專利名稱：：次同步振蕩引起的汽輪發(fā)電機軸系疲勞損傷在線分析方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及汽輪發(fā)電設備以及汽輪發(fā)電設備疲勞計算分析方法，特別涉及一種與遠距離大容量輸電系統(tǒng)互聯的汽輪發(fā)電設備，以及汽輪發(fā)電設備疲勞計算分析方法。
背景技術：
：現代大型電力系統(tǒng)由大規(guī)模長距離輸電線路、各種電力電子設備以及各種大容量發(fā)電機組組成。電網中存在的串聯電容補償、可控串聯電容補償等電力電子設備及高壓直流輸電系統(tǒng)都成為機網耦合振蕩的可能誘發(fā)因素。近年來，隨著我國電力系統(tǒng)和發(fā)電裝機容量的迅速增加，電網次同步振蕩現象時有發(fā)生且有不斷上升的趨勢。引發(fā)次同步振蕩的各種因素廣泛客觀存在，各種抑制次同步振蕩的方法能夠針對某種或某幾種激勵源起到明顯的抑制作用，但對設計中未充分考慮的電網及發(fā)電機組中其他激勵源則未必能夠實現較好的抑制，為此，次同步振蕩現象的發(fā)生仍有不小的可能性。同時，現代大型發(fā)電廠由大容量高參數發(fā)電機組構成，往往遠離負荷中心，尤其是現代大型火力發(fā)電廠多建在交通便利、煤礦資源豐富地區(qū)，如山西、內蒙古、貴州等。這些電廠規(guī)模大、機組多，新建機組容量大，多為超臨界、超超臨界汽輪發(fā)電機組，機組軸系細長，容易受到扭轉振動激勵產生明顯的軸系扭振現象，加之軸系扭振阻尼小，受到扭轉激勵后衰減緩慢。因此，大型汽輪發(fā)電機軸系扭振問題需要引起廣泛的重視，扭振幅值較大時會造成軸系局部的應力集中導致軸系疲勞損傷，國外已經出現過這樣的軸系損壞事故。國內發(fā)生的幾次事故均存在次同步振蕩引起軸系疲勞損傷累積的可能，由于現場應用的機械疲勞分析工具相對簡單，未能很好評估次同步振蕩引起的軸系疲勞損傷與累積。在線監(jiān)測軸系疲勞損傷累積方法的改進和優(yōu)化具有迫切的應用需求。
發(fā)明內容本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種分析由次同步振蕩引起的汽輪發(fā)電機軸系疲勞損傷在線分析方法，以提高對次同步振蕩與發(fā)電機組關聯影響的評估水平，有效預防次同步振蕩引起的發(fā)電機組軸系疲勞損傷與疲勞累積。該方法充分考慮電網、同步發(fā)電機和汽輪機之間的相互作用，并針對具體型號汽輪發(fā)電機組建立高精度連續(xù)質量模型。結合軸系材料和疲勞特性，選擇次同步振蕩引起的軸系疲勞損傷計算方法。該方法可以提高次同步振蕩引起的汽輪發(fā)電機軸系疲勞損傷計算精度，并可以用于實時在線監(jiān)測，與現有的軸系疲勞損傷計算方法結合后將有助于提高汽輪發(fā)電機組壽命管理水平。本發(fā)明為達到上述目的，采用以下的技術方案—種次同步振蕩引起的汽輪發(fā)電機軸系疲勞損傷在線分析方法，該方法按以下步驟進行1)確定表征電網次同步振蕩參數選擇電廠實際測量的發(fā)電機相電壓和相電流的波動值表征次同步振蕩的幅度，選擇實際電廠正常工況下的相電壓Ub和相電流ib作為基準值，次同步振蕩工況下的相電壓Us和相電流is與基準值比較得到標幺值，記為ei;42)確定同步發(fā)電機電磁力矩變化歷程建立四階同步電機模型，根據實測相電壓、相電流由派克變換計算出發(fā)電機電磁力矩，四階同步電機模型對電磁力矩及電壓電流方程為ud=E'd+x'qlqralduq=E'Te=E'did—(Xi…—■廠X'q)idiq其中，X'q、X'd、ra為發(fā)電機的特性參數，均已知；ud值電壓和等值電流，可以由派克方程得到，如下式為d、q軸下的等7/2cos《cos《cos《7?！禵siti(9。-sin(94_sin《.《/01/21/21/2_"</。/。其中，對應電壓和電流的派克變換分別為、《M0'0對應電壓和電流的派克"。、-"A、入丄變換分別為"6、4，Ua、Ub、U。為實際選擇的表征次同步振蕩的特性參數，由實際測量得到，基于上述公式，由發(fā)電機相電壓和相電流得到不同工況下的電磁力矩隨時間的變化歷程；3)確定汽輪發(fā)電機軸系瞬態(tài)扭矩變化歷程根據軸系實際結構，建立汽輪發(fā)電機軸系連續(xù)質量模型，根據軸系各部位受力和電磁力矩變化歷程，利用軸系連續(xù)質量模型求解軸系瞬態(tài)扭矩變化歷程；4)確定局部危險部位首先根據圓軸扭轉應力分布規(guī)律，初步確定各軸頸和軸系上各連接結構為軸系的疲勞危險部位，然后建立局部結構三維實體模型，利用有限元分析方法獲得局部結構的應力應變歷程以確定疲勞危險部位；5)確定軸系疲勞損傷值分析疲勞危險部位的疲勞損傷形式，確定以高周疲勞方法計算危險部位的疲勞損傷，根據軸系瞬態(tài)扭矩變化歷程，確定危險部位的疲勞載荷幅值與載荷循環(huán)次數，查找S-N曲線計算出危險部位的疲勞損傷值，各個危險部位疲勞損傷最大值即為軸系疲勞損傷值，6)疲勞損傷在線監(jiān)測方法確定首先建立汽輪發(fā)電機相電壓和相電流與電磁力矩的對應關系表，接著建立汽輪機額定負荷下軸系各個危險部位瞬態(tài)扭矩的計算關系表，然后通過通用商業(yè)有限元軟件逐一建立危險部位的實體模型進行彈塑性應力應變計算，得到危險部位應力與扭矩的對應關系，繼而存儲軸系不同危險部位的應力_疲勞曲線，實際運行中根據實測相電壓和相電流依次查表獲得不同危險部位的疲勞損傷最大值，以此作為整軸系的疲勞累積值，實現次同步振蕩引起的汽輪發(fā)電機軸系疲勞損傷的在線監(jiān)測。本發(fā)明與現有技術相比具有以下的顯著進步和突出的效果第一、采用連續(xù)質量模型與四階電機模型求解扭振響應，該方法對發(fā)電機組的?；泳?，響應求解更加準確，可以顯著提高軸系瞬態(tài)扭矩響應求解精度；第二、采用有限元法計算軸系局部危險部位的應力、應變歷程可以獲得結構局部集中應力的具體數值，相比于傳統(tǒng)的應力集中系數修正方法，有限元法求解基于三維實體模型，求解準確，可顯著提高軸系應力分析精度；第三、針對次同步振蕩引起的軸系扭振響應和應力集中，提出疲勞分析計算準則，該準則與次同步振蕩引起的應力歷程相匹配，可以有效減小疲勞分析誤差；第四、針對次同步振蕩引起的軸系疲勞分析過程，進行流程優(yōu)化，減小計算過程的誤差累積，提高結果精度，并提供了在線運行方法。圖1:汽輪發(fā)電機組次同步振蕩疲勞損傷計算流程。圖2:典型次同步振蕩工況的三相電壓電流。圖3:典型次同步振蕩工況下發(fā)電機電磁力矩。圖4:某600麗汽輪發(fā)電機組軸系模型。圖5:次同步振蕩工況下所選部位受到的波動扭矩(標幺值)。圖6:計算聯軸器部位的結構示意。圖7:主軸應力歷程。圖8:聯軸器應力歷程。圖9:合金鋼材料30CrllNi2W2MoV的e-N曲線。圖10:在線監(jiān)測次同步振蕩引起的汽輪發(fā)電機軸系疲勞壽命損傷的流程。具體實施例方式本發(fā)明提出了提高汽輪發(fā)電機組次同步振蕩疲勞損傷計算精度的方法，該方法對現有的軸系疲勞損傷分析方法進行了改進和優(yōu)化，適用于現代大型火力發(fā)電廠運行現場對發(fā)電機組疲勞壽命的管理，同時可以作為電網運行中對機組調度優(yōu)化的輔助決策工具。在傳統(tǒng)計算軸系疲勞損傷分析的基礎上，本發(fā)明提出了次同步振蕩下汽輪發(fā)電機組軸系疲勞損傷分析的流程，如圖l所示。下面結合具體應用實例及該方法的具體實施方式1.確定表征電網次同步振蕩參數的引發(fā)電網與機組次同步振蕩的因素眾多，選擇合適的參數表征機網次同步振蕩幅度非常重要，本發(fā)明選擇電廠實際測量的發(fā)電機相電壓和相電流的波動值表征次同步振蕩的幅度。選取該參數的原因有以下四點第一、電網誘發(fā)次同步振蕩的因素可能包含各種電力電子設備，采用這些設備的參數表征次同步振蕩幅度不具有廣泛性；第二、發(fā)電機轉速差可以有效表征軸系扭振幅度，但該參數的獲得需要現場安裝扭振測量儀器，并且汽輪機蒸汽激勵等因素也可能引起機組轉速差的波動，因此該參數亦不具有廣泛的適用性；第三，發(fā)電機相電壓、相電流是機組可以實際測量的參數，而且一般的發(fā)電機均有此參數的實時測量，因此可以滿足在線要求；第四、發(fā)電機相電壓、相電流直接與發(fā)電機轉速等電機參數相關，可以反映機組軸系電磁力矩的實時變化情況，同時電網次同步振蕩也會直接影響發(fā)電機相電壓、相電流，因此以選作表征電網次同步振蕩的特征參數，圖2是典型的次同步振蕩工況下的電壓和電流。對實測數據分析發(fā)現，三相的相電壓和相電流的波動幅值相接近，因此，用正常工況下的相電壓ub和相電流ib作為基準值，次同步振蕩工況下的相電壓us和相6電流is與基準值比較得到標幺值，記電流波動值記為ei(標幺值)。2.確定同步發(fā)電機電磁力矩變化歷程根據同步電機的特性方程可以由發(fā)電機相電壓和相電流計算電磁力矩。直接從發(fā)電機結構特性方程出發(fā)建立發(fā)電機模型會引入大量的變化參數，給分析和計算帶來困難。經典的派克變換則可以有效減少變量數目，適于工程應用。本發(fā)明采用基于派克變換的四階同步電機模型求解電磁力矩，四階同步電機模型對電磁力矩及電壓電流的方程描述為ud=E'd+X'qiq-raidUq=E'q+X'did-raiqTe=E'qiq+E'did-(X'd-X'q)idiq其中，X'q、X'd、ra為發(fā)電機的特性參數，均已知；Ud、ivid、i,為d、q軸下的等值電壓和等值電流，可以由派克方程得到，如下式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中，對應電壓和電流的派克變換分別為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>對應電壓和電流的派克變換分別為"6、4。Ua、Ub、U。、ia、ib、i。為實際選擇的表征次同步振蕩的特性參數，由實際，JL':.-測量得到。基于上述公式，由發(fā)電機相電壓和相電流可以得到不同工況下的電磁力矩隨時間的變化曲線。圖3表示出了典型次同步振蕩工況下的電磁力矩變化歷程。根據電磁力矩變化歷程及汽輪機各缸的功率分配，加載到汽輪發(fā)電機軸系連續(xù)質量模型上可以計算其瞬態(tài)扭振響應。3.確定汽輪發(fā)電機軸系瞬態(tài)扭矩變化歷程傳統(tǒng)的求解軸系扭振響應往往采用集中質量塊模型，模型由47個集中質量塊及各質量塊間的彈性單元構成，模型簡單，求解快速但求解精度低。本發(fā)明基于軸系實際結構，建立軸系連續(xù)質量模型，并根據該模型計算軸系的瞬態(tài)扭矩變化歷程。圖4所示為某汽輪發(fā)電機組軸系連續(xù)質量模型，對于不同機組，軸系尺寸略有不同，一般由制造廠提供。基于有限元法，采用梁單元和質量單元建立軸系模型，每個節(jié)點具有六個自由度，分別為{uxuueee}T。分析軸系的載荷分布時，主要考慮汽輪機蒸汽力矩和發(fā)電機電磁力矩的作用。本發(fā)明著重分析次同步振蕩工況下的軸系疲勞損傷計算，在次同步振蕩工況下，汽輪發(fā)電機組往往處于特定的負荷下，即發(fā)電功率變化較小。根據力矩的相互平衡，此時軸系受到的蒸汽力矩變化也較小，為此忽略蒸汽力矩的變化。根據實際600麗汽輪發(fā)電機各缸功率分配情況，建立高壓缸、中壓缸、低壓缸的功率分配比，從而得到各缸的力矩分布。建好模型后，根據軸系載荷分布，采用大型商業(yè)有限元軟件求解，得到軸系的瞬態(tài)扭矩變化歷程。目前可利用的大型商業(yè)有限元軟件主要有ANSYS、ABAQUS、SAMCEF、MARC等。求解軸系瞬態(tài)扭矩響應歷程仍然采用有限元法。有限元法對瞬態(tài)問題的動力學方程為mS(O+C6(0+ks(f)=(0其中，S(0和^)分別為結點加速度向量和結點速度向量，M為總體質量矩陣，有單元質量矩陣組裝而成，C為總體阻尼矩陣，也是有單元阻尼矩陣組裝而成，Pf(t)作用在彈性體上的動載激勵?！愕?，求解軸系瞬態(tài)響應前先分析軸系的固有頻率和振型，一是驗證模型的建模精度，二是分析軸系振型作為瞬態(tài)響應分析的基礎。4.確定局部危險部位首先，根據圓軸扭轉應力分布規(guī)律，初步確定各個軸頸為軸系的疲勞危險部位；軸系各種連接結構復雜，局部的臺階、凹槽等結構可能造成應力集中，也初步確定為軸系的疲勞危險部位。然后建立局部危險部位三維實體模型進行有限元分析，獲得局部部位的應力應變歷程以確定疲勞危險點。該方法基于實體有限元法，計算考慮局部的應力集中和材料的彈塑性關系。不同的汽輪發(fā)電機軸系，軸系的疲勞危險部位也不相同。在獲得局部結構的詳細尺寸后即可利用該方法求解局部應力應變歷程，求解基于前述的軸系瞬態(tài)扭矩變化歷程，提取局部危險部位的扭矩變化歷程，進行應力應變分析。以軸系某一聯軸器部位為例，得到的方法和結論可以推廣到其他部位。圖5所示為該部位瞬態(tài)扭矩變化歷程，表1所示為不同次同步振蕩工況下的扭矩最大值。表1各個次同步振蕩工況下所選聯軸器部位最大扭矩(標幺值)次同歩振蕩工況SSO-1SSO-2SSO-3SSO-4波動值ei0.00360.00590.00690.Oil扭矩最大值1.2581071.43409231.50827421.7543067扭矩波動值D0.2581070.43409230.50827420.7543067圖6所示為該部位過盈配合示意，該部位由聯軸器1、銷鍵2和軸3三者配合，接觸面的應力應變計算呈現高度的非線性關系，傳統(tǒng)的名義應力法和集中應力系數修正的方法難以求解。根據該部位材料的彈塑性應力應變關系，由前述分析得到的瞬態(tài)扭矩變化歷程，加載到實體模型計算，得到局部部位的應力應變歷程，表2所示為所選部位在滿負荷工況和最大次同步振蕩工況下的應力與應變值，，該表將為疲勞分析準則的確定提供參考。圖7、圖8所示為該部位的應力_扭矩歷程，采用同樣的方法可得到應變歷程，這是進行疲勞損傷計算的基礎。表2所選部位不同工況下的最大等效應力與應變<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>5.確定軸系疲勞損傷值根據疲勞損傷的根系準則，在應力水平較高、應變較大時，適合于采用Manson-Coffin公式即e_N曲線分析結構在低周循環(huán)載荷下的疲勞損傷；在軸系應力水平較低、應變較小時，適合采用應力-疲勞曲線即S-N曲線計算結構在高周循環(huán)載荷下的疲勞損傷。圖9所示為典型汽輪機軸系材料30CrllNi2W2MoV的e_N曲線，汽輪發(fā)電機軸系的材料與該材料性質近似，因此疲勞特性也相近?；诒景l(fā)明前面所論述的軸系危險部位的應力應變計算值，選擇適合于次同步振蕩分析的疲勞損傷準則。比較表2中聯軸器部位在最大次同步振蕩工況下的總應變?yōu)?.003974，取對數后為-2.41，查圖9對應的循環(huán)次數發(fā)現，循環(huán)次數在104105之間。由此得出結論，在各個次同步在振蕩工況下，軸系部位所對應的循環(huán)次數均大于104。根據疲勞損傷計算的一般準則，當材料的循環(huán)次數大于104時，材料呈現高周疲勞特性，適于采用高周疲勞準則(即S-N曲線)進行疲勞累積計算分析。為此，分析和計算聯軸器部位的疲勞損傷及疲勞累積時采用材料的高周疲勞特性進行計算。然后采用雨流法對疲勞部位的應力變化歷程計算披露載荷幅值和載荷循環(huán)次數，對應S-N曲線可以計算出相應的疲勞損傷值，采用線性疊加準則得到軸系危險部位的疲勞累積損傷值。依據前面分析得出的典型次同步振蕩工況的聯軸器部位的瞬態(tài)扭矩變化歷程，得到相應工況的疲勞損傷值如表3。表3不同次同步振蕩工況下某聯軸器部位的疲勞損傷累積9<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>6.疲勞損傷在線監(jiān)測方法確定上述分析計算基于復雜軸系模型和同步電機模型，求解采用有限元法，求解規(guī)模較大，難以應用于在線監(jiān)測。本發(fā)明提出建立各個分析過程中主要數據間的關系表，存儲在數據庫中，通過數據庫查找計算獲得軸系疲勞損傷分析結果，以達到在線使用要求。首先建立汽輪發(fā)電機相電壓和相電流與電磁力矩的對應關系表，接著建立汽輪機額定負荷下軸系各個危險部位瞬態(tài)扭矩的計算關系表，然后通過通用商業(yè)有限元軟件逐一建立危險部位的實體模型進行彈塑性應力應變計算，得到危險部位應力與扭矩的對應關系，繼而存儲軸系不同危險部位的應力-疲勞曲線，實際運行中根據實測相電壓和相電流依次查表獲得不同危險部位的疲勞損傷最大值，以此作為整軸系的疲勞累積值，實現次同步振蕩引起的汽輪發(fā)電機軸系疲勞損傷的在線監(jiān)測。圖io所示為在線檢測分析方法流程。權利要求一種次同步振蕩引起的汽輪發(fā)電機軸系疲勞損傷在線分析方法，該方法按以下步驟進行1)確定表征電網次同步振蕩參數選擇電廠實際測量的發(fā)電機相電壓和相電流的波動值表征次同步振蕩的幅度，選擇實際電廠正常工況下的相電壓ub和相電流ib作為基準值，次同步振蕩工況下的相電壓us和相電流is與基準值比較得到標幺值，記為εi；2)確定同步發(fā)電機電磁力矩變化歷程建立四階同步電機模型，根據實測相電壓、相電流由派克變換計算出發(fā)電機電磁力矩，四階同步電機模型對電磁力矩及電壓電流方程為ud＝E′d+X′qiq-raiduq＝E′q+X′did-raiqTe＝E′qiq+E′did-(X′d-X′q)idiq其中，X′q、X′d、ra為發(fā)電機的特性參數，均已知；ud、uq、id、iq為d、q軸下的等值電壓和等值電流，可以由派克方程得到，如下式<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mi>d</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mi>q</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfrac><mn>2</mn><mn>3</mn></mfrac><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mrow><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow><mi>a</mi></msub></mtd><mtd><msub><mrow><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow><mi>b</mi></msub></mtd><mtd><msub><mrow><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow><mi>c</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>-</mo><msub><mrow><mi>sin</mi><mi>θ</mi></mrow><mi>a</mi></msub></mtd><mtd><mo>-</mo><mi>sin</mi><msub><mi>θ</mi><mi>b</mi></msub></mtd><mtd><mo>-</mo><msub><mrow><mi>sin</mi><mi>θ</mi></mrow><mi>c</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mtd><mtd><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mtd><mtd><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mi>a</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mi>b</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mi>c</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>其中，<mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mi>d</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mi>q</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced>對應電壓和電流的派克變換分別為<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>d</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>q</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow><mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>d</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>q</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>;</mo></mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mi>a</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mi>b</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mi>c</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced>對應電壓和電流的派克變換分別為<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>a</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>b</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>c</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow><mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>a</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>b</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>c</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>ua、ub、uc、ia、ib、ic為實際選擇的表征次同步振蕩的特性參數，由實際測量得到，基于上述公式，由發(fā)電機相電壓和相電流得到不同工況下的電磁力矩隨時間的變化歷程；3)確定汽輪發(fā)電機軸系瞬態(tài)扭矩變化歷程根據軸系實際結構，建立汽輪發(fā)電機軸系連續(xù)質量模型，根據軸系各部位受力和電磁力矩變化歷程，利用軸系連續(xù)質量模型求解軸系瞬態(tài)扭矩變化歷程；4)確定局部危險部位首先根據圓軸扭轉應力分布規(guī)律，初步確定各軸頸和軸系上各連接結構為軸系的疲勞危險部位，然后建立局部結構三維實體模型，利用有限元分析方法獲得局部結構的應力應變歷程以確定疲勞危險部位；5)確定軸系疲勞損傷值分析疲勞危險部位的疲勞損傷形式，確定以高周疲勞方法計算危險部位的疲勞損傷，根據軸系瞬態(tài)扭矩變化歷程，確定危險部位的疲勞載荷幅值與載荷循環(huán)次數，查找S-N曲線計算出危險部位的疲勞損傷值，各個危險部位疲勞損傷最大值即為軸系疲勞損傷值；6)疲勞損傷在線監(jiān)測方法確定首先建立汽輪發(fā)電機相電壓和相電流與電磁力矩的對應關系表，接著建立汽輪機額定負荷下軸系各個危險部位瞬態(tài)扭矩的計算關系表，然后通過通用商業(yè)有限元軟件逐一建立危險部位的實體模型進行彈塑性應力應變計算，得到危險部位應力與扭矩的對應關系，繼而存儲軸系不同危險部位的應力-疲勞曲線，實際運行中根據實測相電壓和相電流依次查表獲得不同危險部位的疲勞損傷最大值，以此作為整軸系的疲勞累積值，實現次同步振蕩引起的汽輪發(fā)電機軸系疲勞損傷的在線監(jiān)測。全文摘要次同步振蕩引起的汽輪發(fā)電機軸系疲勞損傷在線分析方法，本發(fā)明通過實測相電壓和相電流確定次同步振蕩的幅度；采用四階同步電機模型確定發(fā)電機電磁力矩變化歷程；采用汽輪發(fā)電機軸系連續(xù)質量模型確定軸系瞬態(tài)扭矩變化歷程；采用有限元法建立局部危險部位實體模型，確定軸系最大疲勞損傷部位；采用高周疲勞損傷準則，確定軸系疲勞損傷值；建立疲勞損傷數據庫，存儲各個流程的計算數據，確定次同步振蕩引起的汽輪發(fā)電機軸系疲勞損傷的在線分析方法。本發(fā)明可用于在線分析次同步振蕩引起的汽輪發(fā)電機軸系疲勞損傷，提高對電網次同步振蕩與發(fā)電機組關聯影響的評估水平，有效預防次同步振蕩引起的發(fā)電機組軸系疲勞損傷與累積。文檔編號G01M13/00GK101750216SQ20101010318公開日2010年6月23日申請日期2010年1月28日優(yōu)先權日2010年1月28日發(fā)明者劉超,洪良友,蔣東翔申請人:清華大學