1、大庆油田热电300MW机组变工况运行改造方案单位：哈尔滨工业大学单位：哈尔滨工业大学 先进动力技术研究所先进动力技术研究所2016年8月25日01020304项目背景3D可视化运行监控系统平台搭建供热机组复杂变工况优化方案设备异常检测/提前预警功能内容概要05平台良好的可扩展性大庆油田热电厂并网发电一期工程三台200MW燃煤供热发电机组二期工程一台300MW燃煤供热发电机组一、项目背景面临高频深度调峰挑战二、3D可视化运行监控系统平台搭建智能电厂 3D3D可视化运行监控平台可视化运行监控平台数据采集孤立、分散数据集中化实时数据库数据仓库，高性能大数据访问实时对象模型库数据、设备、知识库，上层应
2、用承载平台生产过程监视远程监控，运行、专工与管理层的信息共享与业务协同 性能计算实时性能性能试验工况摸底耗差分析能损分布运行指导提高运行水平设备状态状态采集与挖掘，提供底层数据源故障诊断故障预警、告警，故障分析检修维护预知保养、故障维修、计划检修寿命管理掌控设备生命周期，为检修提供决策支持保障手段：确保安全可靠、节能高效、经济环保运行，全面提高企业效益！经济性|节能，降耗，减排安全性|设备可用率，延长设备寿命指标考核数据定绩效，提升管理效益系统优化设备级调优，提升设备效率负荷分配机组级调优，降低全厂综合煤耗智能发电过程控制二、3D可视化运行监控系统平台搭建3D3D可视化智能监测平台功能框架可视
3、化智能监测平台功能框架二、3D可视化运行监控系统平台设备运行性能的在线监测及故障诊断的存在问题n 主要存在以下三方面问题：问题1：目前厂家DEH和DCS系统的时间不同一、SIS系统的数据传输存在断点等，导致SIS系统数据存在时间标签不一致问题。问题2：目前比较成熟的诊断系统是解决振动问题，对于汽轮机运行性能的在线异常检测和故障诊断系统还未见成熟应用；问题3：没有健全的能够指导现场安全高效生产的故障案例专家库和远程专家诊断系统。n 本平台的优势本平台的优势 大数据清洗技术，解决数据问题；大数据清洗技术，解决数据问题；机组性能异常检测模型在多家电厂机组进行离线测试；机组性能异常检测模型在多家电厂机
4、组进行离线测试；有相对成熟的案例专家库和远程诊断中心建设经验。有相对成熟的案例专家库和远程诊断中心建设经验。二、3D可视化运行监控系统平台设备关键部件的有序拆装二、3D可视化运行监控系统平台哈汽300MW机组汽轮机模型设备关键部件的有序拆装汽轮机设备三维可视化低压缸隐藏外壳，显示内部部件信息二、3D可视化运行监控系统平台红色表示部件故障或参数异常二、3D可视化运行监控系统平台二、3D可视化运行监控系统平台喷嘴配汽方式优化三、供热机组复杂变工况优化方案最优运行主蒸汽压力优化01020304050607080901000102030405060708090100总 阀 位 指 令调门开度(%)GV
5、1&GV2GV3GV4三、供热机组复杂变工况优化方案#4机组顺序阀配汽规律设计曲线阀门顺序开启和关闭试验配汽规律的优化设计新规律下的热态调整试验试验依据主要有如下：1)汽轮机及全厂性试验规程（ASME PTC6）2)电站汽轮机热力性能验收试验规程（GB811787）3)电力工程调试定额4)火电工程调试质量检验及评定标准5)电业工作安全规程6)设备制造厂供货资料及有关设计图纸、说明书7)DCS系统组态图。三、供热机组复杂变工况优化方案喷嘴配汽方式优化方案流程2在4个高调门全开的基础上，逐步降负荷运行，并实现3阀点、2阀点运行，最终实现最先开启的两个调门开度为45%；1确认机组具备试验条件；解除A
6、GC协调控制；在原顺序阀运行状态下，将机组升负荷至300MW左右，适当降低机组运行主汽压，达到所有阀门全部开启；4试验结束恢复正常运行3在最先开启的两个调门开度为45%的基础上，逐步升荷运行，并实现2阀点、3阀点，最终实现4个高调门全开；三、供热机组复杂变工况优化方案根据阀门开关的试验结果，设计全新的配汽规律，并且，在机组单阀运行方式下，在线直接将顺序阀的规律修改成新的配汽规律，避免由于停机进行阀门管理优化改造影响机组正常运行所带来的经济损失。然后，在此基础上就可以直接进行单阀顺序阀切换以及顺序阀控制的热态试验。试验。01新规律下的热态调新规律下的热态调整试验整试验热态试验的目的在于考查机组带
7、负荷过程中，在顺序阀控制以及单阀顺序阀切换控制过程中的稳定性和可靠性，#1和#2轴承不同的负荷下瓦温、轴振和瓦振等是否合格。同时，由于，变负荷时存在调门摆动、瓦温高等问题，因此，为了能够彻底综合解决此问题，需作进一步的热态调整试验，保证新规律对轴承和阀体均满足要求，实现配汽优化的最优效果。02三、供热机组复杂变工况优化方案三、供热机组复杂变工况优化方案1801851901952002052102152202251212.51313.51414.515负 荷（MW）汽压(MPa)主 汽 压 力#4机组原始滑压运行曲线最优运行主蒸汽压力优化实施方案FIRST基于上述实际数据所建300MW机组模型进
8、行最优运行主蒸汽压力的影响因素分析：抽汽量影响最优运行主蒸汽压力的分析研究，背压对最优运行主蒸汽压力影响的分析研究SECOND进行多压力运行试验，修正分析结果THIRD对机组进行在线改造和试运行，利用实际运行数据进行进一步的精确修正三、供热机组复杂变工况优化方案最优运行主蒸汽压力优化实验项目01选定主蒸汽流量分别为750t/h、700t/h、650t/h供热抽汽量分别为350t/h和400t/h03改变机组的主蒸汽压力指令为需要的设定值，通过微调机组负荷指令，维持主蒸汽流量不变。05计算两组抽汽量情况下，每一主蒸汽流量和主蒸汽压力共计32个工况点对应的机组试验热耗值。02在实验中，至少做到一个
9、主蒸汽流量的实验中冷凝器背压不变；04保持每一个主蒸汽流量下对应的主蒸汽压力维持在实验规定的数值06对实验主蒸汽压力和相应的机组试验热耗值进行曲线拟合；确定每一个主蒸汽流量下，机组的最优主蒸汽压力设定值。三、供热机组复杂变工况优化方案优化方案预期效果明显改善机组整体的综合流量特性曲线的线性度，提高机组的整体调节性能，避免出现负荷变化不灵敏等难控制问题。01消除阀门大幅摆动的隐患点，使机组阀门动作平稳。02进一步优化机组的配汽不平衡汽流力，在保持机组轴振水平仍处于优良水平下，使机组瓦温水平降低至单阀水平，整体保持在80度以下。03三、供热机组复杂变工况优化方案在机组运行的安全稳定性方面优化机组重
10、叠度，降低阀点节流损失；01优化调门组合方式，解决变负荷时的轴振负载不均问题，减小轴瓦部件的非正常磨损，间接提高机组的运行经济性；02优化高调门的开启规律，减少调门设备原件磨损、延长使用寿命，减小日常维护费用，间接提高机组运行的经济性；03三、供热机组复杂变工况优化方案在机组运行的经济性方面整体上，通过喷嘴方式、运行压力两方面的整体优化，预期在变负荷运行过程中的煤耗降低12g/kwh。05提高机组的调节性能，主要提高AGC和一次调频能力，减小电网惩罚甚至争取电网更多的调峰调频奖励04基础：建立高精度经验模型安全：实现通用异常检测关键：植入人工智能算法经济：进行通流变化监测四、设备异常检测/提前
11、预警功能四、设备异常检测/提前预警功能 物理模型：物理模型：调节级模型调节级模型喷嘴容积模型喷嘴容积模型喷嘴容积惯性蓄能示意图喷嘴容积惯性蓄能示意图理论计算调节级后温度理论计算调节级后温度调节级模型带回热器级组结构示意图回热器仿真模型四、设备异常检测/提前预警功能 01002003004005006000.850.860.870.880.890.90.910.920.930.940.95时 间(t/s)pzq(p.u.)仿 真 结 果实 际 数 据4045505560657075800.90.9050.910.9150.920.9250.93时 间(t/s)pzq(p.u.)仿 真 结 果实
12、际 数 据1751801851901952000.920.9250.930.9350.94时 间(t/s)pzq(p.u.)仿 真 结 果实 际 数 据图图 考虑锅炉动态的主蒸汽压力变化考虑锅炉动态的主蒸汽压力变化501001502002503003504004505005501313.51414.51515.516时 间(t/s)ptj 实 际 数 据仿 真 结 果17017518018519019520013.51414.51515.516时 间(t/s)ptj 实 际 数 据仿 真 结 果图图 实测调节级压力与仿真结果对比实测调节级压力与仿真结果对比 物理模型：物理模型：模型精度较高模型
13、精度较高三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案 通用异常检测 保证机组关键部件性能基于线性模型的方法：正交分解最小二乘、线性回归优点：模型结构简单，推广能力强缺点：模型精度没有基于人工智能的方法理想基于人工智能的方法：神经网络、支持向量回归、贝叶斯网优点：模型精度较高缺点：模型结构复杂，推广能力较差 异常检测模型的获取方法四、设备异常检测/提前预警功能通过平台可检测出并解决的常见问题B阀头脱落故障C流量特性拐点检测A阀门摆动问题三、供热机组复杂变工况优化方案四、设备异常检测/提前预警功能三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案通用异常检测 保证机组关键部件性能 定义：正常模式的定义为设备实际运行中频繁发
14、生的模式 模式：对于实际运行的机组，各设备和组成部分是一个有机联系的整体，各部分之间存在很强的相互关系，这种相互之间的依赖关系即为模式。异常和非异异常和非异常的划分常的划分常模式的获取必须是基于机组正常的运行数据，在之后的异常检测系统中，发生异常就是由于样本点超出了偏差限，超限的原因是通过模型得到的修正值发生了很大偏差，可以说明此时运行异常。（1）通过一段时间运行的历史数据的分析，得到系统各物理量之间的关联关系，从而获得运行的正常模式；（2）正常模式获取时，各物理量之间的关系会受到工况、环境因素以及可能的异常因素的影响。而常模式的获取需要采用各物理量相互影响的建模方法，消除工况、环境等因素对模
15、式的影响；（3）当得到运行的常模式，通过检测模式之间的差异，再根据自适应调整的允许偏差范围，即可实现异常检测。系统的泄露、结垢、性系统的泄露、结垢、性能退化等能退化等四、设备异常检测/提前预警功能三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案1）第一类：阀门综合流量特性曲线的线性度较差）第一类：阀门综合流量特性曲线的线性度较差 配汽规律设计曲线与阀门实际流量特性不匹配，导致配汽规律设计曲线与阀门实际流量特性不匹配，导致阀门综合流量特性曲线的线性度较差，引发机组出现阀门阀门综合流量特性曲线的线性度较差，引发机组出现阀门高频摆动或者大幅摆动的问题；高频摆动或者大幅摆动的问题；特点：调门、负荷等大幅或者高频摆动
16、特点：调门、负荷等大幅或者高频摆动2）第二类：阀门重叠度设置不合理）第二类：阀门重叠度设置不合理 机组阀门阀门开启重叠度设置不合理，引起重叠区域机组阀门阀门开启重叠度设置不合理，引起重叠区域在一次调频动作时，出现调门的在一次调频动作时，出现调门的异常摆动。异常摆动。特点：调门动作幅度大，但负荷基本不变特点：调门动作幅度大，但负荷基本不变三、供热机组复杂变工况优化方案阀门摆动问题四、设备异常检测/提前预警功能三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案n阀门摆动故障阀门摆动故障第一类：临河电厂第一类：临河电厂2台台350MW超临界机组超临界机组00.511.522.53x 10410.951111.051
17、1.111.1511.211.2511.3时 间EH油压(MPa)抗 燃 油 工 作 压 力三、供热机组复杂变工况优化方案四、设备异常检测/提前预警功能三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案n阀门摆动故障阀门摆动故障第一类：天津电厂第一类：天津电厂2台台330MW亚临界机组亚临界机组三、供热机组复杂变工况优化方案四、设备异常检测/提前预警功能三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案n阀门摆动故障阀门摆动故障第二类：沧东电厂第二类：沧东电厂2台台600MW机组机组最终，出现了脱落故障最终，出现了脱落故障三、供热机组复杂变工况优化方案四、设备异常检测/提前预警功能三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案阀头脱落故
18、障 目前，风电等具有强随机波动不确定性的新能源电电源的规模化并网消纳成为目前电力系统面临的重大现实问题。由于我国火力发电占主导地位的电源结构性矛盾，缺乏燃机等可平抑新能源电力随机波动不确性的电源，所以，许多大功率火电机组不得不经常参与调峰而进行快速深度变负荷运行。因此，机组高调门动作频繁且幅度较大，尤其是负责调节机组负荷的第三个开启的高调门；所以，高调门驱动连接件的可靠性面临严峻考研，硬件磨损加大导致故障率增加。然而，严重的高调门硬件故障可能会引发机组的负荷突变问题，严重影响机组的安全高效运行；典型故障案例：包头东华电厂、吉林江南电厂三、供热机组复杂变工况优化方案四、设备异常检测/提前预警功能
19、三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案0100200300400500600100110120130140150160170180190200时 间（S）功率(MW)功 率0100200300400500600024681012141618时 间（S）主汽压(MPa)主 汽 压 力调 节 级 后 压 力高 排 压 力0100200300400500600160165170175180185时 间（S）功率(MW)功 率0100200300400500600282930313233343536时 间（S）调门开度(%)高 调 门 GV1开 度高 调 门 GV2开 度高 调 门 GV3开 度高 调 门
20、 GV4开 度单阀方式下出现负荷突变现象顺序阀方式下出现负荷突变现象故障表征比较特殊：负荷突变三、供热机组复杂变工况优化方案四、设备异常检测/提前预警功能三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案5101520253035408990919293949596979899实际流量（%）调 门 开 度 (%)无 流 量 区 域GV2出现出现10%的无流量故障间隙的无流量故障间隙051015202530354045506570758085实际流量（%）调 门 开 度 (%)无 流 量区 域GV3出现出现10%的无流量故障间隙的无流量故障间隙05101520253035455055606570758085实际
21、流量（%）调 门 开 度 (%)无 流 量 区 间GV4出现出现10%的无流量故障间隙的无流量故障间隙05101520256466687072747678808284实际流量（%）调 门 开 度 (%)GV1正常的无故障阀门流量特性正常的无故障阀门流量特性三、供热机组复杂变工况优化方案四、设备异常检测/提前预警功能三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案通流变化检测 保证机组运行压力最优n 机组运行现状机组运行现状参与电网调峰，在参与电网调峰，在55%90%负荷间作大幅变工况运行负荷间作大幅变工况运行采用滑压运行方式：经济效益可观，可节煤采用滑压运行方式：经济效益可观，可节煤12g/kWh，低负荷时
22、可节煤低负荷时可节煤2.5 g/k Wh。n 最优主蒸汽压力影响因素最优主蒸汽压力影响因素给水泵功耗给水泵功耗循环效率循环效率调节级节流损失调节级节流损失n机组通流能力改变，即调节级特性改变，会影响机组通流能力改变，即调节级特性改变，会影响机组最优运行主汽压机组最优运行主汽压四、设备异常检测/提前预警功能三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案 流量特性拐点检测 保证AGC顺利投运6570758085909510010565707580859095100流 量 指 令(%)实际流量(%)优化后的流量特性曲线的线性度75808590951001057580859095100105实际流量(%)综 合
23、阀 位 指 令(%)流 量 特 性 曲 线 线 性 度优化前的流量特性曲线的线性度0102030405060708090100020406080100综 合 流 量 指 令(%)调门开度(%)0102030405060708090100020406080100综 合 流 量 指 令(%)调门开度(%)优化前优化后三、供热机组复杂变工况优化方案四、设备异常检测/提前预警功能三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案流量特性拐点检测 保证AGC顺利投运优化后，由原优化后，由原来每月罚款数来每月罚款数万元的现状，万元的现状，变成奖励数万变成奖励数万元的状态。元的状态。优化前优化前的调节速率和精度优化后优化后
24、的调节速率和精度案例：达拉特电厂案例：达拉特电厂#4机组不能顺利投机组不能顺利投运运AGC。三、供热机组复杂变工况优化方案四、设备异常检测/提前预警功能流量特性实时异常检测流量特性实时异常检测三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案三、供热机组复杂变工况优化方案四、设备异常检测/提前预警功能系统实现调速系统故障诊断平台流量特性模式识别流量特性模式识别三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案三、供热机组复杂变工况优化方案四、设备异常检测/提前预警功能高调门实时异常检测高调门实时异常检测三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案三、供热机组复杂变工况优化方案四、设备异常检测/提前预警功能高调门特性模式识别高调门特性模式识别三、抽汽供热机组复杂变工况优化方案三、供热机组复杂变工况优化方案四、设备异常检测/提前预警功能平台具有良好的可扩展性平台具有良好的可扩展性在全厂总的调度负荷下，根据各个机组的热力特性确定各机组应承带的负荷，从而使全厂的煤耗量最小的一种优化调度。热电负荷分配模块五、平台良好的可扩展性以平台为基础，实现多功能模块选择性添加以平台为基础，实现多功能模块选择性添加 谢谢您的关注！
