电站汽轮机性能检测不确定度评定
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一、概 述
1.1 目 的
评定汽轮机热耗率测量的不确定度。
1.2 检测依据的标准
ANSI/ASME PTC6-1996《Steam Turbines Performance Test Code》
GB 8117-1987《电站汽轮机热力性能验收试验规程》
1.3 检测使用的仪器设备
(1) 压力测量设备：根据测量介质及试验要求，可采用压力变送器、静重式压力计或弹簧管压力表等，测量装备不确定度与具体设备有关；
(2) 温度测量设备：根据测量介质及试验要求，可采用电阻温度计、热电偶等，测量装备不确定度与具体设备有关；
(3) 差压测量设备：采用差压变送器，测量装备不确定度与具体设备有关；
(4) 功率测量设备：根据测量介质及试验要求，可采用功率表、电度表等，测量装备不确定度与具体设备有关；
(5) 流量测量设备：根据测量介质及试验要求，可采用喷嘴、孔板、超声波流量计等，测量装备不确定度与具体设备有关；
1.4 检测程序
(1) 明确试验范围、试验测点等试验要求；
(2) 安装试验测点，并调试；
(3) 对检测对象进行隔离，确保检测对象符合试验要求；
(4) 现场运行人员对检测对象进行运行调整，确保检测对象各参数波动符合试验要求；
(5) 采集试验数据。测量与检测对象计算有关的热力特性参数，并计算各单项测量参数的不确定度（如主蒸汽压力、温度等）；计算与被检测对象计算有关的间接测量参数的不确定度。这些间接参数是指流量、功率、比焓等通过其他参数进行计算而得出的参数；确定各参数对被检测对象的影响。一般可采用经验数据、解析微分法或能耗局部定量分析法计算；计算检测对象的不确定度，即把每个参数的不确定度进行合成；
(6) 试验结束，恢复检测对象至正常运行状态；
1.5 不确定度评定结果的应用
符合上述条件或十分接近上述条件的同类测量结果，一般可以参照本例的评定方法。
二、 数学模型
典型一次再热式凝汽汽轮机热耗率计算模型为：
式中：
— 热耗率，；
— 发电机功率，；
、— 主蒸汽流量、焓，、；
、— 给水流量、焓，、；
、— 再热热段蒸汽流量、焓，、；
、— 再热冷段蒸汽流量、焓，、；
、— 过热减温水流量、焓，、；
、— 再热减温水流量、焓，、；
三 不确定度评定
3.1 直接测量值的不确定度
一般而言，直接测量参数P的不确定度是由测量装置本身的仪表不确定度、随时间变化的测量参数而引入的采样不确定度，以及有限个读数和采样点产生的空间不确定度三部分组成。
3.1.1 测量装置的不确定度
测量装置的不确定度通常是不确定度的主要来源，如果被测量参数是由相同类型和精度等级的数台测量装置的测量读数平均值确定的，则该平均值的不确定度是单台测量装置的不确定度除以所使用的相同测量装置台数的平方根。即
式中：
— 所用测量装置的台数；
— 单台测量装置的不确定度；
— 测量装置造成的测量平均值的不确定度；
3.1.1.1 压力测量
表1是汽轮机热耗率检测中常用压力测量装置的不确定度的数值。
表1 汽轮机热耗率检测试验常用压力测量装置及其不确定度
测量装置 质量和等级 不确定度
压力变送器 ⑴ 试验用，中等精确度，经实验室校验的表压或绝对压力变送器；
⑵ 电站用，由静重式校验仪校验过的表压或绝对压力变送器； 满刻度的0.1%
满刻度的0.25-0.50%
静重式压力计 ⑴ 经过实验室校验；
⑵ 未经校验； 读数的0.1%
面积比10：1时，额定量程的0.1%；面积比100：1时，额定量程的0.25%
弹簧管压力表 ⑴ 试验用，实验室应用型，现场校验，有温度补偿；
⑵ 电站用，在运行工况下现场校验；
⑶ 电站用，未经校验； 满刻度的0.5%
满刻度的1.0%
未定
3.1.1.2 温度测量
表2是汽轮机热耗率检测中常用温度测量装置的不确定度的数值。
表2 汽轮机热耗率检测试验常用温度测量装置及其不确定度
测量装置 质量和等级 不确定度
电阻温度计 试验用，实验前后按规程校验，配用精确度为0.03%的电桥或同等精确度的数值采集转换装置 0.5℃
热电偶 ⑴ 试验用，连续引线，实验前后按规程校验，配用精确度为0.03%的电位计或同等精确度的数值采集转换装置；
⑵ 试验用，连续引线，对照二级标准校验，配用精确度为0.05%的电位计或同等精确度的数值采集转换装置；
⑶ 用精密级的补偿导线，对照二级标准校验，配用精确度为0.05%的电位计或同等精确度的数值采集转换装置；
⑷ 用标准补偿导线组装，未经校验，配用精确度为2.0%电位计或同等精确度的数值温度表或采集装置；
⑸ 电站记录用热电偶，用标准引线组装，未经校验，配用精确度为0.3%的电站记录用电位计； 0.5℃
1.0℃
1.7℃
4.0℃
5.6℃
3.1.1.3 电量测量
表3 汽轮机热耗率检测试验常用电量测量装置及其不确定度
测量装置 质量和等级 不确定度
功率表 ⑴ 高精度功率变送器配有可比精确度的高分辨率数字显示装置；
⑵ 便携式单项功率表，试验前经过校验；
⑶ 配电盘式功率表，试验前经过校验；
⑷ 未经校验的功率表（不推荐用于试验） 读数的0.1-0.2%
满刻度的精确度等级
满刻度的精确度等级
可达5%
电度表 ⑴ 配有高精确度数字显示装置的电子电度表；
⑵ 便携式三相电度表，置于温控箱内，无机械记录器，试验前经过校验；
⑶ 配电盘式三相电度表，有机械记录器，试验前经过校验；
⑷ 未经校验的电度表（不推荐用于试验） 0.15%三相、0.20%单相
0.25%三相、0.50%单相
0.50%三相、1.00%单相
可达5%
电压互感器 ⑴ 0.3级精确度，试验前在预计达到的电压、电流和负载范围内按变比、相角校验；
⑵ 已有典型校验曲线可利用，并已知负载伏安特性和功率因数；
⑶ 未经校验，带已知负载；
⑷ 未经校验，带未知负载，但不超载，精确度0.3级； 0.1%
0.2%（功率因数1.00）
0.3%（功率因数0.85）
与精确度等级相当
1.5%
电流互感器 ⑴ 0.3级精确度，试验前在预计达到的电压、电流和负载范围内按变比、相角校验；
⑵ 已有典型校验曲线可利用，并已知负载伏安特性和功率因数；
⑶ 未经校验，带未知负载，但不超载；在互感器100%的额定电流时；
⑷ 未经校验，带未知负载，但不超载；在互感器10%的额定电流时； 0.05%
0.10%
与精确度等级相当
两倍精确度等级
3.1.1.4 流量测量
表 4 汽轮机热耗率检测试验常用流量（液体）测量装置及其不确定度
测量装置 质量和等级 不确定度
长径喷嘴
（喉部取压） ⑴ 经过校验，符合规程要求；
⑵ 经过校验，用外推系数曲线，试验前检查；
⑶ 未经校验，试验前后检查； 0.15%
0.25-0.35%
0.8%
长径喷嘴
（D-D/2取压） ⑴ 经过校验，符合规程要求；
⑵ 经过校验，用外推系数曲线，试验前检查；
⑶ 未经校验，试验前后检查；
⑷ 未经校验，永久性安装前检查过； 0.25%
0.50-0.60%
2.00%
3.20%
1932 ISA喷嘴
（角接取压） 未经校验，试验前后检查； 1.00%
标准孔板
（D-D/2、角接、法兰取压） ⑴ 未经校验，试验前后检查；
⑵ 未经校验，永久性安装前检查过； 1.00%
3.20%
3.1.2 采样不确定度（时间变化性的不确定度）
采样不确定度是由采样时间不同使被测量参数出现差异造成的不确定度。试验参数的变化随时间而异，其幅值的大小及频率取决于被测量参数自身的特性和试验方法。标准给出了确定把因采样时间不同造成被测量参数出现差异对检测结果合成不确定度的影响降至最小的读数数量的方法，如试验无法满足该要求时，则必须单独考虑它的影响。如样本数量N大于10个，则用试验标准差S表征测量结果的分散性，即
式中：
— 样本数量，即测量值的数目；
— 第次测量结果；
— 测量值的算术平均值；...
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