專利名稱：大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)組的振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析，具體地，涉及一種大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國(guó)由于能源分布不均，形成了“西電東送”的電力格局。這種采用串聯(lián)補(bǔ)償電容進(jìn)行大容量、遠(yuǎn)距離輸電的方式，使得大型發(fā)電機(jī)組的次同步振蕩成為電力系統(tǒng)的一個(gè)突出問題。次同步振蕩屬于系統(tǒng)的振蕩失穩(wěn)，它是由電力系統(tǒng)中一種特殊的機(jī)電耦合作用引起的。次同步振蕩最大的危害是，可能導(dǎo)致大型汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子軸系的嚴(yán)重破壞，造成重大事故，危機(jī)電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。如20世紀(jì)70年代初,美國(guó)Mohave電廠發(fā)生的大型汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子大軸損壞的嚴(yán)重事故。我國(guó)內(nèi)蒙古托克托、上都、東北伊敏電廠、陜西錦界等送出工程，在實(shí)際應(yīng)用或分析計(jì)算中，均發(fā)現(xiàn)了不同程度的次同步振蕩問題。振蕩信號(hào)的檢測(cè)與分析，是解決次同步振蕩問題的第一步。只有對(duì)振蕩信號(hào)進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的檢測(cè)、分析，才可能進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行有效的監(jiān)控和抑制。目前，對(duì)于次同步振蕩的信號(hào)檢測(cè)依據(jù)不同的檢測(cè)對(duì)象，主要分為機(jī)械量和電氣量?jī)煞N。機(jī)械量檢測(cè)是一種直接檢測(cè)方法，可以通過傳感器測(cè)量到機(jī)組的轉(zhuǎn)速，然后對(duì)其進(jìn)行分析。這種方法直接測(cè)量轉(zhuǎn)子的機(jī)械量，故測(cè)量準(zhǔn)確性一般比較高，但檢測(cè)裝置相對(duì)復(fù)雜，裝置價(jià)格較貴。電氣量檢測(cè)是一種間接檢測(cè)方法，測(cè)量汽輪機(jī)的電壓、電流等電氣信號(hào)，再將這些電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速，然后對(duì)其進(jìn)行分析。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，但可靠性不足。本發(fā)明的檢測(cè)對(duì)象既包括機(jī)械量，也包括電氣量，將這兩種方法結(jié)合起來，使得次同步振蕩的檢測(cè)和分析的可靠性有了比較高的保證，也拓寬了振蕩的分析范圍。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析的方法及系統(tǒng)，將振蕩時(shí)機(jī)組的機(jī)械量和電氣量均作為信號(hào)提取出來作為分析對(duì)象，增加了信號(hào)的可靠性和準(zhǔn)確性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析的方法，所述方法包括以下步驟:①轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集和校正在機(jī)組軸系的兩個(gè)測(cè)速點(diǎn)裝設(shè)測(cè)速齒輪及傳感器，將機(jī)組的振蕩轉(zhuǎn)速拾振并傳遞出來。測(cè)量所得轉(zhuǎn)速需通過齒形校正、彎曲振動(dòng)和齒輪偏心校正和相位幅值校正。②扭振幅值和頻譜分析測(cè)得的轉(zhuǎn)速信號(hào)被輸入分析裝置，進(jìn)行扭振幅值分析和扭振頻譜分析。通過分析，可以對(duì)機(jī)組起到實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警的作用，還可以為進(jìn)一步分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

③機(jī)組狀態(tài)信號(hào)采集與分析
通過采集機(jī)組的氣壓、溫度、振蕩電壓和電流及其他機(jī)組參數(shù)信號(hào)(這里的其他機(jī)組參數(shù)包括各監(jiān)視段壓力，高、中壓調(diào)門和主汽門行程，線路電廠側(cè)開關(guān)跳開信號(hào)和發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)跳閘動(dòng)作信號(hào)等參數(shù))，計(jì)算機(jī)組的實(shí)時(shí)電磁力矩和機(jī)械力矩，對(duì)系統(tǒng)的振蕩狀態(tài)和機(jī)電轉(zhuǎn)換狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，并為進(jìn)一步分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。④扭振模型分析與安全評(píng)價(jià)扭振模型分析與安全評(píng)價(jià)包括扭振響應(yīng)分析，扭應(yīng)力和扭應(yīng)變分析，軸系特性預(yù)調(diào)，故障原因分析，軸系溫度狀況確定，機(jī)組扭振模型仿真，機(jī)組電氣和機(jī)械阻尼的實(shí)時(shí)狀況，疲勞損耗和壽命預(yù)測(cè)等。通過這個(gè)模塊的分析與評(píng)價(jià)，可以得到軸系扭振的響應(yīng)情況，軸系扭振的激勵(lì)方式和實(shí)時(shí)的軸系安全狀況。分析結(jié)果可以輸出計(jì)算機(jī)，報(bào)警，以及作為抑制次同步振蕩系統(tǒng)的輸入信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成:扭振幅值與頻譜分析模塊，機(jī)組狀態(tài)與力矩分析模塊和扭振模型分析與安全評(píng)價(jià)模塊，其中:所述扭振幅值與頻譜分析模塊，需要先通過齒輪和傳感器從系統(tǒng)采集轉(zhuǎn)速信號(hào)，并對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行多次?！ふＫ鰴C(jī)組狀態(tài)與力矩分析模塊，需要先從系統(tǒng)采集壓力、溫度、振蕩電流、電壓及其他機(jī)組信號(hào)(這里的其他機(jī)組信號(hào)包括各監(jiān)視段壓力，高、中壓調(diào)門和主汽門行程，線路電廠側(cè)開關(guān)跳開信號(hào)和發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)跳閘動(dòng)作信號(hào)等參數(shù))，通過這些信號(hào)計(jì)算機(jī)組的電磁力矩、機(jī)械力矩，反應(yīng)機(jī)組振蕩狀態(tài)，為進(jìn)一步分析做準(zhǔn)備。所述扭振模型分析與安全評(píng)價(jià)模塊，具有扭振響應(yīng)分析，扭應(yīng)力和扭應(yīng)變分析，軸系特性預(yù)調(diào)，故障原因分析，軸系溫度狀況確定，機(jī)組扭振模型仿真，機(jī)組電氣和機(jī)械阻尼的實(shí)時(shí)狀況，疲勞損耗和壽命預(yù)測(cè)等多種功能。這些分析結(jié)果可以輸出計(jì)算機(jī)和抑制次同步振蕩的系統(tǒng)，振蕩越限時(shí)還可以輸出報(bào)警。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:本發(fā)明提出了一種大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析的方法及系統(tǒng)，將振蕩時(shí)機(jī)組的機(jī)械量和電氣量均作為信號(hào)提取出來，作為分析對(duì)象，不僅增加了信號(hào)的可靠性和準(zhǔn)確性，而且可以在檢測(cè)信號(hào)的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)組的次同步振蕩進(jìn)行較深入的分析，使得機(jī)組的振蕩頻率、幅值、原因，軸系的溫度、扭應(yīng)力、形變和損耗積累得到一個(gè)較全面的分析，為后續(xù)的抑制系統(tǒng)做了很好的鋪墊工作。


通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:圖1為大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析系統(tǒng)圖。圖中:轉(zhuǎn)速采集模塊1，蒸汽壓力及溫度采集模塊2，各項(xiàng)電壓、電流采集模塊3，勵(lì)磁電流采集模塊4，校正模塊5，機(jī)械力矩的合成模塊6，電氣力矩的合成模塊7，扭振幅值與頻譜分析模塊8，機(jī)組狀態(tài)與力矩分析模塊9，扭振模型分析與安全評(píng)價(jià)模塊10。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1，一種大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)速采集模塊I，蒸汽壓力及溫度采集模塊2，各項(xiàng)電壓、電流采集模塊3，勵(lì)磁電流采集模塊4，校正模塊5，機(jī)械力矩的合成模塊6，電氣力矩的合成模塊7，扭振幅值與頻譜分析模塊8，機(jī)組狀態(tài)與力矩分析模塊9，扭振模型分析與安全評(píng)價(jià)模塊10。所述轉(zhuǎn)速采集模塊I，在機(jī)組軸系裝設(shè)測(cè)速齒輪及傳感器，將機(jī)組的轉(zhuǎn)速拾振并傳遞出來。理論上，軸系上的測(cè)點(diǎn)越多，測(cè)量結(jié)果越接近實(shí)際值，測(cè)量的動(dòng)態(tài)性能越好，但由于結(jié)構(gòu)限制，軸上方便安裝轉(zhuǎn)速測(cè)點(diǎn)的位置是有限的，特別是已投入運(yùn)行的機(jī)組，新增轉(zhuǎn)速測(cè)點(diǎn)需要改變機(jī)組的結(jié)構(gòu)，付出的代價(jià)比較大。本實(shí)例采用兩測(cè)點(diǎn)的方法，在機(jī)組的機(jī)頭、機(jī)尾各設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。所述校正模塊5，包括齒形校正，彎曲振動(dòng)與齒輪偏心校正和相位與幅值校正。測(cè)速齒輪在加工時(shí)齒間距往往有一定誤差，該誤差進(jìn)入實(shí)際測(cè)量時(shí)，可能會(huì)引起比較大的誤差，故需對(duì)齒形的誤差進(jìn)行校正。校正方法是讓軸系進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄各齒的測(cè)量波形，作為校正值，在實(shí)際測(cè)量中按照記錄的齒輪波形對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行校正。傳感器與齒輪安裝在同一平面內(nèi)，并與齒輪保持Imm左右的距離。當(dāng)軸發(fā)生彎曲振動(dòng)或齒輪偏心時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致傳感器輸出調(diào)頻信號(hào)，該調(diào)頻信號(hào)會(huì)干擾次同步振蕩的信號(hào)，故對(duì)傳感器需采用對(duì)稱安裝法。對(duì)稱安裝法，即在相差180度的地方，對(duì)稱安裝兩個(gè)相同的傳感器，將兩個(gè)傳感器所采集信號(hào)相加除以2，即可將干擾項(xiàng)抵消，得到次同步振蕩引起的調(diào)頻信號(hào)。這里測(cè)得的是各測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，由于測(cè)量方法會(huì)對(duì)結(jié)果引入一定的附加相位滯后，故要對(duì)測(cè)量值進(jìn)行相位校正。瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和測(cè)量值之間的動(dòng)態(tài)特性為:
權(quán)利要求
1.一種大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: ①轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集和校正:在機(jī)組軸系的兩個(gè)測(cè)速點(diǎn)裝設(shè)測(cè)速齒輪及傳感器，將機(jī)組的振蕩轉(zhuǎn)速拾振并傳遞出來，測(cè)量所得轉(zhuǎn)速需通過齒形校正、彎曲振動(dòng)和齒輪偏心校正和相位幅值校正； ②扭振幅值和頻譜分析:測(cè)得的轉(zhuǎn)速信號(hào)被輸入分析裝置，進(jìn)行扭振幅值分析和扭振頻譜分析，通過分析，對(duì)機(jī)組起到實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警的作用，并進(jìn)一步分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)； ③機(jī)組狀態(tài)信號(hào)采集與分析:通過采集機(jī)組的氣壓、溫度、振蕩電壓和電流信號(hào)，計(jì)算機(jī)組的實(shí)時(shí)電磁力矩和機(jī)械力矩，對(duì)系統(tǒng)的振蕩狀態(tài)和機(jī)電轉(zhuǎn)換狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，并為進(jìn)一步分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)； ④扭振模型分析與安全評(píng)價(jià):扭振模型分析與安全評(píng)價(jià)包括扭振響應(yīng)分析，扭應(yīng)力和扭應(yīng)變分析，軸系特性預(yù)調(diào)，故障原因分析，軸系溫度狀況確定，機(jī)組扭振模型仿真，機(jī)組電氣和機(jī)械阻尼的實(shí)時(shí)狀況，疲勞損耗和壽命預(yù)測(cè)，通過這個(gè)模塊的分析與評(píng)價(jià)，能得到軸系扭振的響應(yīng)情況，軸系扭振的激勵(lì)方式和實(shí)時(shí)的軸系安全狀況，分析結(jié)果輸出計(jì)算機(jī)，報(bào)警，以及作為抑制次同步振蕩系統(tǒng)的輸入信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析的方法，其特征在于所述傳感器與齒輪安裝在同一平面內(nèi)，并與齒輪保持Imm的距離，對(duì)傳感器采用對(duì)稱安裝法。
3.一種大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成:扭振幅值與頻譜分析模塊，機(jī)組狀態(tài)與力矩分析模塊和扭振模型分析與安全評(píng)價(jià)模塊，其中: 所述扭振幅值與頻譜分析模塊，先通過齒輪和傳感器從系統(tǒng)采集轉(zhuǎn)速信號(hào)，并對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行多次校正； 所述機(jī)組狀態(tài)與力矩分析模塊，需要先從系統(tǒng)采集壓力、溫度、振蕩電流、電壓信號(hào)，通過這些信號(hào)計(jì)算機(jī)組的電磁力矩、機(jī)械力矩，反應(yīng)機(jī)組振蕩狀態(tài)，為進(jìn)一步分析做準(zhǔn)備； 所述扭振模型分析與安全評(píng)價(jià)模塊，具有扭振響應(yīng)分析、扭應(yīng)力和扭應(yīng)變分析、軸系特性預(yù)調(diào)、故障原因分析、軸系溫度狀況確定、機(jī)組扭振模型仿真，機(jī)組電氣和機(jī)械阻尼的實(shí)時(shí)狀況，以及疲勞損耗和壽命預(yù)測(cè)，這些分析結(jié)果輸出計(jì)算機(jī)和抑制次同步振蕩的系統(tǒng)，振蕩越限時(shí)輸出報(bào)警。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析的系統(tǒng)，其特征在于所述扭振幅值與頻譜分析模塊包括校正模塊，該模塊對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行齒形校正，彎曲振動(dòng)與齒輪偏心校正和相位與幅值校正。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析的系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器與齒輪安裝在同一平面內(nèi)，并與齒輪保持Imm的距離，對(duì)傳感器采用對(duì)稱安裝法。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析的系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)組狀態(tài)與力矩分析裝置包括蒸汽壓力及溫度采集模塊，各項(xiàng)電壓、電流采集模塊，勵(lì)磁電流采集模塊，機(jī)械力矩的合成模塊以及電氣力矩的合成模塊，這些模塊從系統(tǒng)采集壓力、溫度、振蕩電流、電壓信號(hào)，所述機(jī)械力矩的合成模塊以及電氣力矩的合成模塊通過這些信號(hào)計(jì)算機(jī)組的電磁力矩、機(jī)械力矩，反應(yīng)機(jī)組振蕩 狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種大型發(fā)電機(jī)組次同步振蕩信號(hào)檢測(cè)與分析的方法及系統(tǒng)，所述方法包括轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集和校正；扭振幅值和頻譜分析；機(jī)組狀態(tài)信號(hào)采集與分析；扭振模型分析與安全評(píng)價(jià)。所述系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成扭振幅值與頻譜分析模塊，機(jī)組狀態(tài)與力矩分析模塊和扭振模型分析與安全評(píng)價(jià)模塊。本發(fā)明將振蕩時(shí)機(jī)組的機(jī)械量和電氣量均作為信號(hào)提取出來，作為分析對(duì)象，不僅增加了信號(hào)的可靠性和準(zhǔn)確性，而且可以在檢測(cè)信號(hào)的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)組的次同步振蕩進(jìn)行較深入的分析，使得機(jī)組的振蕩頻率、幅值、原因，軸系的溫度、扭應(yīng)力、形變和損耗積累得到一個(gè)較全面的分析，為后續(xù)的抑制系統(tǒng)做了很好的鋪墊工作。
文檔編號(hào)G01R31/34GK103245913SQ20131014284
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者姜建國(guó), 瞿文慧, 羅*, 郜登科, 徐亞軍, 喬樹通 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)