基于Labview的電廠回熱系統熱經濟性分析及故障診斷研究

楊鋒 王欣然 馮磊華 候孟超 劉庭輝

摘要：為了研發一套回熱系統熱經濟性分析和故障診斷系統，以回熱加熱器為研究對象，提出選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參數進行設計計算模型，采用等效焓降法對各個加熱器結合計算模型進行能損分析，得到能損分析公式后，憑借Labview軟件開發出一套回熱系統熱經濟性分析及故障診斷系統。將基于玉環電廠#8機組設計得到的整個熱經濟性分析及故障診斷系統進行實例分析，驗證系統的可行性，為回熱系統的進一步分析提供了研究新思路。

關鍵詞：回熱系統;回熱加熱器;熱經濟性;故障診斷;Labview

為了研究如何提高火電廠的經濟效益[1]、提升機組效率、降低煤耗，同時為了方便而高效的監測數據，增強操作人員的安全性，有必要對故障診斷系統進行深入研究。故障診斷技術能有效減少人員的誤操作，對出現故障的部件及設備進行準確定位并及時提醒集控運行人員處理故障，保障了系統的安全可靠運行[2]，將使事故發生率降低為原先的25%左右，維修費用將降為原來的50%～75%?[3?]。

崔光明[4]通過加裝回熱汽輪機為高溫超超臨界二次再熱機組回熱系統實現了電廠熱經濟性的優化，對比利用其他方法建立起來的計算模型，熱力系統熱經濟性、汽輪機效率都有略微提高，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合，計算不同工況下各個加熱器效率變化的強度系數與常規算法所得一致，驗證了其所述方法的有效性;Luyao?Zhou[6]等人通過熱經濟性分析，提出將八級回熱替換為十級回熱加熱器蒸汽循環的優化工藝，有效提高發電效率，電費也有所下降;Venkat[7]對核電廠主要系統的性能深入分析，研發了一款核電廠性能評價診斷專家系統;Mostafa[8]結合模糊推理及專家系統，開發出智能經濟性分析及故障診斷系統;王明秀[9]基于125MW電廠的熱力參數，開發了機組振動實時微機監測和故障診斷系統;吳今培[10]基于對多個運行工況參數的分析，研發了實時監測和故障診斷專家系統。

本文以某1000MW機組為研究對象，對其回熱系統在變工況下的熱經濟性以及運行情況進行全面分析，首先對影響回熱系統加熱器熱經濟性指標的主要參數進行一次測量運算，并建立計算數學模型，采用等效焓降法在回熱加熱器典型變工況運行下進行能損分析，通過多家發電廠的運行數據得到計算模型后，結合專家診斷系統，利用Labview軟件開發出一套電廠回熱系統熱經濟性分析及故障診斷系統，最后用某電廠1000MW機組進行實例檢驗，驗證其可行性與性能。

1?系統軟件設計

在回熱系統中各加熱器之間因為設計需求而相互緊密聯系，機組常年處于變工況運行，將使得機組回熱系統的各項參數的變化以及影響因素都變得更加復雜，為此研究將建立一個較為完備的特征知識庫，對其回熱系統的主要參數進行實時監測與分析，建立實時參數超標預警系統，做到相應參數的及時調整，保證機組安全高效運行。

研究系統是一個外掛于電廠集控數據中心用于分析回熱系統熱經濟性和對其有可能出現故障的部件和設備進行診斷定位的系統，圖1為其網絡結構。

圖2為該系統軟件結構，其基于Labview軟件能夠實現對回熱系統各個加熱器以及相關聯的部件進行實時的狀態監測、能損分析和故障診斷等功能。

2?系統模塊

本系統能對回熱系統各個加熱器以及相關聯的部件進行實時的狀態監測、能損分析和故障診斷，利用Labview軟件的優勢，采用遞進模塊化式的開發思維，設計有系統登錄模塊、系統配置模塊、狀態監測模塊、各加熱器數據處理模塊、故障診斷模塊、熱經濟性分析模塊等。

采用labview數據模擬物理通道取代電廠MIS系統數據庫的數據，適用于1000MW電廠的計算與采集，故該系統接入電廠運行參數數據庫，并做相應修改即可運用到生產實際中。通過數據模擬及采集模塊，經過相應的程序編輯以及計算，將數據通過波形圖可直觀展示。

圖3是對監測模塊的一個補充，通過采集模塊所得的溫度、壓力等基本參數經過分流和分類處理，在各類型參數小模塊中能直接觀測到各種參數的實時變化與波動，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行故障診斷模塊的生成。

3系統運行實例

本文以浙江華能玉環電廠1000MW機組在VWO工況下的運行參數為例，利用等效焓降公式結合回熱加熱器運行參數設計值計算公式所推導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濟性的影響情況進行對比，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，并將其運行參數導入開發的系統中，驗證系統的可行性。

表1、表2為當上端差偏離設計值=15kJ/kg時，熱力系統熱經濟性指標發電標準煤耗率變動的原則性熱力系統計算法和本文方法計算結果的對比圖，對比兩者計算結果，其相對誤差小于1，滿足本文需要。

表3、表4為當下端差偏離設計值Δγ=8kJ/kg時，熱經濟性指標發電標準煤耗率變動的原則性熱力系統計算法和本文方法計算結果的對比圖，對比兩種方法的計算結果相對誤差小于1，滿足本文。存在再熱抽汽的第三級加熱器的煤耗率出現了巨大波動，當各個加熱器的壓損一致時，壓力級越低的加熱器對其經濟性影響越大。

結論

本文選定回熱系統的核心部件回熱加熱器作為研究重點，選擇變工況下相關參數進行設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合計算模型進行能損分析，利用Labview軟件基于玉環電廠#8機組的1000MW的VWO工況數據設計參數研發出一套回熱系統熱經濟性分析和故障診斷系統并進行了系統的數據試驗，通過實例驗證了系統可行性，大大提高電廠回熱系統熱經濟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：

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[4]??崔光明，劉繼平.回熱汽輪機用于二次再熱機組熱經濟性研究[J].?熱力發電，2017，46（8）：54-58，63.

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

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[9]??王明秀.大型汽輪發電機組故障診斷專家系統診斷處理子系統的研究[D].?北京：華北電力大學，2000.

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

基金項目：湖南省自然科學基金資助項目（?2018JJ3552）.

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

*通訊作者：王欣然（1996—），女，江蘇徐州人，長沙理工大學碩士在讀生。