CN101561676A - 火力发电机组部件剩余寿命在线监视与控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种火力发电机组部件的剩余寿命在线监视与控制装置及方法，属于火力发电机组技术领域。所述的一种火力发电机组部件的剩余寿命在线监视与控制装置，其特征在于，由计算服务器、数据库服务器、网页服务器、用户端浏览器和厂级监控信息系统(SIS系统)组成，网页服务器分别与用户端浏览器、数据库服务器和计算服务器连接，计算服务器与数据库服务器连接，数据库服务器通过厂级监控信息系统与火力发电机组的分散控制系统(DCS)及在线测点连接。本发明的优点是给出了火力发电机组重要部件剩余寿命的在线监视与控制装置，可以实现火力发电机组多个重要部件剩余寿命的在线计算与控制。

Description

火力发电机组部件剩余寿命在线监视与控制装置及方法

技术领域

本发明涉及火力发电机组部件剩余寿命在线监视与控制装置及方法，属于火力发电机组技术领域。

背景技术

在火力发电机组的重要部件有：高压转子、中压转子、低压转子，发电机转子、发电机护环，高压内缸、中压内缸、低压内缸、高压外缸、中压外缸、低压外缸、高压喷嘴室、高压主汽阀壳、中压主汽阀壳、高压调节阀壳、中压调节阀壳、锅筒(或汽水分离器)、高温集箱、低温集箱、高温三通、低温三通、过热蒸汽管道、再热蒸汽管道、冷再热蒸汽管道、过热器管子、再热器管子等。这些重要金属部件分为三类：第一类部件是主要由蠕变寿命损耗导致损坏的过热器与再热器管子；第二类部件是主要由低周疲劳寿命损耗导致损坏的低压转子、发电机转子、发电机护环、低压内缸、低压外缸、锅筒(或汽水分离器)、低温集箱、低温三通、冷再热蒸汽管道；第三类部件是主要由蠕变与低周疲劳寿命损耗导致损坏的高压转子、中压转子、高压内缸、中压内缸、高压外缸、中压外缸、高压喷嘴室、高压主汽阀壳、中压主汽阀壳、高压调节阀壳、中压调节阀壳、高温集箱、高温三通、过热蒸汽管道、再热蒸汽管道。火力发电机组上述26个重要部件的特点是尺寸大，造价昂贵。现有技术只对某一重要部件进行寿命管理，一座火力发电厂有几台火力发电机组，工程上需要对几台火力发电机组的几十个重要部件进行剩余寿命的监视与控制。

发明内容

本发明的目的是采用一套剩余寿命在线监视与控制装置，实现一座火力发电厂一台或几台火力发电机组的2至26个部件的剩余寿命的在线监视与控制。

为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种火力发电机组部件的剩余寿命在线监视与控制装置，其特征在于，由计算服务器、数据库服务器、网页服务器、用户端浏览器和厂级监控信息系统(SIS系统)组成，网页服务器分别与用户端浏览器、数据库服务器和计算服务器连接，计算服务器与数据库服务器连接，数据库服务器通过厂级监控信息系统与火力发电机组的分散控制系统(DCS)及在线测点连接。

进一步地，所述的火力发电机组部件为至少一台火力发电机组的高压转子、中压转子、低压转子，发电机转子、发电机护环，高压内缸、中压内缸、低压内缸、高压外缸、中压外缸、低压外缸、高压喷嘴室、高压主汽阀壳、中压主汽阀壳、高压调节阀壳、中压调节阀壳、锅筒或汽水分离器、高温集箱、低温集箱、高温三通、低温三通、过热蒸汽管道、再热蒸汽管道、冷再热蒸汽管道、过热器管子和再热器管子中任意组合的2个以上部件。

本发明还提供了上述装置所采用的火力发电机组部件剩余寿命在线监视与控制方法，其特征在于，采用C语言编写火力发电机组部件剩余寿命的计算机软件，运行在计算服务器上，应用于火力发电机组部件的剩余寿命在线监视与控制，其具体步骤为：

第一步：读取火力发电机组在线测点数据：

数据库服务器每隔Δτ＝0.1分钟至5分钟，通过厂级监控信息系统从火力发电机组的分散控制系统及在线测点读取主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、调节级后蒸汽压力、调节级后蒸汽温度、一抽蒸汽压力、一抽蒸汽温度、高排蒸汽压力、高排蒸汽温度、中排蒸汽压力、中排蒸汽温度、高压内缸金属温度、中压内缸金属温度、五抽蒸汽压力、五抽蒸汽温度、六抽蒸汽压力、六抽蒸汽温度、七抽蒸汽压力、八抽蒸汽压力、汽轮机转速、功率、凝汽器压力、给水压力、给水温度、锅炉承压部件的壁温测点数值、发电机有功功率、功率因数、三相电流与电压、励磁电流、冷氢温度和热氢温度；

第二步：计算累计运行小时数：

火力发电机组部件累计运行小时数SH的计算公式表示为：

SH＝SH₀+Δτ/60

式中，SH₀为上一次读取数据计算得出的累计运行小时数，Δτ为读取数据的时间间隔，单位为分钟；

第三步：计算累积蠕变寿命损耗：

对于第二类部件，火力发电机组第i个部件累积蠕变寿命损耗E_ti＝0，对于第一类和第三类部件，火力发电机组中第i个部件累积蠕变寿命损耗E_ti的计算公式表示为：

E_ti＝SH/τ_Ri×100％

式中，τ_Ri为火力发电机组部件蠕变寿命的设计值；

第四步：计算瞬态低周疲劳寿命损耗：

采用现有技术，计算火力发电机组第i个部件的低周疲劳寿命损耗d_i；可参照申请号为200710039898.3的已授权专利。

第五步：确定峰值应力对应的低周疲劳寿命损耗：

采用现有技术，判断部件的等效应力是否为处于启动、停机和负荷变动过程的峰值应力，若等效应力等于峰值应力，火力发电机组第i个部件峰值应力对应的低周疲劳寿命损耗d_pi＝d_i，若等效应力不等于峰值应力，火力发电机组第i个部件峰值应力对应的低周疲劳寿命损耗d_pi＝0；

第六步：计算累积低周疲劳寿命损耗：

对于第一类部件，火力发电机组第i个部件累积低周疲劳寿命E_Ni＝0，对于第二类和第三类部件，火力发电机组第i个部件累积低周疲劳寿命E_Ni的计算公式表示为：

E_Ni＝E_N0i+d_pi

式中，E_N0i为上一次读取数计算得出的累积低周疲劳寿命损耗；

第七步：计算累积寿命损耗：

火力发电机组第i个部件累积寿命损耗E_i的计算公式表示为：

E_i＝E_ti+E_Ni

对于第一类部件，E_Ni＝0，E_i＝E_ti；对于第二类部件，E_ti＝0，E_i＝E_Ni；

第八步：计算剩余寿命：

火力发电机组第i个部件剩余寿命E_Ri的计算公式表示为：

E_Ri＝100-E_i；

第九步：计算年均寿命损耗速率：

火力发电机组第i个部件年均寿命损耗速率e_i的计算公式表示为

e_i＝1/y_i×100％

式中，y_i为火力发电机组第i个部件的设计寿命，单位为年；

第十步：计算剩余日历寿命：

火力发电机组第i个部件的剩余日历寿命R_Li的计算公式表示为：

R_Li＝E_Ri/e_i

第十一步：控制部件剩余寿命：

若R_Li＜1.5年，表明部件剩余寿命很短，建议在年内安排计划大修，予以检修或更换；若1.5年≤R_Li＜4.5年，表明部件剩余寿命短，建议在1年后但在4年内安排计划大修，予以检修或更换；若4.5年≤R_Li＜12年，表明部件剩余寿命较短，建议在4年后但在8年内安排计划大修，予以详细的探伤检查；若R_Li≥12年，表明部件剩余寿命较长，建议按照《检修规程》安排火力发电机组的计划大修周期和计划大修项目；

第十二步：打印输出结果

输出火力发电机组重要部件剩余寿命在线计算结果与控制措施，应用于火力发电机组优化检修与优化运行。

本发明具有以下特点：

(1)在计算服务器上安装使用C语言编写的火力发电机组多个重要部件剩余寿命的计算机软件，根据软件设定的时间间隔Δτ＝0.1分钟至5分钟，从数据库服务器中读取在线监视的1台至9台火力发电机组的测点数据，在线实时计算1台至9台火力发电机组重要部件的剩余寿命，剩余寿命计算结果再送到数据库服务器保存，供网页服务器调用；

(2)数据库服务器存放两类数据：

第一类数据为从厂级监控信息系统(SIS系统)每隔Δτ＝0.1分钟至5分钟，读取的1台至9台火力发电机组在线测点数据，包括主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、调节级后蒸汽压力、调节级后蒸汽温度、一抽蒸汽压力、一抽蒸汽温度、高排蒸汽压力、高排蒸汽温度、中排蒸汽压力、中排蒸汽温度、高压内缸金属温度、中压内缸金属温度、五抽蒸汽压力、五抽蒸汽温度、六抽蒸汽压力、六抽蒸汽温度、七抽蒸汽压力、八抽蒸汽压力、汽轮机转速、功率、凝汽器压力、给水压力、给水温度、锅炉承压部件的壁温测点数值、发电机有功功率、功率因数、三相电流与电压、励磁电流、冷氢温度、热氢温度等测点数据，应用于火力发电机组多个重要部件的剩余寿命计算；

第二类数据为1台至9台火力发电机组重要部件剩余寿命计算结果，包括第i个重要部件的剩余寿命E_Ri和剩余日历寿命R_Li，供网页服务器调用；

(3)网页服务器每隔Δτ＝0.1分钟至5分钟读取数据库服务器中1台至9台火力发电机组重要部件剩余寿命在线计算结果，在网页服务器上生成剩余寿命的计算结果页面，供用户端浏览器查看，在网页服务器上生成的火电机组剩余寿命的计算结果页面，每隔Δτ＝0.1分钟至5分钟，自动刷新1次；

(4)厂级监控信息系统(SIS系统)在剩余寿命在线监视与控制方面，为剩余寿命监视与控制装置的数据库服务器提供火力发电机组的在线测点数据；

(5)火电机组分散控制系统(DCS)及在线测点，为火力发电机组厂级信息监控系统(SIS)提供在线测点数据；

(6)用户端浏览器用来查看1台至9台火力发电机组重要部件的剩余寿命在线计算结果和剩余寿命控制措施，用来指导火力发电机组的运行和检修；在用户端浏览器，通过机组编号的切换或部件切换，可以查看不同机组不同部件剩余寿命的在线计算结果。

本发明的优点是给出了火力发电机组重要部件剩余寿命的在线监视与控制装置，可以实现火力发电机组多个重要部件剩余寿命的在线计算与控制。如果火力发电机组重要部件的剩余寿命偏小时，通过及时安排计划大修来合理使用重要部件的剩余寿命，达到了使用一套剩余寿命控制装置来监视与控制火力发电厂几台火力发电机组多个重要部件剩余寿命的技术效果。

附图说明

图1为本发明所采用的在线监视与控制装置的方框图；

图2为本发明所采用方法的流程；

图3为本发明计算服务器所采用的计算机软件框图；

图4为火力发电机组重要部件剩余日历寿命计算结果的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例

如图1所示，为本发明所采用的在线监视与控制装置的方框图，所述的火力发电机组部件的剩余寿命在线监视与控制装置由计算服务器、数据库服务器、网页服务器、用户端浏览器和4组厂级监控信息系统(SIS系统)组成，网页服务器分别与用户端浏览器、数据库服务器和计算服务器连接，计算服务器与数据库服务器连接，数据库服务器通过厂级监控信息系统与4组火力发电机组的分散控制系统(DCS)及在线测点连接。

如图2所示，为本发明所采用方法的流程图，如图3所示，为本发明计算服务器所采用的计算机软件框图，该软件安装在4台火力发电机组多个重要部件剩余寿命的计算服务器上，应用于4台火力发电机组多个重要部件剩余寿命的在线计算与控制。

对于某火力发电厂安装了4台亚临界300MW火力发电机组，对高压转子、中压转子、低压转子、发电机护环、锅炉锅筒、高温三通共6个重要部件，采用图1所示的装置、图2所示的方法和图3所示的计算机软件，计算得出的火力发电机组重要部件剩余日历寿命计算结果列于图4。

第一步：每隔Δτ＝1分钟，通过厂级监控信息系统从火力发电机组的分散控制系统及在线测点读取主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、调节级后蒸汽压力、调节级后蒸汽温度、一抽蒸汽压力、一抽蒸汽温度、高排蒸汽压力、高排蒸汽温度、中排蒸汽压力、中排蒸汽温度、高压内缸金属温度、中压内缸金属温度、五抽蒸汽压力、五抽蒸汽温度、六抽蒸汽压力、六抽蒸汽温度、七抽蒸汽压力、八抽蒸汽压力、汽轮机转速、功率、凝汽器压力、给水压力、给水温度、锅炉承压部件的壁温测点数值、发电机有功功率、功率因数、三相电流与电压、励磁电流、冷氢温度和热氢温度；

第二步和第三步：从投产至2008年10月25日，1号300MW火力发电机组累计运行小时数，SH＝108304h，6个重要部件的6个部位的累积蠕变寿命损耗E_ti的计算结果列于表1；

第四步、第五步和第六步：从投产2008年10月25日，1号300MW火力发电机组6个重要部件6个部位的累积低周疲劳寿命损耗E_Ni的计算结果列于表1；

第七步和第八步：从投产至2008年10月25日，1号300MW火力发电机组6个重要部件6个部位的累积寿命损耗E_i和剩余寿命E_Ri的计算结果列于表1；

第九步和第十步：1号300MW火力发电机组6个重要部件的设计寿命为y_i＝30年，e_i＝1/30＝3.3333％，这6个重要部件6个部位的剩余日历寿命R_Li的计算结果列于表1并显示在图4；

第十一步和第十二步：在1号300MW火力发电机组6个重要部件的6个部位剩余寿命的计算结果中，剩余寿命R_Li均大于12年，表明1号300MW火力发电机组的这6个部件剩余寿命较长，建议按照《检修规程》安排该电厂1号300MW火力发电机组的计划大修周期和计划大修项目。

采用本发明提供的火力发电机组重要部件剩余寿命的在线监视与控制系统装置及方法，可以在线定量计算该火力发电厂4台300MW火力发电机组的高压转子、中压转子、低压转子、发电机护环、锅筒、高温三通等6个重要部件的剩余寿命，根据剩余寿命安全余量来计划大修，可以使这6个重要部件的剩余寿命处于受控状态，合理使用这6个重要部件的剩余寿命，达到了使用一套剩余寿命控制装置在线监视与控制该电厂4台300MW火力发电机组6个重要部件剩余寿命的技术效果。

[表1]

序号	名称	累积蠕变寿命损耗Eti(％)	累积低周疲劳寿命损耗ENi(％)	累积寿命损耗Ei(％)	剩余寿命ERi(％)	剩余日历寿命RLi(年)
							1	高压转子外表面	0.0028	5.7229	5.7257	94.2743	28.28
2	中压转子的中心	0.2029	0.0227	0.2256	99.7744	29.93
							3	低压转子的中心	0	1.0816	1.0816	98.9184	29.68
4	发电机护环内表面	0	4.2698	4.2698	95.7302	28.72
							5	锅筒内表面	0	29.9925	29.9925	70.0075	21.00
6	高温三通内表面	11.0070	4.5045	15.5115	84.4885	25.35

Claims (3)

1、一种火力发电机组部件的剩余寿命在线监视与控制装置，其特征在于，由计算服务器、数据库服务器、网页服务器、用户端浏览器和厂级监控信息系统组成，网页服务器分别与用户端浏览器、数据库服务器和计算服务器连接，计算服务器与数据库服务器连接，数据库服务器通过厂级监控信息系统与火力发电机组的分散控制系统及在线测点连接。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的火力发电机组部件为至少一台火力发电机组的高压转子、中压转子、低压转子，发电机转子、发电机护环，高压内缸、中压内缸、低压内缸、高压外缸、中压外缸、低压外缸、高压喷嘴室、高压主汽阀壳、中压主汽阀壳、高压调节阀壳、中压调节阀壳、锅筒或汽水分离器、高温集箱、低温集箱、高温三通、低温三通、过热蒸汽管道、再热蒸汽管道、冷再热蒸汽管道、过热器管子和再热器管子中任意组合的2个以上部件。

3、权利要求1所述部件所采用的火力发电机组部件剩余寿命在线监视与控制方法，其特征在于，采用C语言编写火力发电机组部件剩余寿命的计算机软件，运行在计算服务器上，应用于火力发电机组部件的剩余寿命在线监视与控制，其具体步骤为：

第一步：读取火力发电机组在线测点数据：

数据库服务器每隔Δτ＝0.1分钟至5分钟，通过厂级监控信息系统从火力发电机组的分散控制系统及在线测点读取主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、调节级后蒸汽压力、调节级后蒸汽温度、一抽蒸汽压力、一抽蒸汽温度、高排蒸汽压力、高排蒸汽温度、中排蒸汽压力、中排蒸汽温度、高压内缸金属温度、中压内缸金属温度、五抽蒸汽压力、五抽蒸汽温度、六抽蒸汽压力、六抽蒸汽温度、七抽蒸汽压力、八抽蒸汽压力、汽轮机转速、功率、凝汽器压力、给水压力、给水温度、锅炉承压部件的壁温测点数值、发电机有功功率、功率因数、三相电流与电压、励磁电流、冷氢温度和热氢温度；

第二步：计算累计运行小时数：

火力发电机组部件累计运行小时数SH的计算公式表示为：

SH＝SH₀+Δτ/60

式中，SH₀为上一次读取数据计算得出的累计运行小时数，Δτ为读取数据的时间间隔，单位为分钟；

第三步：计算累积蠕变寿命损耗：

对于第二类部件，火力发电机组第i个部件累积蠕变寿命损耗E_ti＝0，对于第一类和第三类部件，火力发电机组中第i个部件累积蠕变寿命损耗E_ti的计算公式表示为：

E_ti＝SH/τ_Ri×100％

式中，τ_Ri为火力发电机组部件蠕变寿命的设计值；

第四步：计算瞬态低周疲劳寿命损耗：

采用现有技术，计算火力发电机组第i个部件的低周疲劳寿命损耗d_i；

第五步：确定峰值应力对应的低周疲劳寿命损耗：

采用现有技术，判断部件的等效应力是否为处于启动、停机和负荷变动过程的峰值应力，若等效应力等于峰值应力，火力发电机组第i个部件峰值应力对应的低周疲劳寿命损耗d_pi＝d_i，若等效应力不等于峰值应力，火力发电机组第i个部件峰值应力对应的低周疲劳寿命损耗d_pi＝0；

第六步：计算累积低周疲劳寿命损耗：

对于第一类部件，火力发电机组第i个部件累积低周疲劳寿命E_Ni＝0，对于第二类和第三类部件，火力发电机组第i个部件累积低周疲劳寿命E_Ni的计算公式表示为：

E_Ni＝E_N0i+d_pi

式中，E_N0i为上一次读取数计算得出的累积低周疲劳寿命损耗；

第七步：计算累积寿命损耗：

火力发电机组第i个部件累积寿命损耗E_i的计算公式表示为：

E_i＝E_ti+E_Ni

对于第一类部件，E_Ni＝0，E_i＝E_ti；对于第二类部件，E_ti＝0，E_i＝E_Ni；

第八步：计算剩余寿命：

火力发电机组第i个部件剩余寿命E_Ri的计算公式表示为：

E_Ri＝100-E_i；

第九步：计算年均寿命损耗速率：

火力发电机组第i个部件年均寿命损耗速率e_i的计算公式表示为

e_i＝1/y_i×100％

式中，y_i为火力发电机组第i个部件的设计寿命，单位为年；

第十步：计算剩余日历寿命：

火力发电机组第i个部件的剩余日历寿命R_Li的计算公式表示为：

R_Li＝E_Ri/e_i

第十一步：控制部件剩余寿命：

若R_Li＜1.5年，建议在年内安排计划大修，予以检修或更换；若1.5年≤R_Li＜4.5年，建议在1年后但在4年内安排计划大修，予以检修或更换；若4.5年≤R_Li＜12年，建议在下次4年后但在8年内安排计划大修，予以详细的探伤检查；若R_Li≥12年，建议按照《检修规程》安排火力发电机组的计划大修周期和计划大修项目；

第十二步：打印输出结果：

输出火力发电机组重要部件剩余寿命在线计算结果与控制措施，应用于火力发电机组优化检修与优化运行。

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