半山項目測試報告

1、. . . . 密 級： 檢索號： 省電力試驗研究院科學技術(shù)文件多套9FA級GTCC最佳運行方式研究項 目 測 試 報 告2008年12月12日多套9FA級GTCC最佳運行方式研究項 目 測 試 報 告編寫：目 錄1、 引言2、 測試依據(jù)3、 系統(tǒng)組成與特點4、 輔助決策系統(tǒng)的原理和模型5、 系統(tǒng)測試6、 結(jié)論摘要：受華電半山發(fā)電委托，對“多套9FA級GTCC最佳運行方式研究”項目研究取得的機組運行和維護“輔助決策系統(tǒng)”進行了測試分析。測試結(jié)果表明該系統(tǒng)硬件系統(tǒng)配置合理，性能滿足運行要求，界面操作靈活方便，數(shù)據(jù)顯示準確；經(jīng)過對維修間隔和在線性能計算結(jié)果與人工計算和性能試驗數(shù)據(jù)比對分析等各項功能

2、的測試分析，結(jié)果可信，符合理論分析和實際運行的情況。華電半山發(fā)電9FA聯(lián)合循環(huán)機組運行和維護“輔助決策系統(tǒng)”已具備了進行運行優(yōu)化分析和維護指導的能力，可以投入運行。關(guān)鍵詞：多套9FA級GTCC最佳運行方式研究 輔助決策系統(tǒng) 測試報告1 引言“多套9FA級GTCC最佳運行方式研究”項目以我國從GE公司引進投產(chǎn)的3臺套9F級燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組（美國通用電氣公司生產(chǎn)的9F級S109FA型燃用天然氣、單軸重型燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組）為研究對象，經(jīng)過多家項目研究單位的共同努力，完成了項目的研發(fā)工作，研制成功“聯(lián)合循環(huán)機組輔助決策系統(tǒng)”。系統(tǒng)歸納了重型燃氣輪機的維修間隔計算方法和模型，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫中的數(shù)

3、據(jù)統(tǒng)計、計算維修間隔；分析研究燃氣輪機、余熱鍋爐和汽輪機的性能計算模型、運用燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱力性能計算和變工況分析等熱工理論，對聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組進行在線性能計算；在機組安全的條件下，綜合考慮各項運行成本，包括燃料消耗、開停機損耗等，得出多套機組間負荷最優(yōu)分配方式，為機組運行提供決策依據(jù)，實現(xiàn)實時的負荷分配和在一個運行周期（一晝夜24小時）運行計劃負荷分配；分析探討壓氣機水洗準則，在對壓氣機實際性能和理論性能的實時計算的基礎(chǔ)上，給出水洗輔助決策建議；在氣量約束條件下，通過對當時運行的所有機組性能的分析計算，分別制定各臺機組的停機計劃，在保證機組安全停機的前提下，以達到發(fā)電量最大的目的，產(chǎn)生最大

4、的經(jīng)濟效益；基于數(shù)據(jù)庫自動生成報表，迅速準確地獲得生產(chǎn)信息，提高自動化水平。我院受華電半山發(fā)電委托，對系統(tǒng)的計算模型、系統(tǒng)的性能和精度進行測試分析。2 測試依據(jù)聯(lián)合循環(huán)機組運行和維護輔助決策系統(tǒng)技術(shù)規(guī)書GB/T15532-1995計算機軟件單元測試中電集團公司管理信息系統(tǒng)建設(shè)管理辦法項目實施與上線驗收實施細則華電半山發(fā)電燃機性能試驗報告3 系統(tǒng)組成與特點3.1 系統(tǒng)組成聯(lián)合循環(huán)機組運行和維護輔助決策系統(tǒng)包含下述六個方面的容：1. 燃氣輪機維修間隔計算?？紤]燃料類型、最大負荷和其他因素對機組設(shè)備運行壽命的影響，計算機組的因素啟動次數(shù)和因素運行時間，并根據(jù)這兩個參數(shù)綜合決定機組的實際維修間隔，從而

5、使設(shè)備在安全的前提下具備最大的可用率。2. 聯(lián)合循環(huán)機組在線性能計算。從數(shù)據(jù)庫中讀取機組的運行數(shù)據(jù)，根據(jù)燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)的基本原理計算機組的效率、熱耗率和氣耗率等關(guān)鍵運行參數(shù)，并使用修正曲線和擬合公式把它們修正到設(shè)計工況，幫組工作人員判斷電廠運行狀況、提高電廠的運行水平。機組間負荷優(yōu)化分配。3. 多套機組間負荷優(yōu)化分配。包括實時的負荷分配和計劃負荷分配兩部分。隨著負荷的改變，機組的各項性能指標都會有顯著變化。在機組安全的條件下，綜合考慮各項運行成本，包括燃料消耗、開停機損耗等，得出機組間負荷最優(yōu)分配方式，為機組運行提供決策依據(jù)。特別是在負荷分配計劃的計算中，還需要通過人工智能算法來解決“組合爆

6、炸”問題。4. 壓氣機水洗優(yōu)化。壓氣機在使用過程中，由于空氣中含有的大量雜質(zhì)，會附著在壓氣機通流部分，導致壓氣機結(jié)垢。壓氣機結(jié)垢直接導致了壓氣機通流能力和壓縮能力的下降，引起機組熱效率降低。壓氣機水洗優(yōu)化輔助決策，通過分析壓氣機水洗標準，在對壓氣機實際性能和理論性能的實時計算的基礎(chǔ)上，給出水洗決策建議。5. 機組停機優(yōu)化。氣量約束條件下的機組停機優(yōu)化可以概括為，假設(shè)剩余天然氣量為一常數(shù)，通過對當時運行的所有機組性能的分析計算，分別制定各臺機組的停機計劃，消耗完剩余天然氣量，在保證機組安全停機的前提下，以達到發(fā)電量最大的目的，產(chǎn)生最大的經(jīng)濟效益。6. 自動報表生成。在電廠的實際運行中，了解機組的

7、運行基本情況乃至于整個電廠的基本情況對于經(jīng)濟合理的運行非常重要，因此，需要有各種各樣的表格以清楚地顯示這些信息。相對來說，這些信息的類別較為穩(wěn)定，而日復一日地匯總這些信息比較麻煩也容易出錯，而基于數(shù)據(jù)庫自動生成報表則能解決這個問題，迅速準確地獲得所要信息。該系統(tǒng)由兩個部分組成，一部分是運行于服務(wù)器端計算程序，負責無需人機交互的后臺計算。另外一部分則是一個B/S程序，用于響應(yīng)計算結(jié)果的顯示、響應(yīng)用戶的輸入和部分系統(tǒng)管理設(shè)置。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖。圖1 輔助決策系統(tǒng)總體架構(gòu)3.2 系統(tǒng)特點輔助決策系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)顯示部分和信息管理部分兩部分。數(shù)據(jù)顯示部分主要負責將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為面向用戶的圖形、曲線和

8、表格等用戶信息。信息管理部分主要負責的信息發(fā)布，用戶權(quán)限管理等。4輔助決策系統(tǒng)的原理和模型4.1 燃氣輪機維修間隔計算維修間隔的長短與聯(lián)合循環(huán)機組的燃料類型、環(huán)境和負荷特點等存在密切的聯(lián)系。聯(lián)合循環(huán)機組的供應(yīng)商和制造廠在以天然氣為燃料，基本負荷運行和沒有注水或者蒸汽等基準條件下先給出了一個最長的維修間隔周期，對于不同于此基準的運行，根據(jù)每次運行的實際情況計算出一個維修系數(shù)，并通過這個維修系數(shù)和理想情況下的維修間隔周期決定因素啟動次數(shù)和因素運行時間，最后根據(jù)這兩個參數(shù)來決定實際的維修周期。4.2 在線性能計算根據(jù)聯(lián)合循環(huán)機組的實際情況和在線性能計算的需要，將聯(lián)合循環(huán)機組與其數(shù)學模型分為三個部分，

9、即燃氣輪機、余熱鍋爐和蒸汽輪機。燃氣輪機又由壓氣機、燃燒室和燃氣透平組成；蒸汽輪機由高壓缸、中壓缸和低壓缸組成。在進行計算的時候?qū)⒎謩e對每一個部分進行建模和計算。余熱鍋爐部分由于設(shè)備比較多，而且在現(xiàn)場又實際測點缺乏等因素的制約，所以對余熱鍋爐只進行整體建模和計算。4.3 機組間負荷優(yōu)化分配。包括實時的負荷分配和計劃負荷分配兩部分。隨著負荷的改變，機組的各項性能指標都會有顯著變化。在機組安全的條件下，綜合考慮各項運行成本，包括燃料消耗、開停機損耗等，得出機組間負荷最優(yōu)分配方式，為機組運行提供決策依據(jù)。特別是在負荷分配計劃的計算中，還需要通過人工智能算法來解決“組合爆炸”問題。4.4 壓氣機水洗優(yōu)

10、化。壓氣機在使用過程中，由于空氣中含有的大量雜質(zhì)，會附著在壓氣機通流部分，導致壓氣機結(jié)垢。壓氣機結(jié)垢直接導致了壓氣機通流能力和壓縮能力的下降，引起機組熱效率降低。壓氣機水洗優(yōu)化輔助決策，通過分析壓氣機水洗標準，在對壓氣機實際性能和理論性能的實時計算的基礎(chǔ)上，給出水洗決策建議。4.5 機組停機優(yōu)化。氣量約束條件下的機組停機優(yōu)化可以概括為，假設(shè)剩余天然氣量為一常數(shù)，通過對當時運行的所有機組性能的分析計算，分別制定各臺機組的停機計劃，消耗完剩余天然氣量，在保證機組安全停機的前提下，以達到發(fā)電量最大的目的，產(chǎn)生最大的經(jīng)濟效益。4.6 自動報表生成。在電廠的實際運行中，了解機組的運行基本情況乃至于整個電

11、廠的基本情況對于經(jīng)濟合理的運行非常重要，因此，需要有各種各樣的表格以清楚地顯示這些信息。相對來說，這些信息的類別較為穩(wěn)定，而日復一日地匯總這些信息比較麻煩也容易出錯，而基于數(shù)據(jù)庫自動生成報表則能解決這個問題，迅速準確地獲得所要信息。5 系統(tǒng)測試5.1 系統(tǒng)硬件測試系統(tǒng)硬件測試的容包括：1）工作環(huán)境測試；2）硬件配置檢查；3）系統(tǒng)的外觀檢查；4）系統(tǒng)性能檢查測試a）CPU負荷測試；b）備用存儲容量；c）存空余空間；測試結(jié)果符合技術(shù)規(guī)書要求。5.2 系統(tǒng)分析、計算結(jié)果測試5.2.1 燃氣輪機維修間隔計算測試通過對輔助決策系統(tǒng)的計算結(jié)果進行分析，以驗證程序和模型相符合。對于維修間隔計算，截取華電半山

12、發(fā)電一臺機組某時間段的啟停記錄，如下表，表中數(shù)據(jù)為計算程序根據(jù)PI數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，程序統(tǒng)計結(jié)果與電廠運行日志記錄符合。表1 某機組啟停記錄列表啟動時間停機時間最大功率是否跳閘跳閘功率2007-01-12 07:012007-01-12 19:28391.929595902007-01-13 07:552007-01-13 17:08393.684387202007-01-14 07:492007-01-14 18:00404.518096902007-01-15 07:482007-01-15 14:33378.61639402007-01-28 07:112007-01-28 0

13、9:0956.12182999156.121832007-01-28 11:352007-01-28 21:40382.164001502007-01-29 08:452007-01-29 19:47406.234710702007-01-30 08:412007-01-30 16:47339.248687702007-01-31 08:462007-01-31 17:04393.875091602007-02-01 06:262007-02-01 17:02396.011413602007-02-02 07:082007-02-02 18:21363.662689202007-02-03 0

14、7:002007-02-03 18:35383.880615202007-02-04 07:242007-02-05 21:53391.090393102007-02-06 08:412007-02-06 14:44311.21060181280.88382007-02-06 16:352007-02-06 21:30352.752685502007-02-07 09:182007-02-07 20:58365.188598602007-02-08 07:582007-02-08 23:01385.902404802007-02-09 07:322007-02-10 05:24393.4173

15、88902007-03-27 09:252007-03-28 20:04368.698089602007-03-30 06:002007-03-30 21:19363.35760502007-03-31 07:132007-03-31 16:22293.4722902007-04-18 06:202007-04-19 18:41384.109497102007-04-20 07:062007-04-21 18:25359.847991902007-04-22 07:262007-04-22 07:49002007-04-22 10:052007-04-23 18:28385.25390630根

16、據(jù)上述結(jié)果統(tǒng)計，考慮各種因素影響的燃燒系統(tǒng)、熱通道和轉(zhuǎn)子的運行時間和啟動次數(shù)如下表。表2 某機組維修間隔計算統(tǒng)計結(jié)果設(shè)備程序計算運行時間程序計算啟動次數(shù)人工計算運行時間人工計算啟動次數(shù)燃燒系統(tǒng)373.127373.127熱通道373.134373.134轉(zhuǎn)子373.130373.130從上表可以看出維修間隔計算結(jié)果與人工計算基本符合，從而證明系統(tǒng)程序的計算結(jié)果是正確的。5.2.2 在線性能計算測試對于在線性能計算，根據(jù)制造廠提供的熱力計算書中的Design Ambient Base Load、Iso Ambient Base Load、Iso Ambient 75%Base Load、Iso

17、Ambient 50% Base Load、Iso Ambient 30% Base Load各工況校核系統(tǒng)的在線性能計算結(jié)果，如下圖。圖2 Design環(huán)境參數(shù)Base Load燃氣輪機性能圖3 Design環(huán)境參數(shù)Base Load余熱鍋爐性能圖4 Design環(huán)境參數(shù)Base Load汽輪機性能圖5 Design環(huán)境參數(shù)Base Load整套燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組性能圖6 Iso環(huán)境參數(shù)Base Load燃氣輪機性能圖7 Iso環(huán)境參數(shù)Base Load余熱鍋爐性能圖8 Iso環(huán)境參數(shù)Base Load汽輪機性能圖9 Iso環(huán)境參數(shù)Base Load整套燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組性能圖10 Is

18、o環(huán)境參數(shù)75%Base Load燃氣輪機性能圖11 Iso環(huán)境參數(shù)75%Base Load余熱鍋爐性能圖12 Iso環(huán)境參數(shù)75%Base Load汽輪機性能圖13 Iso環(huán)境參數(shù)75%Base Load整套燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組性能圖14 Iso環(huán)境參數(shù)50%Base Load燃氣輪機性能圖15 Iso環(huán)境參數(shù)50%Base Load余熱鍋爐性能圖16 Iso環(huán)境參數(shù)50%Base Load汽輪機性能圖17 Iso環(huán)境參數(shù)50%Base Load整套燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組性能圖18 Iso環(huán)境參數(shù)30%Base Load燃氣輪機性能圖19 Iso環(huán)境參數(shù)30%Base Load余熱鍋爐性能圖2

19、0 Iso環(huán)境參數(shù)30%Base Load汽輪機性能圖21 Iso環(huán)境參數(shù)30%Base Load整套燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組性能根據(jù)Design Ambient Base Load、Iso Ambient Base Load、Iso Ambient 75%Base Load、Iso Ambient 50% Base Load、Iso Ambient 30% Base Load、Winter Ambient Base Load、Summer Ambient Base Load各工況的在線性能計算結(jié)果和制造廠提供的熱力計算書數(shù)據(jù)，校核、對比列于下表。 表3在線性能計算結(jié)果和制造廠提供的熱力計算書數(shù)據(jù)

20、對比工況 指標整套燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組功率(kW)整套燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組熱耗率(kJ/kWh)聯(lián)合循環(huán)機組熱效率(%)Design Ambient Base Load熱力計算書數(shù)據(jù)3890606264.757.46在線性能計算結(jié)果3987856268.157.43相對誤差(%)2.500.054-0.052Winter Ambient Base Load熱力計算書數(shù)據(jù)4126906257.457.53在線性能計算結(jié)果4149826251.357.59相對誤差(%)0.555-0.0970.104Summer Ambient Base Load熱力計算書數(shù)據(jù)3556606389.056.35在

21、線性能計算結(jié)果363227.76391.456.33相對誤差(%)2.120.0376-0.0355Iso Ambient Base Load熱力計算書數(shù)據(jù)3945506262.857.48在線性能計算結(jié)果403291.86267.357.44相對誤差(%)2.220.072-0.068Iso Ambient 75%Base Load熱力計算書數(shù)據(jù)2959106581.554.70在線性能計算結(jié)果302418.16579.954.71相對誤差(%)2.20-0.0240.018Iso Ambient 50%Base Load熱力計算書數(shù)據(jù)1972707248.549.67在線性能計算結(jié)果200

22、885.37254.449.63相對誤差(%)1.830.081-0.081Iso Ambient 30%Base Load熱力計算書數(shù)據(jù)1183608651.441.61在線性能計算結(jié)果122865.78636.441.68相對誤差(%)3.80-0.1730.168注: 熱力計算書數(shù)據(jù)中的整套燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組功率已經(jīng)考慮了勵磁功率(從發(fā)電機端的功率中已經(jīng)扣除了勵磁功率)；而在線性能計算結(jié)果中的整套燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組功率為燃氣透平發(fā)出的功率扣除壓氣機消耗的功率再加上汽輪機發(fā)出的功率的和，沒有考慮了勵磁功率(沒有從總功率中扣除勵磁功率)。從上表可以看出在線性能計算結(jié)果與熱力計算書數(shù)據(jù)一致

23、性很好，精度很高，從而證明系統(tǒng)程序的計算結(jié)果是正確的。對于整套燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的性能，也可以采用在線性能計算結(jié)果與機組性能試驗數(shù)據(jù)進行校核。結(jié)果如下表。表4在線性能計算結(jié)果與機組性能試驗數(shù)據(jù)對比表參數(shù)在線性能計算結(jié)果性能試驗數(shù)據(jù)聯(lián)合循環(huán)功率372875.8372875.8功率_大氣溫度修正1.02611.0262功率_大氣壓力修正0.9970.997功率_大氣相對濕度修正0.9999980.99998功率_頻率修正0.99960.9996功率_低位發(fā)熱量修正0.95790.9997功率_排氣壓力修正-4686.09-4687.3功率_燃氣加熱器進口燃料溫度修正8.38.3功率_功率因素修正

24、880.68880.78功率_點火總小時數(shù)修正1.00941.0094修正后聯(lián)合循環(huán)功率（未考慮老化）384867384462修正后聯(lián)合循環(huán)功率（考慮老化）388495388840聯(lián)合循環(huán)熱耗率6342.246352.96熱耗率_大氣溫度修正1.02581.0258熱耗率_大氣壓力修正0.99690.9969熱耗率_大氣相對濕度修正0.9999370.999926熱耗率_頻率修正0.99970.9996熱耗率_低位發(fā)熱量修正0.99930.9998熱耗率_點火總小時數(shù)修正1.00321.0032修正后聯(lián)合循環(huán)熱耗率（未考慮老化）6276.936286.47修正后聯(lián)合循環(huán)熱耗率（考慮老化）625

25、7.016266.51從上表可以看出在線性能計算結(jié)果與性能試驗數(shù)據(jù)基本符合，從而證明系統(tǒng)程序的計算結(jié)果是正確的。此外，為了檢驗聯(lián)合循環(huán)機組在線性能計算模型和程序的正確性，選取輔助決策系統(tǒng)在華電半山發(fā)電試運行期間的部分功率數(shù)據(jù)，功率分布于290MW到390MW之間，如下表。通過對熱力計算得到的燃氣輪機功率和蒸汽輪機功率之和與機組實測功率進行比較，兩者的相對誤差不超過4%，說明模型和程序是可靠的。表5 計算功率與實測功率的比較計算燃氣輪機功率(kW)計算蒸汽輪機功率(kW)計算聯(lián)合循環(huán)機組功率(kW)實測功率(kW)相對誤差（%）182355.9111060.6293416.5299957.22.

26、18211123106840.8317963.8321777.31.18221721.7115567.4337289.13505023.76215686.3125670341356.33479081.88233635.8124610358245.8360229.50.55246535.8127028.3373564.1385711.63.145.2.3多套機組間負荷優(yōu)化分配實時負荷分配：由于燃氣輪機運行與大氣環(huán)境參數(shù)的密切相關(guān)性，實時負荷分配主要考慮當前環(huán)境的情況，如溫度、壓力等，另外還需要考慮目前各機組的開機情況和可用性情況，在多種約束共同作用下找到最佳的運行方式。設(shè)計測試方案為：大氣溫度為

27、17.4度，壓力101.1kpa，1號機組運行小時數(shù)為1000小時，2號機組運行小時數(shù)為5000小時，3號機組運行小時數(shù)為10000小時。當前運行的機組為1號和2號機組，調(diào)度負荷要求為700MW，計算精度為0.1MW。當前機組運行負荷分配見下表：表6當前機組運行負荷分配(負荷單位為MW)機組優(yōu)化分配結(jié)果設(shè)計的幾種通常分配方法的結(jié)果負荷熱效率負荷熱效率負荷熱效率負荷熱效率負荷熱效率1384.90.57633850.5763319.60.56023500.5682352.30.56882315.10.55713150.5571380.40.57343500.5664347.70.565830000

28、000000總體0.56750.56750.56730.56730.5673從上表可以看出：優(yōu)化分配結(jié)果與設(shè)計的幾種通常分配方法的結(jié)果相比，總體的熱效率最高，且與理論分析和實際應(yīng)用相符。負荷日分配計劃：設(shè)計測試方案為：設(shè)計工況下基本負荷為389MW，最低穩(wěn)定運行負荷為100MW，最小運行時間為8.5小時，最小停機時間為8.5小時，升、降負荷速率為20MW/m，啟動耗量為6007.56kg，停機耗量為1501.89kg。進入計算周期時，1、2號機組的初始狀態(tài)都保持開機，3號機組停機，且運行和停機持續(xù)時間約束均為10小時；1號機組總點火小時2000小時，2號機組總點火小時4000小時，3號機組總點

29、火小時6000小時，最大啟停次數(shù)均為3次。大氣環(huán)境參數(shù)為：日最高溫度25，最低溫度10；最高氣壓103.2，最低氣壓101.1。負荷日分配計劃如下表所示： 表7 負荷日分配計劃測試結(jié)果(負荷單位：MW)時間負荷要求1號機組2號機組3號機組0:004:00300300004:1510:15600306.260293.7410:3012:45900306.48299.34294.1813:0017:30600303.50296.50017:4524:0030003000說明：總耗量為1634753.25 kg。計算結(jié)果分析：在0:004:00時間段，由于每臺機組都滿足停機或開機的條件，而經(jīng)過計算，1號機組的性能最為優(yōu)異，選擇1號機組開機，其余機組停機。在4:1510:15時間段，600MW的負荷要求超過了1號機組的最大功率，而此時盡管2號機組性能較3號機組為好，但是其停機時間未到最小停機時間而不滿足開機條件，因此3號機組開。在10:3012:45時間段，2號機組滿足開機條件，3臺機組全開。在17:4524:00時間段，2號機組無法停機，因此選擇2號機組單獨運行，1號機組也關(guān)閉。通過上述分析可得，負荷日分配計劃計算結(jié)果滿足各項約束條件，且符合理論分析和實際運行情況，達到了運行優(yōu)化的目的。5.2.4壓