專利名稱：：測試大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振模態(tài)的掃頻法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)、大型火力發(fā)電廠，需要汽輪發(fā)電機(jī)組或大容量電動機(jī)的工業(yè)領(lǐng)域
背景技術(shù)：
：大型火力汽輪機(jī)組技術(shù)是我國重大裝備的關(guān)鍵設(shè)備之一，發(fā)電廠的大規(guī)模建設(shè)是我國工業(yè)快速發(fā)展的保障。大功率機(jī)組的軸系具有輕質(zhì)柔性、多支承、大跨距、高功率密度的特征，發(fā)電機(jī)材料利用系數(shù)提高，軸系截面功率密度相對增大，軸系的加長使扭轉(zhuǎn)剛度下降，軸系固有頻率譜相對較密，誘發(fā)振動的能量較低；同時電網(wǎng)也在朝著超高壓大區(qū)域的方向發(fā)展，超高壓遠(yuǎn)距離輸電大量采用串補(bǔ)電容提高電網(wǎng)輸電能力，以及新型采用電力電子元件的輸配電和控制技術(shù)的應(yīng)用，所有這些都使誘發(fā)機(jī)組振動的潛在因素日益增加，使機(jī)組軸系扭振問題越來越嚴(yán)重。另一方面，扭振也會激發(fā)電網(wǎng)的振蕩，造成線路跳閘或機(jī)組解列，直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和大量用戶的經(jīng)濟(jì)利益。如何準(zhǔn)確測試現(xiàn)場安裝后的大型汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系機(jī)械扭振模態(tài)是保護(hù)機(jī)組軸系的關(guān)鍵。目前國內(nèi)測試該項(xiàng)內(nèi)容的方法是大型發(fā)電機(jī)運(yùn)行起來后做多種擾動試驗(yàn)，包括機(jī)組同期、解列、線路投切、機(jī)組甩負(fù)荷等，不能保證試驗(yàn)每次是充分有效的，且對機(jī)組和電網(wǎng)運(yùn)行有一定的破壞性。本發(fā)明涉及一種可控的測試大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系模態(tài)的掃頻法，通過專門的試驗(yàn)裝置和控制軟件與被測試機(jī)組接口，通過對發(fā)電機(jī)組勵磁系統(tǒng)注入可調(diào)節(jié)小控制信號，在機(jī)組軸系產(chǎn)生控制力矩，進(jìn)而測試機(jī)組軸系的頻率相應(yīng)，并最終確定軸系的模態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容研究了檢測汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振模態(tài)的掃頻法，開發(fā)了大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振控制器的軟硬件和扭振測試儀，結(jié)合系統(tǒng)的測試方法，可實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)組連續(xù)變頻率的扭振力矩掃描，同時測試軸系的扭振響應(yīng)，進(jìn)而得到軸系的扭振模態(tài)。本發(fā)明適用于1000MW、60簡W、300MW的主力大型汽輪發(fā)電機(jī)組，也同樣適用于300MW以下的小型汽輪發(fā)電機(jī)組和大容量電動機(jī)。掃頻法測試汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振模態(tài)的檢測方法的具體步驟通過裝置發(fā)出420mA正弦電流信號，轉(zhuǎn)換為210V的電壓信號作為激勵信號注入發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)，在勵磁系統(tǒng)的電流、電壓中產(chǎn)生和注入的激勵信號頻率相同的信號；勵磁系統(tǒng)隨發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在發(fā)電機(jī)組軸系產(chǎn)生與注入信號頻率相同的電磁扭矩；連續(xù)調(diào)節(jié)注入正弦信號的頻率，調(diào)節(jié)范圍為248Hz，步長為0.lHz，發(fā)電機(jī)組軸系隨注入激勵信號的頻率變化，產(chǎn)生248Hz的電氣扭矩，扭矩作用在軸系產(chǎn)生扭振；實(shí)時測量發(fā)電機(jī)組機(jī)端轉(zhuǎn)速傳感器信號，實(shí)時計算并監(jiān)視激勵信號在軸系產(chǎn)生的扭振的強(qiáng)度；在某個頻率點(diǎn)附件，實(shí)時測量的扭振強(qiáng)度達(dá)到局部極大值，則判斷這個頻率點(diǎn)是發(fā)電機(jī)組軸系的一個扭振模態(tài)；在扭振模態(tài)頻率值附近緩慢改變注入信號頻率，反復(fù)試驗(yàn)得到精確的扭振模態(tài)，精度精確到O.lHz。本發(fā)明給出了一種測量大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振模態(tài)的試驗(yàn)方法。該方法能夠非?？煽俊?zhǔn)確實(shí)際測量大型汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系扭振模態(tài)。隨著大容量汽輪發(fā)電機(jī)組和遠(yuǎn)距離大容量輸電技術(shù)的應(yīng)用，在機(jī)組和電網(wǎng)中發(fā)生次同步振蕩(SSO)的情況越來越嚴(yán)重，測試機(jī)組軸系扭振模態(tài)是解決SSO問題的根本，是抑制次同步振蕩、保護(hù)發(fā)電機(jī)組等電力設(shè)備的運(yùn)行安全的基礎(chǔ)，本方法相對于現(xiàn)有的通過大型發(fā)電機(jī)組人工并解列、甩負(fù)荷、人工接地等試驗(yàn)手段相比具有準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、可重復(fù)等突出優(yōu)點(diǎn)。對解決發(fā)電廠和電網(wǎng)的次同步振蕩問題具有重大意義。圖l示意了測量機(jī)組軸系扭振響應(yīng)的裝置(CSC-812T)的具體接線；圖2示意了CSC-812T裝置的輸出接線；圖3示意了提供機(jī)組軸系扭振力矩的扭振激發(fā)裝置(CSC-811T)的具體接線；圖4示意了CSC-811T裝置將掃頻控制信號注入勵磁系統(tǒng)的接口；圖5示意了掃頻法試驗(yàn)的輸入頻率與輸出響應(yīng)的關(guān)系。具體實(shí)施例方式通過研究檢測汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振模態(tài)的掃頻法，開發(fā)了大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振控制器的軟硬件和扭振測試儀，結(jié)合系統(tǒng)的測試方法，可實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)組連續(xù)變頻率的扭振力矩掃描，同時測試軸系的扭振響應(yīng)，進(jìn)而得到軸系的扭振模態(tài)。圖1示意了測量機(jī)組軸系扭振響應(yīng)的裝置(CSC-812T)的具體接線。其中圖的上部分示意了機(jī)組的汽輪機(jī)高壓缸(HP)、中壓缸(IP)、低壓缸(LP)和發(fā)電機(jī)(GEN)。從高壓缸的首端安裝一對軸系的轉(zhuǎn)速傳感器。裝置采集軸系冗余的轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出轉(zhuǎn)速信號，計算軸系轉(zhuǎn)速變化率dW。CSC-812T裝置通過以太網(wǎng)與HMI相連，試驗(yàn)人員通過HMI記錄試驗(yàn)過程并顯示試驗(yàn)結(jié)果。圖2示意了CSC-812T裝置的輸出接線。CSC-812T裝置在試驗(yàn)過程中可以輸出D0和A0信號，其中DO信號表示dW信號出現(xiàn)，并超過設(shè)定門檻值；A0信號將dW信號實(shí)時輸出到端子上，可外接示波器顯示dW信號的波形。圖3示意了提供機(jī)組軸系扭振力矩的扭振激發(fā)裝置(CSC-811T)的具體接線。通過HMI軟件與扭振激發(fā)裝置CSC-811T通信，扭振激發(fā)裝置按照掃描頻率變化，輸出恒定幅值(勵磁滿輸出的60%)的單一頻率控制信號(420mA電流信號)，接入發(fā)電機(jī)組的勵磁控制器(AVR)，AVR自動將CSC-811T的控制信號調(diào)制在勵磁系統(tǒng)的輸出上，進(jìn)而通過勵磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中建立與輸入激勵信號相同頻率的磁場，該磁場對發(fā)電機(jī)軸系產(chǎn)生電磁扭矩，從而激發(fā)發(fā)電機(jī)組發(fā)生輕微的扭振。勵磁控制器(AVR)是發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的控制裝置，其作用是通過勵磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生勵磁電流，建立旋轉(zhuǎn)磁場，從而使發(fā)電機(jī)定子中產(chǎn)生工頻電流，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換。本試驗(yàn)方法在勵磁控制器(AVR)的輸入端疊加了一個可控頻率的控制信號Usedc，通過勵磁產(chǎn)生一個特殊的磁場，從而激發(fā)特殊頻率的扭振。圖4示意了CSC-811T裝置將掃頻控制信號注入勵磁系統(tǒng)的接口。其中CSC-811T裝置輸出控制420mA的電流信號，經(jīng)電阻變?yōu)殡妷盒盘?Usedc)，接入勵磁控制器(AVR)裝置，AVR采集該控制信號，疊加在AVR的控制輸出中，輸出Uc信號，Uc經(jīng)勵磁系統(tǒng)內(nèi)部的觸發(fā)、整流，在勵磁電壓(Uf)、勵磁電流(If)中調(diào)制出與輸入Usedc相同頻率的信號，最終作用在發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生與CSC-811T裝置注入頻率相同的扭矩。按照圖l、圖2、圖3、圖4在試驗(yàn)機(jī)組上接線；注意轉(zhuǎn)速傳感器的安裝和信號線屏蔽。CSC-811T和CSC-812T與HMI相連接。HMI同時監(jiān)控CSC-811T和CSC-812T;掃頻法測試汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振模態(tài)的檢測方法的具體步驟如下1、通過CSC-811T裝置產(chǎn)生可控的模態(tài)激勵信號通過上位機(jī)HMI軟件可設(shè)置CSC-811T裝置輸出頻率可變、幅值可變的正弦信號；頻率變化從2Hz按照0.1Hz步長增長到48Hz，每個步長持續(xù)時間為10S;對應(yīng)每個頻點(diǎn)，輸出的模態(tài)信號為最大420mA電流信號，經(jīng)外接500歐姆電阻轉(zhuǎn)換為210V電壓信號，其中2V對應(yīng)勵磁的負(fù)向頂值輸出，IOV對應(yīng)勵磁的正向頂值輸出；測試過程輸出信號按在勵磁輸出范圍的60%輸出，即輸出3.6V8.4V;輸出信號可通過控制軟件取消或閉鎖。2、通過CSC-812T裝置實(shí)時測量汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振響應(yīng)CSC-812T通過安裝在軸系的轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)時采集計算軸系的dW(轉(zhuǎn)速變化率)大小；在HMI上可自動記錄并顯示dW的大小及其變化趨勢。3、自動記錄激勵信號與響應(yīng)的軸系響應(yīng)信號的曲線HMI軟件自動記錄輸出的激勵信號頻率和強(qiáng)度、采集的軸系響應(yīng)信號的模態(tài)強(qiáng)度，生產(chǎn)激勵響應(yīng)曲線；識別曲線中的局部極大值，局部極大值所對應(yīng)的頻率是機(jī)組軸系的模態(tài)；機(jī)組模態(tài)數(shù)量通常為35個。以國內(nèi)某電廠600MW汽輪發(fā)電機(jī)組(目前國內(nèi)的主力發(fā)電機(jī)組容量為600MW)為例，按照上述圖1圖4完成試驗(yàn)接線，CSC-811T裝置依次間隔0.1Hz輸出2Hz、2.1Hz、2.2Hz…48Hz的控制信號，各持續(xù)IOS。CSC-812T裝置通過位于汽輪發(fā)電機(jī)組機(jī)端的轉(zhuǎn)速傳感器測量該激勵下的響應(yīng)輸出dw的幅值。試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)如表1，圖5給出了該試驗(yàn)中輸入信號的頻率和輸入響應(yīng)幅值的關(guān)系，從中可以識別出該機(jī)組軸系的3個固有模態(tài)15.lHz、20.6Hz、30.5Hz。表l:某600MW機(jī)組掃頻法試驗(yàn)數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>complextableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>權(quán)利要求1、一種測試大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振模態(tài)的掃頻法，其特征在于，該方法包括步驟1)通過扭振激發(fā)裝置發(fā)出4～20mA正弦電流信號，將其轉(zhuǎn)換為2～10V的電壓信號作為激勵信號注入發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)，在勵磁系統(tǒng)的電流、電壓中產(chǎn)生和注入的激勵信號頻率相同的信號；2)勵磁系統(tǒng)隨發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在發(fā)電機(jī)組軸系產(chǎn)生與注入信號頻率相同的電磁扭矩；3)連續(xù)調(diào)節(jié)注入正弦信號的頻率，調(diào)節(jié)范圍為2～48Hz，步長為0.1Hz，發(fā)電機(jī)組軸系隨注入激勵信號的頻率變化，產(chǎn)生2～48Hz的電氣扭矩，扭矩作用在軸系產(chǎn)生扭振；4)實(shí)時測量發(fā)電機(jī)組機(jī)端轉(zhuǎn)速傳感器信號，實(shí)時計算并監(jiān)視激勵信號在軸系產(chǎn)生的扭振的強(qiáng)度；5)在某個頻率點(diǎn)附近，實(shí)時測量的扭振強(qiáng)度達(dá)到局部極大值，則判斷這個頻率點(diǎn)是發(fā)電機(jī)組軸系的一個扭振模態(tài)；6)在扭振模態(tài)頻率值附近緩慢改變注入信號頻率，反復(fù)試驗(yàn)得到精確的扭振模態(tài)，精度精確到0.1Hz。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃頻法，當(dāng)所述正弦信號頻率變化從2Hz按照0.1Hz步長增長到48Hz時，每個步長持續(xù)時間為IOS。全文摘要本發(fā)明涉及大型火力發(fā)電廠的300MW、600MW、1000MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振模態(tài)測量和試驗(yàn)方法，公開了一種通過激勵信號作用于發(fā)電機(jī)勵磁并結(jié)合從動態(tài)連續(xù)調(diào)整激勵信號獲得最優(yōu)響應(yīng)的閉環(huán)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了在線動態(tài)掃頻機(jī)組軸系扭振模態(tài)的檢測方法，采用動態(tài)在線頻率掃頻方法輸出模態(tài)特征激勵信號，作用于汽輪發(fā)電機(jī)組的勵磁系統(tǒng)并通過勵磁系統(tǒng)在汽輪發(fā)電機(jī)組中產(chǎn)生可控電氣扭矩，進(jìn)而激發(fā)機(jī)組軸系扭振，同時測量軸系扭振強(qiáng)度，以此確定機(jī)組軸系的固有模態(tài)。該方法能夠準(zhǔn)確測量汽輪發(fā)電機(jī)組軸系的機(jī)械固有頻率即扭振模態(tài)，準(zhǔn)確測試發(fā)電機(jī)組扭振模態(tài)是解決機(jī)組次同步振蕩危害的基礎(chǔ)研究，用于防范、抑制并保護(hù)發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)發(fā)生次同步振蕩。文檔編號G01M15/00GK101169352SQ20071017836公開日2008年4月30日申請日期2007年11月29日優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日發(fā)明者濤張,李元盛,李國寶,李英偉,梁新艷,焦邵華,錢華東申請人:四方電氣(集團(tuán))有限公司;北京四方博能自動化設(shè)備有限公司