CN113569186A - 一种冷却水阀开度计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷却水阀开度计算方法，属于发电机技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS；b、再根据冷却水质量流量‑开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P1。本发明通过结合当前的工况数据，能够实时计算冷却水阀开度，进行前馈控制，最大程度减小扰动，提高冷氢温度的控制精度。

Description

一种冷却水阀开度计算方法
技术领域
本发明涉及到发电机技术领域，尤其涉及一种冷却水阀开度计算方法。
背景技术
近年来，火电市场从传统的基负荷稳定运行逐渐转变为频繁调峰、深度进相的灵活性运行，机组的安全稳定运行面临新的挑战。发电机灵活性运行时，机组负荷不断调节，发电机定子线棒、定子铁芯及转子温度必然随负荷大幅波动，这就要求发电机冷却系统适应这种变化，使发电机内部部件保持在合理的温度范围，确保机组运行安全，尽量延长机组寿命。
大型汽轮发电机通常采用水-氢-氢冷却方式，即定子线圈采用水内冷，定子铁芯和转子绕组由氢气密闭循环系统进行冷却，冷却气体由安装在转子两端的风扇驱动。冷却氢气将吸收的热量通过氢气冷却器传递给冷却器中的冷却水，带出发电机外。通过冷却水的循环，对经过冷却器的热氢进行冷却，确保发电机内部冷氢温度在合适的范围内。冷氢温度太高不利于发电机的散热，并且太高若高于定子冷却水的温度，可能导致氢气结露。
公开号为CN 103811085A，公开日为2014年05月21日的中国专利文献公开了一种核电站发电机氢气冷却系统的冷氢温度监控和调整方法，所述核电站发电机氢气冷却系统包括进水干路、出水干路、至少两个支路、温控阀门、至少两个氢气冷却器以及至少两个隔离阀；所述至少两个支路并联于所述进水干路及所述出水干路之间，所述至少两个氢气冷却器以及所述至少两个隔离阀均分别设置于所述至少两个支路中，所述至少两个隔离阀分别用于调节所述至少两个支路中的冷却水的流量；所述温控阀门设置于该出水干路，其具有自动控制及手动控制两种控制模式，在自动控制模式中，所述温控阀门根据所述至少两个氢气冷却器中的一个氢气冷却器出口处的冷氢的温度自动调节冷却水的总流量；其特征在于，所述冷氢温度监控和调整方法包括如下步骤：(A)分别检测上述至少两个氢气冷却器出口处的冷氢温度；以及(B)手动开大温控阀门，对所述至少两个氢气冷却器的流量分配状态进行扰动，尽量使其平均，并增加总流量。
该专利文献公开的核电站发电机氢气冷却系统的冷氢温度监控和调整方法，在不改变电站机组的运行状态的情况下，能够实现对部分氢气冷却器流量的节流和再分配，降低氢气的温度偏差。但是，不能实时精确的计算冷却水阀开度，不能最大程度的减小扰动，影响冷氢温度的控制精度。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种冷却水阀开度计算方法，本发明通过结合当前的工况数据，能够实时计算冷却水阀开度，进行前馈控制，最大程度减小扰动，提高冷氢温度的控制精度。
本发明通过下述技术方案实现：
一种冷却水阀开度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS；
b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P1。
所述步骤a中，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS具体是指进入氢气冷却器的热氢通过冷却器后，热量被冷却水交换，热氢变成冷氢，根据热平衡方程有：
Cq*(Tqr-Tql)*Wq＝η*Cs*(Tsr-Tsl)*Ws 式1
根据式1，得到冷却水质量流量WS：
Figure BDA0003184982600000021
其中，WS为冷却水质量流量；Cq为氢的比热，kcal/kg℃；Tqr为热氢温度，℃；Tql为冷氢温度，℃；Wq为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；CS为水的比热，kcal/kg℃；TSr为冷却水出口温度，℃；TSl为冷却水入口温度，℃。
所述步骤b中，拟合为线性分段函数具体是指冷却水质量流量WS与冷却水阀开度P1之间的函数关系为式3；
P1＝a*WS+b 式3
其中，P1为冷却水阀开度；a为系数；WS为冷却水质量流量；b为系数。
所述步骤b中，冷却水阀开度P1根据式2和式3计算获得；
Figure BDA0003184982600000022
其中，P1为冷却水阀开度；a为系数；Cq为氢的比热，kcal/kg℃；Tqr为热氢温度，℃；Tql为冷氢温度，℃；Wq为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；CS为水的比热，kcal/kg℃；TSr为冷却水出口温度，℃；TSl为冷却水入口温度，℃；b为系数。
所述系数a和系数b是根据冷却水阀的阀门特性行程-流量曲线，经过换算得到开度与流量的曲线确定得出。
还包括冷却水阀开度打开步骤，具体是指将计算求得的冷却水阀开度P1作为冷却水阀开度指令，冷却水阀开度指令通过伺服控制卡输出到伺服阀，经伺服阀转换后输出至执行机构，执行机构驱动冷却水阀打开到目标开度。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，“a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS；b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P1”，作为一个完整的技术方案，较现有技术而言，通过结合当前的工况数据，能够实时计算冷却水阀开度，进行前馈控制，最大程度减小扰动，提高冷氢温度的控制精度。
2、本发明，较现有技术在不同的季节，冷却水的温度差异较大，导致冷却器换热结果差异较大，实际运行过程中，需要运行人员根据热氢温度及冷却水温度不断手动调节冷却水阀开度而言，通过实时计算冷却水阀开度，从而能够满足发电机灵活性运行，工况多变的需求，减轻运行人员的工作强度。
3、本发明，基于发电机不同负荷下其发热量不同，通过计算冷却水质量流量，实现了氢气冷却器冷氢温度的精确控制，这样既能够将发电机内部部件温度控制在合理的范围内，又能够维持轴系标高的稳定，从而避免发电机局部过热以及由于冷氢温度波动较大带来的轴系振动。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
图1为本发明冷却水阀打开控制原理图。
具体实施方式
实施例1
一种冷却水阀开度计算方法，包括以下步骤：
a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS；
b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P1。
“a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS；b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P1”，作为一个完整的技术方案，较现有技术而言，通过结合当前的工况数据，能够实时计算冷却水阀开度，进行前馈控制，最大程度减小扰动，提高冷氢温度的控制精度。
实施例2
一种冷却水阀开度计算方法，包括以下步骤：
a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS；
b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P1。
所述步骤a中，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS具体是指进入氢气冷却器的热氢通过冷却器后，热量被冷却水交换，热氢变成冷氢，根据热平衡方程有：
Cq*(Tqr-Tql)*Wq＝η*Cs*(Tsr-Tsl)*Ws 式1
根据式1，得到冷却水质量流量WS：
Figure BDA0003184982600000041
其中，WS为冷却水质量流量；Cq为氢的比热，kcal/kg℃；Tqr为热氢温度，℃；Tql为冷氢温度，℃；Wq为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；CS为水的比热，kcal/kg℃；TSr为冷却水出口温度，℃；TSl为冷却水入口温度，℃。
实施例3
一种冷却水阀开度计算方法，包括以下步骤：
a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS；
b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P1。
所述步骤a中，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS具体是指进入氢气冷却器的热氢通过冷却器后，热量被冷却水交换，热氢变成冷氢，根据热平衡方程有：
Cq*(Tqr-Tql)*Wq＝η*Cs*(Tsr-Tsl)*Ws 式1
根据式1，得到冷却水质量流量WS：
Figure BDA0003184982600000042
其中，WS为冷却水质量流量；Cq为氢的比热，kcal/kg℃；Tqr为热氢温度，℃；Tql为冷氢温度，℃；Wq为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；CS为水的比热，kcal/kg℃；TSr为冷却水出口温度，℃；TSl为冷却水入口温度，℃。
所述步骤b中，拟合为线性分段函数具体是指冷却水质量流量WS与冷却水阀开度P1之间的函数关系为式3；
P1＝a*WS+b 式3
其中，P1为冷却水阀开度；a为系数；WS为冷却水质量流量；b为系数。
所述步骤b中，冷却水阀开度P1根据式2和式3计算获得；
Figure BDA0003184982600000051
其中，P1为冷却水阀开度；a为系数；Cq为氢的比热，kcal/kg℃；Tqr为热氢温度，℃；Tql为冷氢温度，℃；Wq为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；CS为水的比热，kcal/kg℃；TSr为冷却水出口温度，℃；TSl为冷却水入口温度，℃；b为系数。
实施例4
一种冷却水阀开度计算方法，包括以下步骤：
a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS；
b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P1。
所述步骤a中，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS具体是指进入氢气冷却器的热氢通过冷却器后，热量被冷却水交换，热氢变成冷氢，根据热平衡方程有：
Cq*(Tqr-Tql)*Wq＝η*Cs*(Tsr-Tsl)*Ws 式1
根据式1，得到冷却水质量流量WS：
Figure BDA0003184982600000052
其中，WS为冷却水质量流量；Cq为氢的比热，kcal/kg℃；Tqr为热氢温度，℃；Tql为冷氢温度，℃；Wq为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；CS为水的比热，kcal/kg℃；TSr为冷却水出口温度，℃；TSl为冷却水入口温度，℃。
所述步骤b中，拟合为线性分段函数具体是指冷却水质量流量WS与冷却水阀开度P1之间的函数关系为式3；
P1＝a*WS+b 式3
其中，P1为冷却水阀开度；a为系数；WS为冷却水质量流量；b为系数。
所述步骤b中，冷却水阀开度P1根据式2和式3计算获得；
Figure BDA0003184982600000061
其中，P1为冷却水阀开度；a为系数；Cq为氢的比热，kcal/kg℃；Tqr为热氢温度，℃；Tql为冷氢温度，℃；Wq为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；CS为水的比热，kcal/kg℃；TSr为冷却水出口温度，℃；TSl为冷却水入口温度，℃；b为系数。
所述系数a和系数b是根据冷却水阀的阀门特性行程-流量曲线，经过换算得到开度与流量的曲线确定得出。
较现有技术在不同的季节，冷却水的温度差异较大，导致冷却器换热结果差异较大，实际运行过程中，需要运行人员根据热氢温度及冷却水温度不断手动调节冷却水阀开度而言，通过实时计算冷却水阀开度，从而能够满足发电机灵活性运行，工况多变的需求，减轻运行人员的工作强度。
实施例5
参见图1，一种冷却水阀开度计算方法，包括以下步骤：
a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS；
b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P1。
所述步骤a中，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS具体是指进入氢气冷却器的热氢通过冷却器后，热量被冷却水交换，热氢变成冷氢，根据热平衡方程有：
Cq*(Tqr-Tql)*Wq＝η*Cs*(Tsr-Tsl)*Ws 式1
根据式1，得到冷却水质量流量WS：
Figure BDA0003184982600000062
其中，WS为冷却水质量流量；Cq为氢的比热，kcal/kg℃；Tqr为热氢温度，℃；Tql为冷氢温度，℃；Wq为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；CS为水的比热，kcal/kg℃；TSr为冷却水出口温度，℃；TSl为冷却水入口温度，℃。
所述步骤b中，拟合为线性分段函数具体是指冷却水质量流量WS与冷却水阀开度P1之间的函数关系为式3；
P1＝a*WS+b 式3
其中，P1为冷却水阀开度；a为系数；WS为冷却水质量流量；b为系数。
所述步骤b中，冷却水阀开度P1根据式2和式3计算获得；
Figure BDA0003184982600000071
其中，P1为冷却水阀开度；a为系数；Cq为氢的比热，kcal/kg℃；Tqr为热氢温度，℃；Tql为冷氢温度，℃；Wq为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；CS为水的比热，kcal/kg℃；TSr为冷却水出口温度，℃；TSl为冷却水入口温度，℃；b为系数。
所述系数a和系数b是根据冷却水阀的阀门特性行程-流量曲线，经过换算得到开度与流量的曲线确定得出。
还包括冷却水阀开度打开步骤，具体是指将计算求得的冷却水阀开度P1作为冷却水阀开度指令，冷却水阀开度指令通过伺服控制卡输出到伺服阀，经伺服阀转换后输出至执行机构，执行机构驱动冷却水阀打开到目标开度。
基于发电机不同负荷下其发热量不同，通过计算冷却水质量流量，实现了氢气冷却器冷氢温度的精确控制，这样既能够将发电机内部部件温度控制在合理的范围内，又能够维持轴系标高的稳定，从而避免发电机局部过热以及由于冷氢温度波动较大带来的轴系振动。

Claims (6)

1.一种冷却水阀开度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将工况参数中测量得到的热氢温度和冷却水温度作为扰动量，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS；
b、再根据冷却水质量流量-开度曲线，拟合为线性分段函数，得到冷却水阀开度与工况参数的函数关系，计算求得冷却水阀开度P1。
2.根据权利要求1所述的一种冷却水阀开度计算方法，其特征在于：所述步骤a中，利用热平衡方程计算出冷却水质量流量WS具体是指进入氢气冷却器的热氢通过冷却器后，热量被冷却水交换，热氢变成冷氢，根据热平衡方程有：
Cq*(Tqr-Tql)*Wq＝η*Cs*(Tsr-Tsl)*Ws 式1
根据式1，得到冷却水质量流量WS：
Figure FDA0003184982590000011
其中，WS为冷却水质量流量；Cq为氢的比热，kcal/kg℃；Tqr为热氢温度，℃；Tql为冷氢温度，℃；Wq为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；CS为水的比热，kcal/kg℃；TSr为冷却水出口温度，℃；TSl为冷却水入口温度，℃。
3.根据权利要求1所述的一种冷却水阀开度计算方法，其特征在于：所述步骤b中，拟合为线性分段函数具体是指冷却水质量流量WS与冷却水阀开度P1之间的函数关系为式3；
P1＝a*WS+b 式3
其中，P1为冷却水阀开度；a为系数；WS为冷却水质量流量；b为系数。
4.根据权利要求3所述的一种冷却水阀开度计算方法，其特征在于：所述步骤b中，冷却水阀开度P1根据式2和式3计算获得；
Figure FDA0003184982590000012
其中，P1为冷却水阀开度；a为系数；Cq为氢的比热，kcal/kg℃；Tqr为热氢温度，℃；Tql为冷氢温度，℃；Wq为氢的质量流量，kg/h；η为冷却器的换热效率；CS为水的比热，kcal/kg℃；TSr为冷却水出口温度，℃；TSl为冷却水入口温度，℃；b为系数。
5.根据权利要求4所述的一种冷却水阀开度计算方法，其特征在于：所述系数a和系数b是根据冷却水阀的阀门特性行程-流量曲线，经过换算得到开度与流量的曲线确定得出。
6.根据权利要求1所述的一种冷却水阀开度计算方法，其特征在于：还包括冷却水阀开度打开步骤，具体是指将计算求得的冷却水阀开度P1作为冷却水阀开度指令，冷却水阀开度指令通过伺服控制卡输出到伺服阀，经伺服阀转换后输出至执行机构，执行机构驱动冷却水阀打开到目标开度。
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