調門LVDT次級線圈電壓、4號高調門LVDT次級線圈電壓、1號再熱調門LVDT次級線圈電壓、2號再熱調門LCDT次級線圈電壓、手動打閘信號、發電機并網開關動作信號、OPC信號，再將以上信號接入高速數據采集儀，然后將1～4號高調門、1～2號再熱調門開啟至全開，操作發電機并網開關動作，使OPC信號動作，然后OPC信號使各調門全關，測取延時時間和調節閥由全開至全關的動作曲線，從而得到油動機時間常數T_ydj和延時時間τ，具體方法為：

(1)延時時間τ＝OPC信號動作時間-發電機并網開關動作時間；

(2)油動機時間常數T_ydj通過以下傳遞函數獲取：

其中：s為發電機并網開關動作，上述傳遞函數中，輸入是發電機并網開關動作，輸出是油動機開度；

根據調節閥動作曲線，采用以上傳遞函數進行辨識，通過改變T_ydj的值，使仿真曲線與實際測試曲線接近重合，當仿真曲線和實際測試曲線偏差小于1％時，對應的T_ydj即為油動機時間常數；

利用上述方法辨識得到4個高調門的油動機時間常數和2個再熱調閥的油動機時間常數，分別將4個高調門的油動機時間常數取平均值和2個再熱調閥的油動機時間常數取平均值，高調門油動機時間常數平均值用T_gtm表示，再熱調閥油動機時間常數平均值用T_ztm表示；

步驟2：高調門、再熱調閥流量特性辨識

汽輪機機組在75％額定負荷運行，退出汽輪機功率閉環控制，退出一次調頻功能，高調門順序閥運行，在DEH邏輯中，強制高調門動作，依次將1號高調門、2號高調門、3號高調門、4號高調門由0％開度逐漸開啟至100％開度，然后再由100％開度逐漸全關，在DCS系統采集以下相關參數：發電機功率、主蒸汽壓力、調節級壓力、再熱蒸汽壓力、3段抽汽壓力、綜合閥位指令、1號高調門指令、1號高調門開度、2號高調門指令、2號高調門開度、3號高調門指令、3號高調門開度、4號高調門指令、4號高調門開度、1號再熱調門指令、1號再熱調門開度、2號再熱調門指令、2號再熱調門開度，按照下述計算方法，分別得到各高調門以及再熱調門的流量特性：

a、高調門流量特性計算：

式中，G_gtm表示在x閥位處的高調門流量的標幺值，(p₁/p₀)₁、(p₁/p₀)₀、(p₁/p₀)_x分別表示高調門在全開、全關和x開度下的流量，p₁為調節級壓力、p₀為主蒸汽壓力；

b、再熱調門流量特性計算：

式中，G_zrtm表示在x閥位處的再熱調門流量的標幺值，(p_3c/p_zr)₁、(p_3c/p_zr)₀、(p_3c/p_zr)_x分別表示再熱調門在全開、全關和x開度下的流量，p_3c為3段抽汽壓力，p_zr為再熱蒸汽壓力；

步驟3：汽輪機級組做功系數計算

汽輪機機組在100％額定負荷運行，采集以下運行參數：主汽壓力、主汽溫度、1段抽汽壓力、1段抽汽溫度、高壓缸排汽壓力、高壓缸排汽溫度、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度、3段抽汽壓力、3段抽汽溫度、4段抽汽壓力、4段抽汽溫度、中壓缸排汽壓力、中壓缸排汽溫度、低壓缸排汽壓力、低壓缸排汽溫度、發電機功率；

查閱汽輪機組熱平衡圖，得到100％額定負荷以下參數：1段抽汽流量設計值、1段抽汽壓力設計值、2段抽汽流量設計值、2段抽汽壓力設計值、3段抽汽流量設計值、3段抽汽壓力設計值、4段抽汽流量設計值、4段抽汽壓力設計值；

首先利用水蒸汽特性計算公式，根據蒸汽壓力、蒸汽溫度得到以上各參數的蒸汽焓值h，然后采用以下計算方法，計算得到各級組做功系數：

上述公式中：D_zq為主蒸汽流量；D_1cs為1段抽汽流量設計值；D_2cs為2段抽汽流量設計值；D_3cs為3段抽汽流量設計值；D_4cs為4段抽汽流量設計值；h_zq為主蒸汽焓值；h_1c為1段抽汽焓值；h_gp為高排蒸汽焓值；h_zr為再熱蒸汽焓值；h_3c為3段抽汽焓值；h_zp為中壓缸排汽焓值；h_dp為低壓缸排汽焓值；p_1c為1段抽汽壓力；p_1cs為1段抽汽壓力設計值；p_2c為2段抽汽壓力；p_2cs為2段抽汽壓力設計值；p_3c為3段抽汽壓力；p_3cs為3段抽汽壓力設計值；p_4c為4段抽汽壓力；p_4cs為4段抽汽壓力設計值；

步驟4：汽輪發電機轉子時間常數T_a獲取

獲取汽輪機高壓轉子、汽輪機低壓轉子、發電機轉子的轉動慣量數據，然后按照下述公式計算得到汽輪發電機轉子的時間常數：

式中：J₁—高壓轉子轉動慣量；J₂—低壓轉子轉動慣量；J₃—發電機轉子轉動慣量；w₀——汽輪機額定轉速；N₀—汽輪機額定輸出功率；

步驟5：高壓缸前汽室時間常數T_CH、再熱器時間常數T_zr和抽汽回熱加熱器慣性時間常數T_r的獲取

高壓缸前汽室、再熱器、1段抽汽管、2段抽汽管、3段抽汽管、4段抽汽管均可以認為是典型的慣性環節，其傳遞函數由下列公式獲取：

G_1c(s)輸入是1段抽汽逆止閥開度，輸出是1段抽汽壓力；

G_2c(s)輸入是2段抽汽逆止閥開度，輸出是2段抽汽壓力；

G_3c(s)輸入是3段抽汽逆止閥開度，輸出是3段抽汽壓力；

G_4c(s)輸入是4段抽汽逆止閥開度，輸出是發電機功率；

G_CH(s)輸入是高調閥開度，輸出是發電機功率；

G_zr(s)輸入是高調閥開度，輸出是再熱壓力；

在機組運行期間，辨識得到上式中的T_1c、T_2c、T_3c、T_4c、T_zr、T_CH，具體方法為：

(1)汽輪機機組在100％額定負荷運行，DEH閥位控制、單閥開啟方式下，總閥位指令2％階躍擾動，得到發電機功率變化曲線、再熱壓力變化曲線，利用Simulink模型，辨識得到高壓缸前汽室時間常數T_CH和再熱器時間常數T_zr；

(2)機組運行期間，分別關閉1段抽汽逆止閥、2段抽汽逆止閥、3段抽汽逆止閥、4段抽汽逆止閥，1段抽汽壓力、2段抽汽壓力、3段抽汽壓力、4段抽汽壓力的變化曲線，利用Simulink仿真模型，辨識得到各段抽汽回熱加熱器慣性時間常數T_1c、T_2c、T_3c、T_4c；

步驟6：通過傳遞函數得到轉速飛升預測值

通過傳遞函數G(s)得到轉速飛升預測值，傳遞函數G(s)如下：

式中：G(s)為轉速飛升預測值，f₁(s)、f₂(s)為步驟2中高調門、再熱調閥的流量特性公式，s為發電機并網開關動作；K_δ為轉速不等率的倒數；w₀為汽輪機額定轉速。

2.根據權利要求1所述的汽輪機甩負荷后轉速飛升的靜態仿真預測方法，其特征在于，通過改變閥門關閉時間或延時時間τ，得到汽輪機甩負荷后轉速飛升的變化曲線，用于評估設備改造后對調節系統動態特性的影響。