半山项目测试报告.doc

密 级： 检索号： 浙江省电力试验研究院科学技术文件多套9FA级GTCC最佳运行方式研究项 目 测 试 报 告2008年12月12日多套9FA级GTCC最佳运行方式研究项 目 测 试 报 告编写：审核：批准：目 录1、 引言2、 测试依据3、 系统组成及特点4、 辅助决策系统的原理和模型5、 系统测试6、 结论摘要：受杭州华电半山发电有限公司委托，对“多套9FA级GTCC最佳运行方式研究”项目研究取得的机组运行和维护“辅助决策系统”进行了测试分析。测试结果表明该系统硬件系统配置合理，性能满足运行要求，界面操作灵活方便，数据显示准确；经过对维修间隔和在线性能计算结果与人工计算和性能试验数据比对分析等各项功能的测试分析，结果可信，符合理论分析和实际运行的情况。杭州华电半山发电有限公司9FA联合循环机组运行和维护“辅助决策系统”已具备了进行运行优化分析和维护指导的能力，可以投入运行。关键词：多套9FA级GTCC最佳运行方式研究 辅助决策系统 测试报告1 引言“多套9FA级GTCC最佳运行方式研究”项目以我国从GE公司引进投产的3台套9F级燃气蒸汽联合循环机组（美国通用电气公司生产的9F级S109FA型燃用天然气、单轴重型燃气轮机联合循环机组）为研究对象，经过多家项目研究单位的共同努力，完成了项目的研发工作，研制成功“联合循环机组辅助决策系统”。系统归纳了重型燃气轮机的维修间隔计算方法和模型，根据历史数据库中的数据统计、计算维修间隔；分析研究燃气轮机、余热锅炉和汽轮机的性能计算模型、运用燃气蒸汽联合循环热力性能计算和变工况分析等热工理论，对联合循环发电机组进行在线性能计算；在机组安全的条件下，综合考虑各项运行成本，包括燃料消耗、开停机损耗等，得出多套机组间负荷最优分配方式，为机组运行提供决策依据，实现实时的负荷分配和在一个运行周期（一昼夜24小时）内运行计划负荷分配；分析探讨压气机水洗准则，在对压气机实际性能和理论性能的实时计算的基础上，给出水洗辅助决策建议；在气量约束条件下，通过对当时运行的所有机组性能的分析计算，分别制定各台机组的停机计划，在保证机组安全停机的前提下，以达到发电量最大的目的，产生最大的经济效益；基于数据库自动生成报表，迅速准确地获得生产信息，提高自动化水平。我院受华电半山发电有限公司委托，对系统的计算模型、系统的性能和精度进行测试分析。2 测试依据联合循环机组运行和维护辅助决策系统技术规范书GB/T15532-1995计算机软件单元测试中国华电集团公司管理信息系统建设管理办法项目实施与上线验收实施细则杭州华电半山发电有限公司燃机性能试验报告3 系统组成及特点3.1 系统组成联合循环机组运行和维护辅助决策系统包含下述六个方面的内容：1. 燃气轮机维修间隔计算。考虑燃料类型、最大负荷和其他因素对机组设备运行寿命的影响，计算机组的因素启动次数和因素运行时间，并根据这两个参数综合决定机组的实际维修间隔，从而使设备在安全的前提下具备最大的可用率。2. 联合循环机组在线性能计算。从数据库中读取机组的运行数据，根据燃气蒸汽联合循环的基本原理计算机组的效率、热耗率和气耗率等关键运行参数，并使用修正曲线和拟合公式把它们修正到设计工况，帮组工作人员判断电厂运行状况、提高电厂的运行水平。机组间负荷优化分配。3. 多套机组间负荷优化分配。包括实时的负荷分配和计划负荷分配两部分。随着负荷的改变，机组的各项性能指标都会有显著变化。在机组安全的条件下，综合考虑各项运行成本，包括燃料消耗、开停机损耗等，得出机组间负荷最优分配方式，为机组运行提供决策依据。特别是在负荷分配计划的计算中，还需要通过人工智能算法来解决“组合爆炸”问题。4. 压气机水洗优化。压气机在使用过程中，由于空气中含有的大量杂质，会附着在压气机通流部分，导致压气机结垢。压气机结垢直接导致了压气机通流能力和压缩能力的下降，引起机组热效率降低。压气机水洗优化辅助决策，通过分析压气机水洗标准，在对压气机实际性能和理论性能的实时计算的基础上，给出水洗决策建议。5. 机组停机优化。气量约束条件下的机组停机优化可以概括为，假设剩余天然气量为一常数，通过对当时运行的所有机组性能的分析计算，分别制定各台机组的停机计划，消耗完剩余天然气量，在保证机组安全停机的前提下，以达到发电量最大的目的，产生最大的经济效益。6. 自动报表生成。在电厂的实际运行中，了解机组的运行基本情况乃至于整个电厂的基本情况对于经济合理的运行非常重要，因此，需要有各种各样的表格以清楚地显示这些信息。相对来说，这些信息的类别较为稳定，而日复一日地汇总这些信息比较麻烦也容易出错，而基于数据库自动生成报表则能解决这个问题，迅速准确地获得所要信息。该系统由两个部分组成，一部分是运行于服务器端计算程序，负责无需人机交互的后台计算。另外一部分则是一个B/S程序，用于响应计算结果的显示、响应用户的输入和部分系统管理设置。整个系统的结构如图。图1 辅助决策系统总体架构3.2 系统特点辅助决策系统分为数据显示部分和信息管理部分两部分。数据显示部分主要负责将数据库中的数据转为面向用户的图形、曲线和表格等用户信息。信息管理部分主要负责网站的信息发布，用户权限管理等。4辅助决策系统的原理和模型4.1 燃气轮机维修间隔计算维修间隔的长短与联合循环机组的燃料类型、环境和负荷特点等存在密切的联系。联合循环机组的供应商和制造厂在以天然气为燃料，基本负荷运行和没有注水或者蒸汽等基准条件下先给出了一个最长的维修间隔周期，对于不同于此基准的运行，根据每次运行的实际情况计算出一个维修系数，并通过这个维修系数和理想情况下的维修间隔周期决定因素启动次数和因素运行时间，最后根据这两个参数来决定实际的维修周期。4.2 在线性能计算根据联合循环机组的实际情况和在线性能计算的需要，将联合循环机组及其数学模型分为三个部分，即燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机。燃气轮机又由压气机、燃烧室和燃气透平组成；蒸汽轮机由高压缸、中压缸和低压缸组成。在进行计算的时候将分别对每一个部分进行建模和计算。余热锅炉部分由于设备比较多，而且在现场又实际测点缺乏等因素的制约，所以对余热锅炉只进行整体建模和计算。4.3 机组间负荷优化分配。包括实时的负荷分配和计划负荷分配两部分。随着负荷的改变，机组的各项性能指标都会有显著变化。在机组安全的条件下，综合考虑各项运行成本，包括燃料消耗、开停机损耗等，得出机组间负荷最优分配方式，为机组运行提供决策依据。特别是在负荷分配计划的计算中，还需要通过人工智能算法来解决“组合爆炸”问题。4.4 压气机水洗优化。压气机在使用过程中，由于空气中含有的大量杂质，会附着在压气机通流部分，导致压气机结垢。压气机结垢直接导致了压气机通流能力和压缩能力的下降，引起机组热效率降低。压气机水洗优化辅助决策，通过分析压气机水洗标准，在对压气机实际性能和理论性能的实时计算的基础上，给出水洗决策建议。4.5 机组停机优化。气量约束条件下的机组停机优化可以概括为，假设剩余天然气量为一常数，通过对当时运行的所有机组性能的分析计算，分别制定各台机组的停机计划，消耗完剩余天然气量，在保证机组安全停机的前提下，以达到发电量最大的目的，产生最大的经济效益。4.6 自动报表生成。在电厂的实际运行中，了解机组的运行基本情况乃至于整个电厂的基本情况对于经济合理的运行非常重要，因此，需要有各种各样的表格以清楚地显示这些信息。相对来说，这些信息的类别较为稳定，而日复一日地汇总这些信息比较麻烦也容易出错，而基于数据库自动生成报表则能解决这个问题，迅速准确地获得所要信息。5 系统测试5.1 系统硬件测试系统硬件测试的内容包括：1）工作环境测试；2）硬件配置检查；3）系统的外观检查；4）系统性能检查测试a）CPU负荷测试；b）备用存储容量；c）内存空余空间；测试结果符合技术规范书要求。5.2 系统分析、计算结果测试5.2.1 燃气轮机维修间隔计算测试通过对辅助决策系统的计算结果进行分析，以验证程序和模型相符合。对于维修间隔计算，截取华电半山发电有限公司一台机组某时间段的启停记录，如下表，表中数据为计算程序根据PI数据库中的历史数据进行统计，程序统计结果与电厂运行日志记录符合。表1 某机组启停记录列表启动时间停机时间最大功率是否跳闸跳闸功率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 09:0956.12182999156.121832007-01-28 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 07:002007-02-03 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 05:24393.417388902007-03-27 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根据上述结果统计，考虑各种因素影响的燃烧系统、热通道和转子的运行时间和启动次数如下表。 表2 某机组维修间隔计算统计结果设备程序计算运行时间程序计算启动次数人工计算运行时间人工计算启动次数燃烧系统373.127373.127热通道373.134373.134转子373.130373.130从上表可以看出维修间隔计算结果与人工计算基本符合，从而证明系统程序的计算结果是正确的。5.2.2 在线性能计算测试对于在线性能计算，根据制造厂提供的热力计算书中的Design Ambient Base Load、Iso Ambient Base Load、Iso Ambient 75%Base Load、Iso Ambient 50% Base Load、Iso Ambient 30% Base Load各工况校核系统的在线性能计算结果，如下图。图2 Design环境参数Base Load燃气轮机性能图3 Design环境参数Base Load余热锅炉性能图4 Design环境参数Base Load汽轮机性能图5 Design环境参数Base Load整套燃气蒸汽联合循环机组性能图6 Iso环境参数Base Load燃气轮机性能图7 Iso环境参数Base Load余热锅炉性能图8 Iso环境参数Base Load汽轮机性能图9 Iso环境参数Base Load整套燃气蒸汽联合循环机组性能图10 Iso环境参数75%Base Load燃气轮机性能图11 Iso环境参数75%Base Load余热锅炉性能图12 Iso环境参数75%Base Load汽轮机性能图13 Iso环境参数75%Base Load整套燃气蒸汽联合循环机组性能图14 Iso环境参数50%Base Load燃气轮机性能图15 Iso环境参数50%Base Load余热锅炉性能图16 Iso环境参数50%Base Load汽轮机性能图17 Iso环境参数50%Base Load整套燃气蒸汽联合循环机组性能图18 Iso环境参数30%Base Load燃气轮机性能图19 Iso环境参数30%Base Load余热锅炉性能图20 Iso环境参数30%Base Load汽轮机性能图21 Iso环境参数30%Base Load整套燃气蒸汽联合循环机组性能根据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各工况的在线性能计算结果和制造厂提供的热力计算书数据，校核、对比列于下表。 表3 在线性能计算结果和制造厂提供的热力计算书数据对比工况 指标整套燃气蒸汽联合循环机组功率(kW)整套燃气蒸汽联合循环机组热耗率(kJ/kWh)联合循环机组热效率(%)Design Ambient Base Load热力计算书数据3890606264.757.46在线性能计算结果3987856268.157.43相对误差(%)2.500.054-0.052Winter Ambient Base Load热力计算书数据4126906257.457.53在线性能计算结果4149826251.357.59相对误差(%)0.555-0.0970.104Summer Ambient Base Load热力计算书数据3556606389.056.35在线性能计算结果363227.76391.456.33相对误差(%)2.120.0376-0.0355Iso Ambient Base Load热力计算书数据3945506262.857.48在线性能计算结果403291.86267.357.44相对误差(%)2.220.072-0.068Iso Ambient 75%Base Load热力计算书数据2959106581.554.70在线性能计算结果302418.16579.954.71相对误差(%)2.20-0.0240.018Iso Ambient 50%Base Load热力计算书数据1972707248.549.67在线性能计算结果200885.37254.449.63相对误差(%)1.830.081-0.081Iso Ambient 30%Base Load热力计算书数据1183608651.441.61在线性能计算结果122865.78636.441.68相对误差(%)3.80-0.1730.168注: 热力计算书数据中的整套燃气蒸汽联合循环机组功率已经考虑了励磁功率(从发电机端的功率中已经扣除了励磁功率)；而在线性能计算结果中的整套燃气蒸汽联合循环机组功率为燃气透平发出的功率扣除压气机消耗的功率再加上汽轮机发出的功率的和，没有考虑了励磁功率(没有从总功率中扣除励磁功率)。从上表可以看出在线性能计算结果与热力计算书数据一致性很好，精度很高，从而证明系统程序的计算结果是正确的。对于整套燃气蒸汽联合循环机组的性能，也可以采用在线性能计算结果与机组性能试验数据进行校核。结果如下表。表4在线性能计算结果与机组性能试验数据对比表参数在线性能计算结果性能试验数据联合循环功率372875.8372875.8功率_大气温度修正1.02611.0262功率_大气压力修正0.9970.997功率_大气相对湿度修正0.9999980.99998功率_频率修正0.99960.9996功率_低位发热量修正0.95790.9997功率_排气压力修正-4686.09-4687.3功率_燃气加热器进口燃料温度修正8.38.3功率_功率因素修正880.68880.78功率_点火总小时数修正1.00941.0094修正后联合循环功率（未考虑老化）384867384462修正后联合循环功率（考虑老化）388495388840联合循环热耗率6342.246352.96热耗率_大气温度修正1.02581.0258热耗率_大气压力修正0.99690.9969热耗率_大气相对湿度修正0.9999370.999926热耗率_频率修正0.99970.9996热耗率_低位发热量修正0.99930.9998热耗率_点火总小时数修正1.00321.0032修正后联合循环热耗率（未考虑老化）6276.936286.47修正后联合循环热耗率（考虑老化）6257.016266.51从上表可以看出在线性能计算结果与性能试验数据基本符合，从而证明系统程序的计算结果是正确的。此外，为了检验联合循环机组在线性能计算模型和程序的正确性，选取辅助决策系统在华电半山发电有限公司试运行期间的部分功率数据，功率分布于290MW到390MW之间，如下表。通过对热力计算得到的燃气轮机功率和蒸汽轮机功率之和与机组实测功率进行比较，两者的相对误差不超过4%，说明模型和程序是可靠的。表5 计算功率与实测功率的比较计算燃气轮机功率(kW)计算蒸汽轮机功率(kW)计算联合循环机组功率(kW)实测功率(kW)相对误差（%）182355.9111060.6293416.5299957.22.18211123106840.8317963.8321777.31.18221721.7115567.4337289.13505023.76215686.3125670341356.33479081.88233635.8124610358245.8360229.50.55246535.8127028.3373564.1385711.63.145.2.3 多套机组间负荷优化分配实时负荷分配：由于燃气轮机运行与大气环境参数的密切相关性，实时负荷分配主要考虑当前环境的情况，如温度、压力等，另外还需要考虑目前各机组的开机情况和可用性情况，在多种约束共同作用下找到最佳的运行方式。设计测试方案为：大气温度为17.4度，压力101.1kpa，1号机组运行小时数为1000小时，2号机组运行小时数为5000小时，3号机组运行小时数为10000小时。当前运行的机组为1号和2号机组，调度负荷要求为700MW，计算精度为0.1MW。当前机组运行负荷分配见下表：表6当前机组运行负荷分配(负荷单位为MW)机组优化分配结果设计的几种通常分配方法的结果负荷热效率负荷热效率负荷热效率负荷热效率负荷热效率1384.90.57633850.5763319.60.56023500.5682352.30.56882315.10.55713150.5571380.40.57343500.5664347.70.565830000000000总体0.56750.56750.56730.56730.5673从上表可以看出：优化分配结果与设计的几种通常分配方法的结果相比，总体的热效率最高，且与理论分析和实际应用相符。负荷日分配计划：设计测试方案为：设计工况下基本负荷为389MW，最低稳定运行负荷为100MW，最小运行时间为8.5小时，最小停机时间为8.5小时，升、降负荷速率为20MW/m，启动耗量为6007.56kg，停机耗量为1501.89kg。进入计算周期时，1、2号机组的初始状态都保持开机，3号机组停机，且运行和停机持续时间约束均为10小时；1号机组总点火小时2000小时，2号机组总点火小时4000小时，3号机组总点火小时6000小时，最大启停次数均为3次。大气环境参数为：日最高温度25，最低温度10；最高气压103.2，最低气压101.1。负荷日分配计划如下表所示： 表7 负荷日分配计划测试结果(负荷单位：MW)时间负荷要求1号机组2号机组3号机组0:004:00300300004:1510:15600306.260293.7410:3012:45900306.48299.34294.1813:0017:30600303.50296.50017:4524:0030003000说明：总耗量为1634753.25 kg。计算结果分析：在0:004:00时间段，由于每台机组都满足停机或开机的条件，而经过计算，1号机组的性能最为优异，选择1号机组开机，其余机组停机。在4:1510:15时间段，600MW的负荷要求超过了1号机组的最大功率，而此时尽管2号机组性能较3号机组为好，但是其停机时间未到最小停机时间而不满足开机条件，因此3号机组开。在10:3012:45时间段，2号机组满足开机条件，3台机组全开。在17:4524:00时间段，2号机组无法停机，因此选择2号机组单独运行，1号机组也关闭。通过上述分析可得，负荷日分配计划计算结果满足各项约束条件，且符合理论分析和实际运行情况，达到了运行优化的目的。5.2.4 压气机水洗优化压气机水洗分析：通过计算、分析对比压气机实际运行的压比和全新状态的压气机的压比、压气机实际运行的效率和全新状态的压气机的效率、压气机实际运行的折合流量和设计工况的折合流量，根据偏离程度的大小方差和运行经验，以确定水洗时间，如下图。图18 压气机水洗日分析压气机实时效率分析：通过计算分析，实时显示压气机的实际效率、理想效率、实际压比、理想压比和折合流量，掌握压气机的运行状况，如下图所示。图19 压气机实时性能分析压气机特性曲线：计算当前压气机性能与全新压气机性能特性曲线的偏差，以图形式的方式直观显示。可以通过当前压气机性能与全新压气机性能特性曲线的偏差，即红、蓝曲线的偏差距离直观的看出性能的下降程度。图20 压气机特性曲线分析图通过压气机水洗日分析、压气机实时性能分析和压气机特性曲线分析可看出，采用综合的计算分析方法比采用单一的压气机效率或机组功率下降判断方法更全面、符合运行实际，达到了压气机水洗优化的目的。5.2.5 机组停机优化通过在满足各种约束的条件下，比较多个停机运行方案，使得在剩余天然气量一定的情况下，得到的电量最大，如下图。图21气量约束停机优化5.2.6 自动报表生成通过查询数据库，获取相关参数，自动生成维修间隔统计报表、燃机ECS日报表、燃机ECS月报表、燃机日报表。实现了报表的自动生成，如下图。图22报表自动生成5.3 系统界面操作测试系统WEB应用程序由信息浏览页面和管理员页面组成。信息浏览页面可以匿名浏览，它包括三个区域，上方的导航栏用于选择机组，左边的菜单栏用于选择进入相应功能的界面，内容显示于右方，根据菜单中的选项进行变化。管理员页面需要分配的用户名和密码才能进入，并且不同的管理员对应于不同的权限，例如维修间隔计算管理员只能进入维修间隔菜单及其子菜单中的页面，对维修间隔计算进行维修确认，设置初始化数据等操作。经测试各项操作符合技术规范书要求。6 结论“多套9FA级GTCC最佳运行方式研究”项目研究取得的“辅助决策系统”硬件系统配置合理，性能满足运行要求，界面操作灵活方便，数据显示准确。经过对维修间隔和在线性能计算结果与人工计算和性能试验数据比对分析等各项功能的测试分析，结果可信，符合理论分析和实际运行的情况。杭州华电半山发电有限公司9FA联合循环机组运行和维护辅助决策系统已具备了进行运行优化分析和维护指导的能力，可以投入运行。