杨锋 王欣然 冯磊华 候孟超 刘庭辉

摘要：为了研发一套回热系统热经济性分析和故障诊断系统，以回热加热器为研究对象，提出选择变工况下的上端差、下端差、抽汽压损、锅炉给水温度四项相关参数进行设计计算模型，采用等效焓降法对各个加热器结合计算模型进行能损分析，得到能损分析公式后，凭借Labview软件开发出一套回热系统热经济性分析及故障诊断系统。将基于玉环电厂#8机组设计得到的整个热经济性分析及故障诊断系统进行实例分析，验证系统的可行性，为回热系统的进一步分析提供了研究新思路。

关键词：回热系统;回热加热器;热经济性;故障诊断;Labview

为了研究如何提高火电厂的经济效益[1]、提升机组效率、降低煤耗，同时为了方便而高效的监测数据，增强操作人员的安全性，有必要对故障诊断系统进行深入研究。故障诊断技术能有效减少人员的误操作，对出现故障的部件及设备进行准确定位并及时提醒集控运行人员处理故障，保障了系统的安全可靠运行[2]，将使事故发生率降低为原先的25%左右，维修费用将降为原来的50%～75% [3 ]。

崔光明[4]通过加装回热汽轮机为高温超超临界二次再热机组回热系统实现了电厂热经济性的优化，对比利用其他方法建立起来的计算模型，热力系统热经济性、汽轮机效率都有略微提高，煤耗有所降低;闫顺林[5]将能效分析模型与各加热器的汽水分布矩阵方程结合，计算不同工况下各个加热器效率变化的强度系数与常规算法所得一致，验证了其所述方法的有效性;Luyao Zhou[6]等人通过热经济性分析，提出将八级回热替换为十级回热加热器蒸汽循环的优化工艺，有效提高发电效率，电费也有所下降;Venkat[7]对核电厂主要系统的性能深入分析，研发了一款核电厂性能评价诊断专家系统;Mostafa[8]结合模糊推理及专家系统，开发出智能经济性分析及故障诊断系统;王明秀[9]基于125MW电厂的热力参数，开发了机组振动实时微机监测和故障诊断系统;吴今培[10]基于对多个运行工况参数的分析，研发了实时监测和故障诊断专家系统。

本文以某1000MW机组为研究对象，对其回热系统在变工况下的热经济性以及运行情况进行全面分析，首先對影响回热系统加热器热经济性指标的主要参数进行一次测量运算，并建立计算数学模型，采用等效焓降法在回热加热器典型变工况运行下进行能损分析，通过多家发电厂的运行数据得到计算模型后，结合专家诊断系统，利用Labview软件开发出一套电厂回热系统热经济性分析及故障诊断系统，最后用某电厂1000MW机组进行实例检验，验证其可行性与性能。

1 系统软件设计

在回热系统中各加热器之间因为设计需求而相互紧密联系，机组常年处于变工况运行，将使得机组回热系统的各项参数的变化以及影响因素都变得更加复杂，为此研究将建立一个较为完备的特征知识库，对其回热系统的主要参数进行实时监测与分析，建立实时参数超标预警系统，做到相应参数的及时调整，保证机组安全高效运行。

研究系统是一个外挂于电厂集控数据中心用于分析回热系统热经济性和对其有可能出现故障的部件和设备进行诊断定位的系统，图1为其网络结构。

图2为该系统软件结构，其基于Labview软件能够实现对回热系统各个加热器以及相关联的部件进行实时的状态监测、能损分析和故障诊断等功能。

2 系统模块

本系统能对回热系统各个加热器以及相关联的部件进行实时的状态监测、能损分析和故障诊断，利用Labview软件的优势，采用递进模块化式的开发思维，设计有系统登录模块、系统配置模块、状态监测模块、各加热器数据处理模块、故障诊断模块、热经济性分析模块等。

采用labview数据模拟物理通道取代电厂MIS系统数据库的数据，适用于1000MW电厂的计算与采集，故该系统接入电厂运行参数数据库，并做相应修改即可运用到生产实际中。通过数据模拟及采集模块，经过相应的程序编辑以及计算，将数据通过波形图可直观展示。

图3是对监测模块的一个补充，通过采集模块所得的温度、压力等基本参数经过分流和分类处理，在各类型参数小模块中能直接观测到各种参数的实时变化与波动，以一号高加的故障诊断模块为例展示，其他各个加热器将采取同样的方式来进行故障诊断模块的生成。

3系统运行实例

本文以浙江华能玉环电厂1000MW机组在VWO工况下的运行参数为例，利用等效焓降公式结合回热加热器运行参数设计值计算公式所推导所得能损分析计算法与原则性热力计算法就加热器上下端差的偏离差对热经济性的影响情况进行对比，验证本文方法的可行性。来验证本文所提出的计算模型以及能损分析公式，并将其运行参数导入开发的系统中，验证系统的可行性。

表1、表2为当上端差偏离设计值=15kJ/kg时，热力系统热经济性指标发电标准煤耗率变动的原则性热力系统计算法和本文方法计算结果的对比图，对比两者计算结果，其相对误差小于1，满足本文需要。

表3、表4为当下端差偏离设计值Δγ=8kJ/kg时，热经济性指标发电标准煤耗率变动的原则性热力系统计算法和本文方法计算结果的对比图，对比两种方法的计算结果相对误差小于1，满足本文。存在再热抽汽的第三级加热器的煤耗率出现了巨大波动，当各个加热器的压损一致时，压力级越低的加热器对其经济性影响越大。

结论

本文选定回热系统的核心部件回热加热器作为研究重点，选择变工况下相关参数进行设计值计算以及实例运算得到计算模型，采用等效焓降法对各个加热器结合计算模型进行能损分析，利用Labview软件基于玉环电厂#8机组的1000MW的VWO工况数据设计参数研发出一套回热系统热经济性分析和故障诊断系统并进行了系统的数据试验，通过实例验证了系统可行性，大大提高电厂回热系统热经济性分析以及故障诊断的效率，保障了电厂运行人员的操作安全性。

参考文献：

[1]  郝宇.新时代中国能源经济预测与展望[J]. 北京理工大学学报（社会科学版），2018（2）：8-14.

[2]  江剑明.核电站二回路回热系统仿真建模及智能诊断系统的设计[D]. 上海：上海电力学院，2018.

[3]  刘亮，李录平，莫江春，等.某厂125MW机组热经济分析及故障诊断专家系统[J]. 热能动力工程，2000.

[4]  崔光明，刘继平.回热汽轮机用于二次再热机组热经济性研究[J]. 热力发电，2017，46（8）：54-58，63.

[5]  闫顺林，田東旭，等.加热器效率扰动对机组能效影响分析[J].汽轮机技术，2017，59（3）：173-176.

[6]  Luyao Zhou，et al. Parametric analysis and process optimization of steam cycle in double reheat ultra-supercritical power plants[J]. Applied Thermal Engineering， 2016 （99）：652-550.

[7]  Venkat Venkatabramanian，Raghunathan R.Kewen Yin，Surya N.Kavuri.A reviewof Process fault detection and diagnosis Part I：Quantitative model-based methods[J]. Computers and Chemical Engineering，2003（27）：293-311.

[8]  Hoseyn Sayyaadi，Mostafa Baghsheikhi. Developing a novel methodology based on the adaptive neuro-fuzzy interference system for the exergoeconomic optimization of energy systems[J]. Energy，2018，164.

[9]  王明秀.大型汽轮发电机组故障诊断专家系统诊断处理子系统的研究[D]. 北京：华北电力大学，2000.

[10]  吴今培，等.智能故障诊断与专家系统[M]. 北京：科学出版社，1997.

基金项目：湖南省自然科学基金资助项目（ 2018JJ3552）.

作者简介：杨锋（1979—  ），男，湖北麻城人，硕士，工程师，湖南江河自动化设备股份有限公司董事兼总经理，从事水利工程、气动机械工作。

*通讯作者：王欣然（1996—），女，江苏徐州人，长沙理工大学硕士在读生。