汽輪機簡化性能試驗中數(shù)據(jù)校正算法的應用

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，并減小隨機誤差，對機組的性能分析、運行優(yōu)化具有重要意義?；诔浞掷萌哂鄿y量數(shù)據(jù)的目的，提出了適用于簡化性能試驗中部分測量數(shù)據(jù)超出試驗允許的偏差區(qū)間時的數(shù)據(jù)校正算法，并以某610 MW汽輪機性能試驗為例進行了實例分析。分析結(jié)果表明，數(shù)據(jù)校正算法可以提高汽輪機簡化性能試驗結(jié)果的準確性，具有較高的實際應用價值。

關鍵詞：汽輪機;簡化性能試驗;數(shù)據(jù)校正算法

0 引言

汽輪機熱力性能試驗對汽輪機的運行優(yōu)化、狀態(tài)監(jiān)測、經(jīng)濟性和安全性評估等方面有著重要作用。因此，提高試驗結(jié)果的準確性是后續(xù)開展各種優(yōu)化工作的基礎。在試驗中，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)隨機誤差以及由測量儀表故障導致的顯著誤差[1]。對單個測量參數(shù)進行多次測量，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系，即空間冗余。應用數(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，并減小隨機誤差。

目前，在全面性性能試驗時[2]，可以利用VDI規(guī)程提出的統(tǒng)計學分析和質(zhì)量、能量平衡結(jié)合的數(shù)據(jù)校正算法[3]。但在簡化性能試驗時，試驗條件可能達不到全面性性能要求，導致部分測量數(shù)據(jù)可能會超出試驗允許的偏差區(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中部分測量數(shù)據(jù)超出試驗允許的偏差區(qū)間時的數(shù)據(jù)校正算法。以某610 MW汽輪機性能試驗為例，在部分測量數(shù)據(jù)超出試驗允許的偏差區(qū)間時，利用本文提出的數(shù)據(jù)校正算法進行計算分析。經(jīng)計算分析表明，本文提出的數(shù)據(jù)校正算法可以減小測量參數(shù)和汽輪機熱耗的不確定度，從而提高簡化性能試驗結(jié)果的準確性。

1 數(shù)據(jù)校正算法的理論分析

1.1? ? 數(shù)據(jù)校正理論

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

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

測量參數(shù)的真實值必然滿足物理、化學等基本定律，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，找出一系列估計值及，滿足約束條件F=0，同時，估計值與測量值x的差值的平方之和達到最小[4]。

1.2? ? 全面性性能試驗的數(shù)據(jù)校正算法

在汽輪機全面性性能試驗中，可以應用統(tǒng)計學分析和質(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，適合應用于工程試驗中。

汽輪機全面性性能試驗的數(shù)據(jù)校正過程如圖1所示。

在對測量參數(shù)的準確性進行判斷時：

1.3? ? 簡化性能試驗的數(shù)據(jù)校正算法

在全面性性能試驗中，可以應用統(tǒng)計學分析和質(zhì)量、能量平衡結(jié)合的數(shù)據(jù)校正算法。但在簡化性能試驗時，試驗條件可能達不到全面性性能要求，導致部分測量數(shù)據(jù)可能會超出試驗允許的偏差區(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中部分測量數(shù)據(jù)超出試驗允許的偏差區(qū)間時的數(shù)據(jù)校正算法。

在簡化試驗中，若某些測量數(shù)據(jù)超出試驗允許的偏差區(qū)間時，應先判斷測量數(shù)據(jù)超出試驗允許的偏差區(qū)間時是否采用此數(shù)據(jù)校正算法。因為試驗熱耗的計算過程中，不需要中壓缸、低壓缸上的相關測量參數(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)進行數(shù)據(jù)校正，從而提高計算汽輪機熱耗的準確性。

此數(shù)據(jù)校正過程主要分為兩步：（1）通過除氧器進口的凝結(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行計算，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行計算，完成對此方程中的相關測量參數(shù)的校正。

汽輪機簡化性能試驗的數(shù)據(jù)校正算法流程如圖2所示。

2 汽輪機簡化性能試驗的數(shù)據(jù)校正算法算例分析

在某610 MW汽輪機4VWO工況簡化性能試驗中，中壓缸、低壓缸或低壓加熱器的測量參數(shù)值超出試驗允許的偏差區(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行計算。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行計算。再次對主蒸汽流量進行校正，并對鍋爐再熱冷段流量、再熱熱段流量進行校正，表1列出了計算鍋爐再熱熱段流量的軟冗余所需測點參數(shù)校正前后的測量值及其不確定度。

通過上述過程，對主蒸汽流量進行了校正，進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、再熱熱段流量進行了校正，相應減少了再熱熱段、冷段流量的不確定度，從而減少汽輪機熱耗率不確定度。經(jīng)計算，使用校正后的流量對汽輪機熱耗率不確定度進行計算[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，相應計算的汽輪機熱耗不確定度也明顯減小，較未校正的測量數(shù)據(jù)計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中部分測量數(shù)據(jù)超出試驗允許的偏差區(qū)間的情況，可以有效降低汽輪機熱耗不確定度，提高簡化試驗結(jié)果的準確性。

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中部分測量數(shù)據(jù)超出試驗允許的偏差區(qū)間時的數(shù)據(jù)校正算法。計算結(jié)果表明，本文提出的數(shù)據(jù)校正算法可以提高汽輪機簡化性能試驗結(jié)果的準確性，有較高的工程實用價值。

[參考文獻]

[1] 費業(yè)泰.誤差理論與數(shù)據(jù)處理[M].6版.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2] 劉凱.汽輪機試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3] Uncertainties of Measurement during Acceptance Tests on Energy-conversion and Power Plants：VDI 2048—2000[S].

[4] 王秀萍，榮岡，王樹青.先進控制技術及應用第二講 過程數(shù)據(jù)校正技術[J].化工自動化及儀表，1999，26（3）：64-69.

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

[6] Performance Test Code 6 on Steam Turbines：ASME PTC6—1996[S].

[7] 王學軍.汽輪機熱力性能試驗中不確定度的計算[J].熱力發(fā)電，2001，30（4）：30-35.

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。