300MW汽轮机组热端部件在线寿命管理及虚拟传感器系统研究

摘要

近年来上海电网用电最高负荷呈持续增长的趋势，而最低负荷增长十分缓慢，用电峰谷差逐年加大，电网负荷的这一特征要求发电机组能快速启停，提高变负荷速率，增强调峰能力。随着电力行业的逐步市场化，调峰能力的高低将直接影响发电企业的市场竞争力。汽轮机组在快速启停及快速变负荷过程中机组的汽缸、转子等主要部件受到交变温度场、应力场的作用，容易产生疲劳寿命损耗，严重时甚至会出现裂纹现象。为了保证汽轮机快速启停和变负荷运行时，机组的寿命损耗不超过其预分配值，实现安全经济运行，发挥最佳的经济效益，对机组的主要部件进行在线应力、寿命监测很有必要，尤其对300MW以上的主力机组更为重要。 应力及寿命计算过程中使用的参数都是通过传感器采集的，其测点大多工作在高温、高压和振动的恶劣环境下，因此传感器损坏率较高。而一个重要参数测点的损坏将导致整个寿命在线监测系统不能正常工作，应力及寿命计算将出现空白点，因此有必要通过建立传感器仿真系统对一些重要热力参数进行在线的训练和仿真，建立起虚拟传感器系统，该虚拟传感器系统可以向寿命管理等在线监测系统提供稳定的、可靠的参数，当某个传感器出现故障时，用虚拟传感器提供正确值，以保证监测、管理等在线系统的正常工作。 本文的主要研究工作如下： （1）结合“外高桥发电厂＃2 机组寿命管理系统”的项目，给出汽缸三维模型及转子二维离线模型，确定其边界条件，通过计算确定危险断面位置，得出应力集中系数，修正在线计算模型，通过与西屋公司计算程序的对比检验在线计算模型的计算精度； （2）建立基于数据库及WEB 技术的在线寿命管理系统并完成电厂现场安装调试工作；结合寿命管理系统的实施建立人工干预型虚拟传感器系统； （3）进行热参数仿真的实践研究并将其运用到在线寿命管理系统中进行考核试验。