[发明专利]一种汽轮机甩负荷后转速飞升的静态仿真预测方法

权利要求书

1.一种汽轮机甩负荷后转速飞升的静态仿真预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：油动机时间常数T_ydj、延时时间τ辨识

汽轮机组停机状态下，在热工电子间接出以下信号：1号高调门LVDT次级线圈电压、2号高调门LVDT次级线圈电压、3号高调门LVDT次级线圈电压、4号高调门LVDT次级线圈电压、1号再热调门LVDT次级线圈电压、2号再热调门LCDT次级线圈电压、手动打闸信号、发电机并网开关动作信号、OPC信号，再将以上信号接入高速数据采集仪，然后将1～4号高调门、1～2号再热调门开启至全开，操作发电机并网开关动作，使OPC信号动作，然后OPC信号使各调门全关，测取延时时间和调节阀由全开至全关的动作曲线，从而得到油动机时间常数T_ydj和延时时间τ，具体方法为：

(1)延时时间τ＝OPC信号动作时间-发电机并网开关动作时间；

(2)油动机时间常数T_ydj通过以下传递函数获取：

其中：s为发电机并网开关动作，上述传递函数中，输入是发电机并网开关动作，输出是油动机开度；

根据调节阀动作曲线，采用以上传递函数进行辨识，通过改变T_ydj的值，使仿真曲线与实际测试曲线接近重合，当仿真曲线和实际测试曲线偏差小于1％时，对应的T_ydj即为油动机时间常数；

利用上述方法辨识得到4个高调门的油动机时间常数和2个再热调阀的油动机时间常数，分别将4个高调门的油动机时间常数取平均值和2个再热调阀的油动机时间常数取平均值，高调门油动机时间常数平均值用T_gtm表示，再热调阀油动机时间常数平均值用T_ztm表示；

步骤2：高调门、再热调阀流量特性辨识

汽轮机机组在75％额定负荷运行，退出汽轮机功率闭环控制，退出一次调频功能，高调门顺序阀运行，在DEH逻辑中，强制高调门动作，依次将1号高调门、2号高调门、3号高调门、4号高调门由0％开度逐渐开启至100％开度，然后再由100％开度逐渐全关，在DCS系统采集以下相关参数：发电机功率、主蒸汽压力、调节级压力、再热蒸汽压力、3段抽汽压力、综合阀位指令、1号高调门指令、1号高调门开度、2号高调门指令、2号高调门开度、3号高调门指令、3号高调门开度、4号高调门指令、4号高调门开度、1号再热调门指令、1号再热调门开度、2号再热调门指令、2号再热调门开度，按照下述计算方法，分别得到各高调门以及再热调门的流量特性：

a、高调门流量特性计算：

式中，G_gtm表示在x阀位处的高调门流量的标幺值，(p₁/p₀)₁、(p₁/p₀)₀、(p₁/p₀)_x分别表示高调门在全开、全关和x开度下的流量，p₁为调节级压力、p₀为主蒸汽压力；

b、再热调门流量特性计算：

式中，G_zrtm表示在x阀位处的再热调门流量的标幺值，(p_3c/p_zr)₁、(p_3c/p_zr)₀、(p_3c/p_zr)_x分别表示再热调门在全开、全关和x开度下的流量，p_3c为3段抽汽压力，p_zr为再热蒸汽压力；

步骤3：汽轮机级组做功系数计算

汽轮机机组在100％额定负荷运行，采集以下运行参数：主汽压力、主汽温度、1段抽汽压力、1段抽汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、3段抽汽压力、3段抽汽温度、4段抽汽压力、4段抽汽温度、中压缸排汽压力、中压缸排汽温度、低压缸排汽压力、低压缸排汽温度、发电机功率；

查阅汽轮机组热平衡图，得到100％额定负荷以下参数：1段抽汽流量设计值、1段抽汽压力设计值、2段抽汽流量设计值、2段抽汽压力设计值、3段抽汽流量设计值、3段抽汽压力设计值、4段抽汽流量设计值、4段抽汽压力设计值；

首先利用水蒸汽特性计算公式，根据蒸汽压力、蒸汽温度得到以上各参数的蒸汽焓值h，然后采用以下计算方法，计算得到各级组做功系数：

上述公式中：D_zq为主蒸汽流量；D_1cs为1段抽汽流量设计值；D_2cs为2段抽汽流量设计值；D_3cs为3段抽汽流量设计值；D_4cs为4段抽汽流量设计值；h_zq为主蒸汽焓值；h_1c为1段抽汽焓值；h_gp为高排蒸汽焓值；h_zr为再热蒸汽焓值；h_3c为3段抽汽焓值；h_zp为中压缸排汽焓值；h_dp为低压缸排汽焓值；p_1c为1段抽汽压力；p_1cs为1段抽汽压力设计值；p_2c为2段抽汽压力；p_2cs为2段抽汽压力设计值；p_3c为3段抽汽压力；p_3cs为3段抽汽压力设计值；p_4c为4段抽汽压力；p_4cs为4段抽汽压力设计值；

步骤4：汽轮发电机转子时间常数T_a获取

获取汽轮机高压转子、汽轮机低压转子、发电机转子的转动惯量数据，然后按照下述公式计算得到汽轮发电机转子的时间常数：

式中：J₁—高压转子转动惯量；J₂—低压转子转动惯量；J₃—发电机转子转动惯量；w₀——汽轮机额定转速；N₀—汽轮机额定输出功率；

步骤5：高压缸前汽室时间常数T_CH、再热器时间常数T_zr和抽汽回热加热器惯性时间常数T_r的获取

高压缸前汽室、再热器、1段抽汽管、2段抽汽管、3段抽汽管、4段抽汽管均可以认为是典型的惯性环节，其传递函数由下列公式获取：

G_1c(s)输入是1段抽汽逆止阀开度，输出是1段抽汽压力；

G_2c(s)输入是2段抽汽逆止阀开度，输出是2段抽汽压力；

G_3c(s)输入是3段抽汽逆止阀开度，输出是3段抽汽压力；

G_4c(s)输入是4段抽汽逆止阀开度，输出是发电机功率；

G_CH(s)输入是高调阀开度，输出是发电机功率；

G_zr(s)输入是高调阀开度，输出是再热压力；

在机组运行期间，辨识得到上式中的T_1c、T_2c、T_3c、T_4c、T_zr、T_CH，具体方法为：

(1)汽轮机机组在100％额定负荷运行，DEH阀位控制、单阀开启方式下，总阀位指令2％阶跃扰动，得到发电机功率变化曲线、再热压力变化曲线，利用Simulink模型，辨识得到高压缸前汽室时间常数T_CH和再热器时间常数T_zr；

(2)机组运行期间，分别关闭1段抽汽逆止阀、2段抽汽逆止阀、3段抽汽逆止阀、4段抽汽逆止阀，1段抽汽压力、2段抽汽压力、3段抽汽压力、4段抽汽压力的变化曲线，利用Simulink仿真模型，辨识得到各段抽汽回热加热器惯性时间常数T_1c、T_2c、T_3c、T_4c；

步骤6：通过传递函数得到转速飞升预测值

通过传递函数G(s)得到转速飞升预测值，传递函数G(s)如下：

式中：G(s)为转速飞升预测值，f₁(s)、f₂(s)为步骤2中高调门、再热调阀的流量特性公式，s为发电机并网开关动作；K_δ为转速不等率的倒数；w₀为汽轮机额定转速。

2.根据权利要求1所述的汽轮机甩负荷后转速飞升的静态仿真预测方法，其特征在于，通过改变阀门关闭时间或延时时间τ，得到汽轮机甩负荷后转速飞升的变化曲线，用于评估设备改造后对调节系统动态特性的影响。