第２６卷第４期２０１２年７月ＰＯＷＥＲ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴＶｏｌ．２６，Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ．２０１２收稿日期：２０１２－０４－２３作者简介：刘向民（１９７７－），男，工程师，主要从事汽轮机及其热力系统性能试验研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｘｉａｎｇｍｉｎ＠ｓｐｅｒｉ．ｃｏｍ．ｃｎ联合循环汽轮机热力性能试验方法的研究刘向民（上海发电设备成套设计研究院，上海２００２４０）摘 要：介绍了燃气轮机改联合循环发电的汽轮机热力性能试验，给出了试验方案、计算方法、修正方法和试验不确定度计算方法，分析了试验结果，提出了优化试验方案的建议。
通过试验得出：热耗率总不确定度为±０．４２０，发电机功率总不确定度为±０．３５５％，表明了该试验方案能够保证试验结果的准确、有效。
关键词：联合循环；汽轮机；热力性能；试验方法；改造中图分类号：ＴＫ２６７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－０８６Ｘ（２０１２）０４－０２２６－０４Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｓｔｅａｍ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆＧａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｕｎｉｔ Ｅｘｐａｎｄｅｄ ｔｏ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ＣｙｃｌｅＬＩＵ Ｘｉａｎｇ－ｍｉｎ（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｐｏｗｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ａ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ｕｎｉｔ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｔｏ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｃｙｃｌｅ ｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｅｓｔ ｐｒｏｇｒａｍ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄａｒｅ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｐｌａｎ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｏｆ ｈｅａｔ ｒａｔｅ ｉｓ±０．４２０ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｕｔｐｕｔ ｉｓ±０．３５５％．Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｐｒｏｇｒａｍ ｃａｎ ｅｎｓｕｒｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ａｎｄ ｖａｌｉｄ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｃｙｃｌｅ；ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ；ｔｈｅｒｍａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ；ｒｅｔｒｏｆｉｔ 一座以天然气为燃料的燃气轮机电厂装有４台９Ｅ级燃气轮机发电机组，在运行一段时间后，需要改造成联合循环，利用燃气轮机排出的余热发电，以进一步提高发电厂的热经济性，为此进行了扩建工程，安装了４台余热锅炉和２台汽轮机。
该扩建工程项目规定了必须对汽轮机的热力性能保证值进行考核。
对联合循环中汽轮机的热力性能试验，国内至今尚无专门标准可循，因此在实际工作中以ＧＢ／Ｔ ８１１７．１《大型凝汽式汽轮机高准确度试验》［１］作为参考，综合考虑了试验的准确度、实施难易度和试验成本等因素，研究制定了试验方案。
１ 试验方案 该汽轮机为单压、无再热、直接冷凝式的引进汽轮机，其额定主蒸汽压力为４．２０２ＭＰａ，主蒸汽温度为５０３℃。
额定工况下汽轮机热力性能保证值：热耗１１ １０２ｋＪ／（ｋＷ·ｈ），发电机输 出功率１０７ ２９１ｋＷ。
额定工况热平衡图见图１。
图１ 额定工况的汽轮机热平衡图第４期刘向民：联合循环汽轮机热力性能试验方法的研究１．１基本方法 根据合同对保证值的要求，确定需要的测点和位置，并选择相应的试验用仪器仪表。
分析试验仪表的系统不确定度，检查和调整测点数量、仪器仪表的数量和等级，将试验前总不确定度控制在±０．５％。
在满足规定条件的情况下按照试验大纲进行试验，每次试验都必须选取一段合理并足够的数据用于试验结果的计算和修正。
分析试验后不确定度，如试验后不确定度在试验前预估的范围之内，可将修正后试验结果与合同保证值进行比较。
１．２试验测点布置 试验测点分为主要测点和辅助测点：主要测点是测量用于计算的参数，而辅助测点则是用于监测试验和试验后分析用的参数。
主要测点可以用现场已有的测点来代替，但要满足安装和测量的要求；而辅助测点则往往可以直接使用现场已有的测点。
该试验的辅助测点包括调节级压力、主给水流量、主蒸汽流量、低旁温度等。
该试验主要测点见图２。
图２ 试验系统图及其主要测点１．３试验仪器仪表 该试验将仪器仪表主要分为三类：第一类仪器仪表经过校验机构检测合格，测量用于计算的试验参数；第二类仪器仪表是使用现场运行仪表，测量用于计算的试验参数；第三类是辅助性仪器仪表，用于监测试验。
第一类仪器仪表应具有高准确度，比如电功率表、流量测量装置等；第二类仪器仪表应有出厂报告，并可以就地进行校验，如果现场不具备条件，可采用比对的办法来检查，如水位计、电压互感器等；第三类仪器仪表包括用于检查系统泄漏情况的红外测温仪以及未校验过的热电偶等。
除了电压互感器和水位计之外，该试验中使用的其他试验仪器仪表都由具有资质的机构进行了校验。
试验测点、参数和仪表类别之间的关系见表１。
表１ 试验测点、参数和仪表类别间的关系试验测点试验参数试验仪表类别校验要求试验计算主要主要第一类实验室校验参与第二类实验室校验或就地校验或比对检查参与辅助辅助第三类无需校验不参与 对各类仪表的要求是：（１）压力使用第一类仪表，准确度为０．１级的压力变送器，包括表压和绝对压力等变送器，仪表的测量不确定度小于０．３％。
（２）温度使用第一类仪表，带有补偿导线的Ｋ型热电偶测量，准确度在±０．６Ｋ以内。
（３）流量使用第一类仪器，科里奥利力质量流量计测量主凝结水流量，准确度为０．２％。
（４）电功率使用第一类仪器，准确度为０．１５％的电功率表测量发电机功率。
电压互感器的准确度为０．１级，是第一类仪表；电流互感器的准确度为０．３级，是第二类仪表。
（５）其他仪器仪表使用专用的数据采集系统来采集数据。
水位计具有出厂检验报告并经过现场检查。
１．４试验运行条件１．４．１系统隔离试验前按照隔离清单，对主蒸汽系统、辅汽系统、凝结水系统、给水系统、余热锅炉高压和低压系统进行了隔离。
系统不明泄漏率应小于０．４％。
１．４．２允许偏差试验主要的运行参数与设计值的偏差应在规定的范围内，见表２［１］。
表２ 试验运行的允许偏差名称运行参数与设计值的允许偏差高压蒸汽温度／℃±１５高压蒸汽压力／％±３电功率／％±５排汽压力／ｋＰａ±２．５１．４．３时间和次数单次试验持续时间为１．５ｈ，然后重复一次。
热耗率重复性偏差在±０．２５％以内。
２ 计算和修正方法２．１计算方法·７２２·第２６卷 该汽轮机热力系统无加热器和除氧器，通过测量主凝结水量和系统不明泄漏量，即可确定进入汽轮机的主蒸汽流量。
直接测量发电机功率、功率因数和励磁机功率，确定修正到额定条件下的发电机功率，然后计算得到汽轮机热耗率。
２．１．１发电机功率的计算发电机功率的计算公式为：Ｐｇｅｎ＝Ｐｇｅｎ，ｍ－Ｐｅｐ（１）式中：Ｐｇｅｎ为发电机功率，ｋＷ；Ｐｇｅｎ，ｍ为测得的发电机功率，ｋＷ；Ｐｅｐ为励磁机功率，ｋＷ。
Ｐｇｅｎ，ｔ＝Ｐｇｅｎ－（Ｐｌ，ｔ－Ｐｌ，ｒ）（２）式中：Ｐｇｅｎ，ｔ为修正到额定功率因数下的发电机功率，ｋＷ；Ｐｌ，ｔ为试验功率因数下的发电机损失，ｋＷ；Ｐｌ，ｒ为额定功率因数下的发电机损失，ｋＷ。
２．１．２汽轮机热耗率的计算热耗率的计算公式为：Ｒｈ，ｔ＝Ｍｍｓｈｍｓ－ＭｃｗｈｃｗＰｇｅｎ，ｔ×１０００（３）式中：Ｒｈ，ｔ为试验热耗率，ｋＪ／（ｋＷ·ｈ）；Ｍｍｓ为主蒸汽流量，ｔ／ｈ；ｈｍｓ为主蒸汽焓，ｋＪ／ｋｇ；Ｍｃｗ为凝结水流量，ｔ／ｈ；ｈｃｗ为凝结水焓，ｋＪ／ｋｇ；Ｐｇｅｎ，ｔ为修正到额定功率因数下的发电机功率，ｋＷ。
２．２修正方法 利用修正曲线进行参数修正。
２．２．１发电机功率的修正Ｐｇｅｎ，ｃ＝Ｐｇｅｎ，ｔ－（Ｆｃ，ｐ＋Ｆｃ，ｔ＋Ｆｃ，ｂｐ）（４）式中：Ｐｇｅｎ，ｃ为修正后电功率，ｋＷ；Ｆｃ，ｐ为主蒸汽压力修正量，ｋＷ；Ｆｃ，ｔ为主蒸汽温度修正量，ｋＷ；Ｆｃ，ｂｐ为背压修正量，ｋＷ。
２．２．２热耗率的修正Ｒｈ，ｃ＝Ｒｈ，ｔ－（Ｆ′ｃ，ｐ＋Ｆ′ｃ，ｔ＋Ｆ′ｃ，ｂｐ）（５）式中：Ｒｈ，ｃ为修正后热耗率，ｋＪ／（ｋＷ·ｈ）；Ｆ′ｃ，ｐ为主蒸汽压力修正量，ｋＪ／（ｋＷ·ｈ）；Ｆ′ｃ，ｔ为主蒸汽温度修正量，ｋＪ／（ｋＷ·ｈ）；Ｆ′ｃ，ｂｐ为背压修正量，ｋＪ／（ｋＷ·ｈ）。
２．３计算结果 主要数据和修正后的结果见表３。
表３ 试验数据和计算结果项目预备性试验试验工况（１）主蒸汽压力／ＭＰａ ４．２８ ４．２６主蒸汽温度／℃５００．４ ５００．３主蒸汽焓／（ｋＪ·ｋｇ－１）３ ４４２．６ ３ ４４２．７主蒸汽流量／（ｔ·ｈ－１）３５２．２５ ３５０．６２排汽压力／ｋＰａ ７．８１ ７．７８凝结水压力／ＭＰａ ２．０６ ２．０８凝结水温度／℃４１．２ ４１．２凝结水焓／（ｋＪ·ｋｇ－１）１７４．３ １７４．２凝结水流量／（ｔ·ｈ－１）３５３．０３ ３５１．３７发电机功率／ｋＷ １０７ ０３０．３ １０６ ７８９．３发电机损失／ｋＷ １ ５３１．９ １ ４８９．２励磁功率／ｋＷ １６３．５ １４４．８额定条件下发电机功率／ｋＷ １０６ ７０４．０ １０６ ４４２．３试验热耗率／（ｋＪ·ｋＷ－１·ｈ－１）１０ ８１３．１ １０ ７８９．４修正到额定工况下的发电机功率主蒸汽压力修正值／ｋＷ ２ １３５．８ １ ５７３．３主蒸汽温度修正值／ｋＷ－３３７．２－３４４．４排汽压力修正值／ｋＷ－５２４．５－５２７．９修正后发电机功率／ｋＷ １０７ ５６５．７ １０７ ３１４．６修正到额定工况下的热耗主蒸汽压力修正值／（ｋＪ·ｋＷ－１·ｈ－１）－０．６－０．４主蒸汽温度修正值／（ｋＪ·ｋＷ－１·ｈ－１）１７．３ １７．７排汽压力修正值／（ｋＪ·ｋＷ－１·ｈ－１）－６４．３－６２．４修正后热耗率／（ｋＪ·ｋＷ－１·ｈ－１）１０ ８６０．７ １０ ８３４．５重复性（相对偏差）／％０．２４修正到额定工况的主蒸汽流量／（ｔ·ｈ－１）３５３．１ ３５１．４２．４不确定度计算 试验总不确定度包括了系统不确定度和随机不确定度。