2023燃氣輪機性能監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)開發(fā)及工程應(yīng)用研究

燃氣輪機性能監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)開發(fā)及工程應(yīng)用研究基于燃氣輪機運行數(shù)據(jù)開發(fā)性能監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)，有利于掌握燃氣輪機整體性透平排氣溫度異常預警診斷模型，并在廣東某GE9E重型燃氣輪機實現(xiàn)了工程示范應(yīng)用。結(jié)果表明：所開發(fā)的性能監(jiān)測模型可以實時監(jiān)測燃氣輪機關(guān)鍵性能參數(shù)，計算誤差小于1%；預警診斷模型能夠?qū)崟r監(jiān)視壓氣機出口壓力和透平排氣溫度實際運行值與正限值范圍內(nèi)設(shè)備的劣化狀態(tài)及異常情況無法被關(guān)注和處理[3]?；谌細廨啓C運行數(shù)據(jù)的故障預警模國外燃氣輪機制造商及相關(guān)學者都在致力于[4]。美國通用Predix子（Siemens）開發(fā)了基于云的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)MindSphere氣輪機遠程監(jiān)控中心（remotemonitoringcenter，RM56hoi等人[7]Android等人[8]國內(nèi)眾多高校也在燃氣輪機性能監(jiān)測及診斷技術(shù)方面開展了相關(guān)研究[9-11]。其中，清華大學[12]采用的運行數(shù)據(jù)和熱力學模型預估燃氣輪機各部件運交通大學則先后開發(fā)了基于熱參數(shù)的燃氣輪機故年來又在基于注意力機制的燃氣輪機故障診斷方法開展相關(guān)研究[16]。

開展燃氣輪機性能監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)開發(fā)與工采用C++JavaScripthtml5java了適用于燃氣輪機性能監(jiān)測和故障預警診斷模型及模型的圖層管理。數(shù)據(jù)組件主要用于數(shù)據(jù)的調(diào)（出口膨脹過程能量轉(zhuǎn)換間的守恒方程、等熵效率（23）燃氣輪機性能監(jiān)測與故障預警系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)均來源于機組現(xiàn)有測點，關(guān)鍵測點參數(shù)見表1。表1關(guān)鍵測點參數(shù)Tab.1Keymeasurementpointparameters測點數(shù) 名稱大氣對/%

關(guān)鍵測點參數(shù)主要包括以下兩類：以廣東某GE9E重型燃氣輪機為研究對象，根進氣系統(tǒng)進氣壓力/Pa

AFPAP1BAFPAP1C

據(jù)其熱力學工作原理，劃分為8個截面。工作原理壓氣入溫度/℃ CTIM壓氣出壓力/Pa CPD壓氣出溫度/℃ CTD進口轉(zhuǎn)葉（IGV）度/(°) CSGV燃料量/(m3·s–1) FQGVI燃料溫度/℃ FTG燃料氣成分燃料熱值/(MJ·m–3) KFG_LHV透平氣度/℃ TTXM透平氣差/Pa AFPEP進氣損/Pa AFPCS燃氣機率/MW DWATT壓比 CPR燃氣機速/%

及截面劃分如圖1所示。圖1重型燃氣輪機工作原理及截面劃分Fig.1Workingprincipleandsectiondivisionofheavy-dutygasturbine各截面性能參數(shù)的計算公式見表2。表2中：α為冷卻空氣系數(shù)；σB為燃燒室總壓恢復系數(shù)。表2性能計算公式Tab.2Performancecalculationformula編號 截面 流量G/(kg·s–1) 壓力p/Pa 溫度T/℃1 大氣 G1 p1=pa T1=Ta2 壓氣機進口 2=11-) p=1pin T2=1壓氣機出口 G3=G2 p3=T·p2

■T

CC

■11T 抽氣口 G4=G1 p4=p3燃燒室進口 G5=G4 p5=p4

■ ■TTTT燃燒室出口 G6=G5+Gfuel p6=b·p5 T6透平進口 G7=G6 p7=p6 T7=T6■ ■ ■■透平出口 G=G

pp

TT11■1■87

■

■ ■

■■2IGV

實時監(jiān)測，可對壓氣機流量、透平級前溫度、壓氣機效率、透平效率、燃氣輪機效率等關(guān)鍵性能指標（（DL/T904—013燃氣輪機性能監(jiān)測模型搭建完成后，需根據(jù)熱平衡圖、設(shè)計數(shù)據(jù)、性能試驗數(shù)據(jù)等對模型進行離

31%圖2燃氣輪機性能監(jiān)測模型示意Fig.2Schematicdiagramofgasturbineperformancemonitoringmodel3燃氣輪機故障預警及診斷圖3燃氣輪機性能指標Fig.3Changesofperformanceindexesofthegasturbine表3燃氣輪機性能監(jiān)測模型標定Tab.3Calibrationofthegasturbineperformancemonitoringmodel項目設(shè)計值計算值偏差/%燃氣輪機功率/MW123.4123.4（給定）0燃料流量/(kg·s–1)7.297.28–0.137壓氣機流量/(kg·s–1)403.7403.80.025透平級前溫度/℃10771076–0.093壓氣機等熵效率/%87.3387.370.046透平等熵效率/%89.5289.730.235

通常來講，燃氣輪機氣路故障會導致部件特性偏離設(shè)計點，進而造成燃氣輪機總體性能下降，主要表現(xiàn)為燃氣輪機效率、輸出功率的下降以及排氣流量和溫度的變化[17-18]。由于燃氣輪機部件的效率和流量在實際中不能實時測量，因此燃氣輪機的氣路故障預警及診斷就要通過可測量的燃氣輪機運行參數(shù)對燃氣輪機各部件的健康狀況進行分析，通過測量數(shù)據(jù)和應(yīng)有數(shù)值偏差分析各物理參數(shù)的關(guān)聯(lián)性，推算出部件的性能衰減趨勢，指導燃氣輪機運行維護工作。的

44IGV功率；Y圖4壓氣機葉片結(jié)垢預警診斷模型Fig.4Theearlywarningdiagnosismodelofcompressorbladefouling為了驗證壓氣機葉片結(jié)垢預警診斷模型的準GE9E20201015

2021年3月31日壓氣機性能進行驗證分析，結(jié)果如圖5所示。圖5壓氣機葉片結(jié)垢預警診斷模型驗證分析結(jié)果Fig.5Validationandanalysisresultsoftheearlywarningdiagnosismodelforcompressorbladefouling2020102220201221

表現(xiàn)為壓氣機出口壓力和燃氣輪機功率都發(fā)生了66

訓練模型，再通過對比透平排氣溫度的實際值和預測值，判斷透平是否發(fā)生排氣溫度異?，F(xiàn)象。為了驗證透平排氣溫度異常預警診斷模型的GE9E2020315日—2021131果如圖7所示。圖6透平排氣溫度異常預警診斷模型Fig.6Theearlywarningdiagnosismodelforabnormalturbineexhausttemperature圖7透平排氣溫度異常預警診斷模型驗證分析結(jié)果Fig.7Validationandanalysisresultsoftheearlywarningdiagnosismodelforturbineexhaustt