汽輪機(jī)簡化性能試驗(yàn)中數(shù)據(jù)校正算法的應(yīng)用

謝林貴 宋放放 張文祥 唐麗麗

摘要：數(shù)據(jù)校正算法可以去除測量數(shù)據(jù)中的顯著誤差，并減小隨機(jī)誤差，對機(jī)組的性能分析、運(yùn)行優(yōu)化具有重要意義。基于充分利用冗余測量數(shù)據(jù)的目的，提出了適用于簡化性能試驗(yàn)中部分測量數(shù)據(jù)超出試驗(yàn)允許的偏差區(qū)間時的數(shù)據(jù)校正算法，并以某610 MW汽輪機(jī)性能試驗(yàn)為例進(jìn)行了實(shí)例分析。分析結(jié)果表明，數(shù)據(jù)校正算法可以提高汽輪機(jī)簡化性能試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);簡化性能試驗(yàn);數(shù)據(jù)校正算法

0 引言

汽輪機(jī)熱力性能試驗(yàn)對汽輪機(jī)的運(yùn)行優(yōu)化、狀態(tài)監(jiān)測、經(jīng)濟(jì)性和安全性評估等方面有著重要作用。因此，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性是后續(xù)開展各種優(yōu)化工作的基礎(chǔ)。在試驗(yàn)中，測量參數(shù)會受測量儀表和測量環(huán)境等因素影響，必然會出現(xiàn)隨機(jī)誤差以及由測量儀表故障導(dǎo)致的顯著誤差[1]。對單個測量參數(shù)進(jìn)行多次測量，可以產(chǎn)生數(shù)據(jù)的時間冗余，而不同的測量參數(shù)又同時滿足質(zhì)量守恒和熱量守恒關(guān)系，即空間冗余。應(yīng)用數(shù)據(jù)校正算法，充分利用冗余信息，可以有效去除測量數(shù)據(jù)的顯著誤差，并減小隨機(jī)誤差。

目前，在全面性性能試驗(yàn)時[2]，可以利用VDI規(guī)程提出的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和質(zhì)量、能量平衡結(jié)合的數(shù)據(jù)校正算法[3]。但在簡化性能試驗(yàn)時，試驗(yàn)條件可能達(dá)不到全面性性能要求，導(dǎo)致部分測量數(shù)據(jù)可能會超出試驗(yàn)允許的偏差區(qū)間，從而無法使用此數(shù)據(jù)校正算法。

針對上述情況，本文基于充分利用冗余測量數(shù)據(jù)的目的，提出了適用于簡化性能試驗(yàn)中部分測量數(shù)據(jù)超出試驗(yàn)允許的偏差區(qū)間時的數(shù)據(jù)校正算法。以某610 MW汽輪機(jī)性能試驗(yàn)為例，在部分測量數(shù)據(jù)超出試驗(yàn)允許的偏差區(qū)間時，利用本文提出的數(shù)據(jù)校正算法進(jìn)行計(jì)算分析。經(jīng)計(jì)算分析表明，本文提出的數(shù)據(jù)校正算法可以減小測量參數(shù)和汽輪機(jī)熱耗的不確定度，從而提高簡化性能試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 數(shù)據(jù)校正算法的理論分析

1.1? ? 數(shù)據(jù)校正理論

若假設(shè)對測量參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)測量，則可以對該測量參數(shù)值進(jìn)行定義：

式中，x為測量參數(shù)值;μ為測量參數(shù)真實(shí)值;ε為測量值x對真值μ的誤差。

測量參數(shù)的真實(shí)值必然滿足物理、化學(xué)等基本定律，例如質(zhì)量平衡方程、熱量平衡方程等，即F（x，u）=0，u表示未測量參數(shù)。但是由于測量誤差ε的存在，使平衡方程不成立，即。

數(shù)據(jù)校正算法的原理，找出一系列估計(jì)值及，滿足約束條件F=0，同時，估計(jì)值與測量值x的差值的平方之和達(dá)到最小[4]。

1.2? ? 全面性性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)校正算法

在汽輪機(jī)全面性性能試驗(yàn)中，可以應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和質(zhì)量、能量平衡結(jié)合的數(shù)據(jù)校正算法，此算法考慮的約束方程簡單，適合應(yīng)用于工程試驗(yàn)中。

汽輪機(jī)全面性性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)校正過程如圖1所示。

在對測量參數(shù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷時：

1.3? ? 簡化性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)校正算法

在全面性性能試驗(yàn)中，可以應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和質(zhì)量、能量平衡結(jié)合的數(shù)據(jù)校正算法。但在簡化性能試驗(yàn)時，試驗(yàn)條件可能達(dá)不到全面性性能要求，導(dǎo)致部分測量數(shù)據(jù)可能會超出試驗(yàn)允許的偏差區(qū)間，從而無法使用此數(shù)據(jù)校正算法。

本文基于充分利用冗余測量數(shù)據(jù)的目的，提出了適用于簡化性能試驗(yàn)中部分測量數(shù)據(jù)超出試驗(yàn)允許的偏差區(qū)間時的數(shù)據(jù)校正算法。

在簡化試驗(yàn)中，若某些測量數(shù)據(jù)超出試驗(yàn)允許的偏差區(qū)間時，應(yīng)先判斷測量數(shù)據(jù)超出試驗(yàn)允許的偏差區(qū)間時是否采用此數(shù)據(jù)校正算法。因?yàn)樵囼?yàn)熱耗的計(jì)算過程中，不需要中壓缸、低壓缸上的相關(guān)測量參數(shù)。因此，若中壓缸、低壓缸或低壓加熱器的測量參數(shù)值超出試驗(yàn)允許的偏差區(qū)間，可以利用此數(shù)據(jù)校正算法對其余的測量參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，從而提高計(jì)算汽輪機(jī)熱耗的準(zhǔn)確性。

此數(shù)據(jù)校正過程主要分為兩步：（1）通過除氧器進(jìn)口的凝結(jié)水測量值，經(jīng)過給水系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)到主蒸汽過程，建立流量平衡方程，對主蒸汽流量的軟冗余值進(jìn)行計(jì)算，完成對此方程中的各測量參數(shù)的校正;（2）通過主蒸汽流量至中壓缸聯(lián)合汽閥前過程，建立流量平衡方程，對鍋爐再熱熱段流量的軟冗余值進(jìn)行計(jì)算，完成對此方程中的相關(guān)測量參數(shù)的校正。

汽輪機(jī)簡化性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)校正算法流程如圖2所示。

2 汽輪機(jī)簡化性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)校正算法算例分析

在某610 MW汽輪機(jī)4VWO工況簡化性能試驗(yàn)中，中壓缸、低壓缸或低壓加熱器的測量參數(shù)值超出試驗(yàn)允許的偏差區(qū)間，此時，可以采用本文提出的數(shù)據(jù)校正算法，利用其他的測量數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)校正汽輪機(jī)熱耗率[6]，并降低其不確定度[7]。

第一步，根據(jù)在距除氧器進(jìn)口有一段距離的水平管道上用ASME流量噴嘴測得的主凝結(jié)水流量，經(jīng)過主給水系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)到主蒸汽的過程，建立流量平衡方程，對主蒸汽流量的軟冗余值進(jìn)行計(jì)算。校正前的主蒸汽流量為1 954.881 t/h，其不確定度為0.135%，校正后的主蒸汽流量為1 954.161 t/h，其不確定度為0.073%。

第二步，根據(jù)校正后的主蒸汽流量，通過主蒸汽流量至中壓缸聯(lián)合汽閥前過程，建立流量平衡方程，對鍋爐再熱熱段流量的軟冗余值進(jìn)行計(jì)算。再次對主蒸汽流量進(jìn)行校正，并對鍋爐再熱冷段流量、再熱熱段流量進(jìn)行校正，表1列出了計(jì)算鍋爐再熱熱段流量的軟冗余所需測點(diǎn)參數(shù)校正前后的測量值及其不確定度。

通過上述過程，對主蒸汽流量進(jìn)行了校正，進(jìn)一步減少了主蒸汽流量的不確定度，并對鍋爐再熱冷段流量、再熱熱段流量進(jìn)行了校正，相應(yīng)減少了再熱熱段、冷段流量的不確定度，從而減少汽輪機(jī)熱耗率不確定度。經(jīng)計(jì)算，使用校正后的流量對汽輪機(jī)熱耗率不確定度進(jìn)行計(jì)算[7]，其不確定度降低了0.028%。

通過上述數(shù)據(jù)校正算法對比分析，利用數(shù)據(jù)校正后的測量數(shù)據(jù)計(jì)算得到的主蒸汽流量、鍋爐再熱冷段流量、鍋爐再熱熱段流量的不確定度明顯減小，相應(yīng)計(jì)算的汽輪機(jī)熱耗不確定度也明顯減小，較未校正的測量數(shù)據(jù)計(jì)算得到的熱耗率不確定度有了明顯降低。這說明本文提出的數(shù)據(jù)校正算法，適用于簡化性能試驗(yàn)中部分測量數(shù)據(jù)超出試驗(yàn)允許的偏差區(qū)間的情況，可以有效降低汽輪機(jī)熱耗不確定度，提高簡化試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

本文基于充分利用冗余測量數(shù)據(jù)的目的，提出了適用于簡化性能試驗(yàn)中部分測量數(shù)據(jù)超出試驗(yàn)允許的偏差區(qū)間時的數(shù)據(jù)校正算法。計(jì)算結(jié)果表明，本文提出的數(shù)據(jù)校正算法可以提高汽輪機(jī)簡化性能試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，有較高的工程實(shí)用價(jià)值。

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[5] 陳曉龍，施慶生，鄧曉衛(wèi).概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2002.

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收稿日期：2020-06-08

作者簡介：謝林貴（1986—），男，四川內(nèi)江人，碩士，工程師，主要從事能源系統(tǒng)方面的研究工作。