專利名稱：大型發(fā)電機組次同步振蕩信號檢測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)電機組的振蕩信號檢測與分析，具體地，涉及一種大型發(fā)電機組次同步振蕩信號檢測與分析的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國由于能源分布不均，形成了“西電東送”的電力格局。這種采用串聯(lián)補償電容進行大容量、遠距離輸電的方式，使得大型發(fā)電機組的次同步振蕩成為電力系統(tǒng)的一個突出問題。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)電機組轉(zhuǎn)子軸系的嚴重破壞，造成重大事故，危機電力系統(tǒng)的運行安全。如20世紀70年代初,美國Mohave電廠發(fā)生的大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子大軸損壞的嚴重事故。我國內(nèi)蒙古托克托、上都、東北伊敏電廠、陜西錦界等送出工程，在實際應(yīng)用或分析計算中，均發(fā)現(xiàn)了不同程度的次同步振蕩問題。振蕩信號的檢測與分析，是解決次同步振蕩問題的第一步。只有對振蕩信號進行及時、準確的檢測、分析，才可能進一步對其進行有效的監(jiān)控和抑制。目前，對于次同步振蕩的信號檢測依據(jù)不同的檢測對象，主要分為機械量和電氣量兩種。機械量檢測是一種直接檢測方法，可以通過傳感器測量到機組的轉(zhuǎn)速，然后對其進行分析。這種方法直接測量轉(zhuǎn)子的機械量，故測量準確性一般比較高，但檢測裝置相對復(fù)雜，裝置價格較貴。電氣量檢測是一種間接檢測方法，測量汽輪機的電壓、電流等電氣信號，再將這些電氣信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速，然后對其進行分析。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，便于維護，但可靠性不足。本發(fā)明的檢測對象既包括機械量，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)電機組次同步振蕩信號檢測與分析的方法及系統(tǒng)，將振蕩時機組的機械量和電氣量均作為信號提取出來作為分析對象，增加了信號的可靠性和準確性。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種大型發(fā)電機組次同步振蕩信號檢測與分析的方法，所述方法包括以下步驟:①轉(zhuǎn)速信號的采集和校正在機組軸系的兩個測速點裝設(shè)測速齒輪及傳感器，將機組的振蕩轉(zhuǎn)速拾振并傳遞出來。測量所得轉(zhuǎn)速需通過齒形校正、彎曲振動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得的轉(zhuǎn)速信號被輸入分析裝置，進行扭振幅值分析和扭振頻譜分析。通過分析，可以對機組起到實時監(jiān)控和報警的作用，還可以為進一步分析提供準確的數(shù)據(jù)。

③機組狀態(tài)信號采集與分析
通過采集機組的氣壓、溫度、振蕩電壓和電流及其他機組參數(shù)信號(這里的其他機組參數(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)跳開信號和發(fā)電機滅磁開關(guān)跳閘動作信號等參數(shù))，計算機組的實時電磁力矩和機械力矩，對系統(tǒng)的振蕩狀態(tài)和機電轉(zhuǎn)換狀態(tài)進行實時監(jiān)控和分析，并為進一步分析提供準確的數(shù)據(jù)。④扭振模型分析與安全評價扭振模型分析與安全評價包括扭振響應(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，機組扭振模型仿真，機組電氣和機械阻尼的實時狀況，疲勞損耗和壽命預(yù)測等。通過這個模塊的分析與評價，可以得到軸系扭振的響應(yīng)情況，軸系扭振的激勵方式和實時的軸系安全狀況。分析結(jié)果可以輸出計算機，報警，以及作為抑制次同步振蕩系統(tǒng)的輸入信號。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種大型發(fā)電機組次同步振蕩信號檢測與分析的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)主要由三個部分組成:扭振幅值與頻譜分析模塊，機組狀態(tài)與力矩分析模塊和扭振模型分析與安全評價模塊，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，并對轉(zhuǎn)速信號進行多次?！ふＫ鰴C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、電壓及其他機組信號(這里的其他機組信號包括各監(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)跳開信號和發(fā)電機滅磁開關(guān)跳閘動作信號等參數(shù))，通過這些信號計算機組的電磁力矩、機械力矩，反應(yīng)機組振蕩狀態(tài)，為進一步分析做準備。所述扭振模型分析與安全評價模塊，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，機組扭振模型仿真，機組電氣和機械阻尼的實時狀況，疲勞損耗和壽命預(yù)測等多種功能。這些分析結(jié)果可以輸出計算機和抑制次同步振蕩的系統(tǒng)，振蕩越限時還可以輸出報警。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)電機組次同步振蕩信號檢測與分析的方法及系統(tǒng)，將振蕩時機組的機械量和電氣量均作為信號提取出來，作為分析對象，不僅增加了信號的可靠性和準確性，而且可以在檢測信號的基礎(chǔ)上，對機組的次同步振蕩進行較深入的分析，使得機組的振蕩頻率、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非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:圖1為大型發(fā)電機組次同步振蕩信號檢測與分析系統(tǒng)圖。圖中:轉(zhuǎn)速采集模塊1，蒸汽壓力及溫度采集模塊2，各項電壓、電流采集模塊3，勵磁電流采集模塊4，校正模塊5，機械力矩的合成模塊6，電氣力矩的合成模塊7，扭振幅值與頻譜分析模塊8，機組狀態(tài)與力矩分析模塊9，扭振模型分析與安全評價模塊10。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(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。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。如圖1，一種大型發(fā)電機組次同步振蕩信號檢測與分析系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)速采集模塊I，蒸汽壓力及溫度采集模塊2，各項電壓、電流采集模塊3，勵磁電流采集模塊4，校正模塊5，機械力矩的合成模塊6，電氣力矩的合成模塊7，扭振幅值與頻譜分析模塊8，機組狀態(tài)與力矩分析模塊9，扭振模型分析與安全評價模塊10。所述轉(zhuǎn)速采集模塊I，在機組軸系裝設(shè)測速齒輪及傳感器，將機組的轉(zhuǎn)速拾振并傳遞出來。理論上，軸系上的測點越多，測量結(jié)果越接近實際值，測量的動態(tài)性能越好，但由于結(jié)構(gòu)限制，軸上方便安裝轉(zhuǎn)速測點的位置是有限的，特別是已投入運行的機組，新增轉(zhuǎn)速測點需要改變機組的結(jié)構(gòu)，付出的代價比較大。本實例采用兩測點的方法，在機組的機頭、機尾各設(shè)置一個測點。所述校正模塊5，包括齒形校正，彎曲振動與齒輪偏心校正和相位與幅值校正。測速齒輪在加工時齒間距往往有一定誤差，該誤差進入實際測量時，可能會引起比較大的誤差，故需對齒形的誤差進行校正。校正方法是讓軸系進行勻速轉(zhuǎn)動，記錄各齒的測量波形，作為校正值，在實際測量中按照記錄的齒輪波形對結(jié)構(gòu)進行校正。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)生彎曲振動或齒輪偏心時，也會導(dǎo)致傳感器輸出調(diào)頻信號，該調(diào)頻信號會干擾次同步振蕩的信號，故對傳感器需采用對稱安裝法。對稱安裝法，即在相差180度的地方，對稱安裝兩個相同的傳感器，將兩個傳感器所采集信號相加除以2，即可將干擾項抵消，得到次同步振蕩引起的調(diào)頻信號。這里測得的是各測點的瞬時轉(zhuǎn)速，由于測量方法會對結(jié)果引入一定的附加相位滯后，故要對測量值進行相位校正。瞬時轉(zhuǎn)速和測量值之間的動態(tài)特性為:
權(quán)利要求
1.一種大型發(fā)電機組次同步振蕩信號檢測與分析的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: ①轉(zhuǎn)速信號的采集和校正:在機組軸系的兩個測速點裝設(shè)測速齒輪及傳感器，將機組的振蕩轉(zhuǎn)速拾振并傳遞出來，測量所得轉(zhuǎn)速需通過齒形校正、彎曲振動和齒輪偏心校正和相位幅值校正； ②扭振幅值和頻譜分析:測得的轉(zhuǎn)速信號被輸入分析裝置，進行扭振幅值分析和扭振頻譜分析，通過分析，對機組起到實時監(jiān)控和報警的作用，并進一步分析提供準確的數(shù)據(jù)； ③機組狀態(tài)信號采集與分析:通過采集機組的氣壓、溫度、振蕩電壓和電流信號，計算機組的實時電磁力矩和機械力矩，對系統(tǒng)的振蕩狀態(tài)和機電轉(zhuǎn)換狀態(tài)進行實時監(jiān)控和分析，并為進一步分析提供準確的數(shù)據(jù)； ④扭振模型分析與安全評價:扭振模型分析與安全評價包括扭振響應(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，機組扭振模型仿真，機組電氣和機械阻尼的實時狀況，疲勞損耗和壽命預(yù)測，通過這個模塊的分析與評價，能得到軸系扭振的響應(yīng)情況，軸系扭振的激勵方式和實時的軸系安全狀況，分析結(jié)果輸出計算機，報警，以及作為抑制次同步振蕩系統(tǒng)的輸入信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型發(fā)電機組次同步振蕩信號檢測與分析的方法，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，對傳感器采用對稱安裝法。
3.一種大型發(fā)電機組次同步振蕩信號檢測與分析的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)主要由三個部分組成:扭振幅值與頻譜分析模塊，機組狀態(tài)與力矩分析模塊和扭振模型分析與安全評價模塊，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，并對轉(zhuǎn)速信號進行多次校正； 所述機組狀態(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，通過這些信號計算機組的電磁力矩、機械力矩，反應(yīng)機組振蕩狀態(tài)，為進一步分析做準備； 所述扭振模型分析與安全評價模塊，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、機組扭振模型仿真，機組電氣和機械阻尼的實時狀況，以及疲勞損耗和壽命預(yù)測，這些分析結(jié)果輸出計算機和抑制次同步振蕩的系統(tǒng)，振蕩越限時輸出報警。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大型發(fā)電機組次同步振蕩信號檢測與分析的系統(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，該模塊對轉(zhuǎn)速信號進行齒形校正，彎曲振動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)電機組次同步振蕩信號檢測與分析的系統(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，對傳感器采用對稱安裝法。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大型發(fā)電機組次同步振蕩信號檢測與分析的系統(tǒng)，其特征在于所述機組狀態(tài)與力矩分析裝置包括蒸汽壓力及溫度采集模塊，各項電壓、電流采集模塊，勵磁電流采集模塊，機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，所述機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計算機組的電磁力矩、機械力矩，反應(yīng)機組振蕩 狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種大型發(fā)電機組次同步振蕩信號檢測與分析的方法及系統(tǒng)，所述方法包括轉(zhuǎn)速信號的采集和校正；扭振幅值和頻譜分析；機組狀態(tài)信號采集與分析；扭振模型分析與安全評價。所述系統(tǒng)主要由三個部分組成扭振幅值與頻譜分析模塊，機組狀態(tài)與力矩分析模塊和扭振模型分析與安全評價模塊。本發(fā)明將振蕩時機組的機械量和電氣量均作為信號提取出來，作為分析對象，不僅增加了信號的可靠性和準確性，而且可以在檢測信號的基礎(chǔ)上，對機組的次同步振蕩進行較深入的分析，使得機組的振蕩頻率、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G01R31/34GK103245913SQ20131014284
公開日2013年8月14日 申請日期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, 瞿文慧, 羅*, 郜登科, 徐亞軍, 喬樹通 申請人:上海交通大學(xué)