本發(fā)明涉及一種瞬時轉(zhuǎn)速測試裝置及其測試方法，特別是一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)速測試裝置及其測試方法。

背景技術(shù)：

汽輪發(fā)電機組是復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機械系統(tǒng)，工作時其軸系主要受到蒸汽主動轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩的共同作用而高速旋轉(zhuǎn)，汽輪發(fā)電機組的設(shè)計與運行通常與汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)，而汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動慣量與汽輪發(fā)電機組軸系的瞬時轉(zhuǎn)速變化規(guī)律有關(guān)。在理論上，轉(zhuǎn)速具有平均與瞬時兩層含義，平均轉(zhuǎn)速是指一定時間間隔內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移，瞬時轉(zhuǎn)速為時間間隔趨近于無窮小時平均轉(zhuǎn)速的極限，瞬時轉(zhuǎn)速中包含有豐富的反映轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動狀態(tài)的綜合信息。

在現(xiàn)有技術(shù)中測量瞬時轉(zhuǎn)速的方法主要有測頻法和測周期法。

測頻法就是在一定的測量間隔時間內(nèi)對轉(zhuǎn)速傳感器輸出的有效電脈沖信號進行計數(shù)。首先應(yīng)確定一個閾值，然后指定上升沿或下降沿作為有效脈沖信號的觸發(fā)點，在測量間隔時間固定時，對有效脈沖的個數(shù)進行計數(shù)，即可得到測量間隔時間內(nèi)的瞬時轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，但測頻法響應(yīng)時間長，從而會導(dǎo)致在規(guī)定時間內(nèi)獲取的瞬時轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)點少，進而導(dǎo)致測得的瞬時轉(zhuǎn)速變化規(guī)律不精準，影響計算汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動慣量的準確度。

測周期法是測得測速齒輪產(chǎn)生的兩脈沖的間隔時間，就可獲得兩脈沖間隔的平均角速度，測周期方法有高頻波形采樣法和高頻計數(shù)法。(1)高頻波形采樣法利用經(jīng)濾波后的原始正弦載波信號，設(shè)置一個閾值電壓vth來確定脈沖信號的周期起始點，當(dāng)信號處于上升沿(或者下降沿)電壓大于閾值電壓時標(biāo)記下時間，將兩相鄰的時刻的精確時間間隔記錄下來，即可得兩相鄰時刻之間的瞬時轉(zhuǎn)速。(2)高頻計數(shù)法是將電渦流傳感器輸出的信號處理為規(guī)整的方波信號。使用高頻計數(shù)器產(chǎn)生的遠比脈沖寬度密集的高頻定周期方波的周期時間為尺度，去量取脈沖方波的時間。測周期法以預(yù)設(shè)齒輪齒數(shù)為一周期，在規(guī)定的時間內(nèi)相比于測頻法的響應(yīng)時間短，測量的瞬時轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)點多，但是在轉(zhuǎn)速自由飛升期得到的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)點還是很少，無法精確擬合出瞬時轉(zhuǎn)速變化規(guī)律，如需要縮短響應(yīng)時間，就需要增多齒輪齒數(shù)，但齒數(shù)增多后，每個齒的齒寬減小，會影響電渦流傳感器的輸出信號，影響測量瞬時轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的測量精度，從而影響擬合瞬時轉(zhuǎn)速變化規(guī)律。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)速測試裝置及其測試方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中擬合出瞬時轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律精確度低的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)速測試裝置，其特征在于：包含依次連接的

原始轉(zhuǎn)速信號采集模塊，用于當(dāng)汽輪發(fā)電機組發(fā)生甩負荷時，采集汽輪發(fā)電機組的原始轉(zhuǎn)速信號；

第一濾波模塊，用于對原始轉(zhuǎn)速信號進行濾波，得到轉(zhuǎn)速信號；

轉(zhuǎn)速信號解調(diào)模塊，用于對轉(zhuǎn)速信號進行希爾伯特變換解調(diào)，得到包絡(luò)信號及其解析信號；

求解模塊，用于根據(jù)對包絡(luò)信號及其解析信號進行求解，得到第一瞬時轉(zhuǎn)速信號；

第二濾波模塊，用于對所述第一瞬時轉(zhuǎn)速信號進行濾波，得到第二瞬時轉(zhuǎn)速信號；

擬合模塊，用于對第二瞬時信號進行擬合，得到瞬時轉(zhuǎn)速曲線。

進一步地，所述轉(zhuǎn)速信號解調(diào)模塊包含

波形圖建立單元，用于建立原始轉(zhuǎn)速信號的時域波形圖；

第一頻譜圖建立單元，用于建立原始轉(zhuǎn)速信號的頻譜圖；

轉(zhuǎn)速信號調(diào)制單元，用于根據(jù)時域波形圖和所述頻譜圖對轉(zhuǎn)速信號的頻率進行調(diào)制，得到包絡(luò)信號。

進一步地，所述求解模塊包含

頻率獲取單元，用于獲取包絡(luò)信號的頻率；

包絡(luò)信號的相位角獲取單元，用于獲取包絡(luò)信號的相位角；

求解單元，用于利用希爾伯特變換、頻率以及相位角對包絡(luò)信號進行解析，得到解析信號；

解析信號的相位角獲取單元，用于獲取解析信號的相位角；

求導(dǎo)單元，用于對解析信號的相位角求導(dǎo)，得到第一瞬時轉(zhuǎn)速信號。

進一步地，所述第二濾波模塊包含

第二頻譜圖建立單元，用于建立第一瞬時轉(zhuǎn)速信號的頻譜圖；

扭振頻率確定單元，用于根據(jù)頻譜圖確定第一瞬時轉(zhuǎn)速信號的扭振頻率；

第二濾波單元，用于濾波所述扭振頻率，得到第二瞬時轉(zhuǎn)速信號。

一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)速測試方法，其特征在于包含以下步驟：

步驟一：當(dāng)汽輪發(fā)電機組發(fā)生甩負荷時，采集汽輪發(fā)電機組的原始轉(zhuǎn)速信號；

步驟二：對原始轉(zhuǎn)速信號進行濾波，得到轉(zhuǎn)速信號；

步驟三：對轉(zhuǎn)速信號進行解調(diào)，得到包絡(luò)信號；

步驟四：根據(jù)希爾伯特變換對包絡(luò)信號進行求解，得到第一瞬時轉(zhuǎn)速信號；

步驟五：對第一瞬時轉(zhuǎn)速信號進行濾波，得到第二瞬時轉(zhuǎn)速信號；對瞬時轉(zhuǎn)速信號進行濾波，濾除扭振信號；

步驟六：對第二瞬時信號進行擬合，得到瞬時轉(zhuǎn)速曲線；

步驟七：根據(jù)瞬時轉(zhuǎn)速曲線計算所述汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動慣量。

進一步地，所述步驟三具體為，建立原始轉(zhuǎn)速信號的時域波形圖，建立原始轉(zhuǎn)速信號的頻譜圖，根據(jù)時域波形圖和頻譜圖對轉(zhuǎn)速信號的頻率進行解調(diào)，得到包絡(luò)信號。

進一步地，所述步驟四具體為，獲取包絡(luò)信號的頻率，獲取包絡(luò)信號的相位角，利用希爾伯特變換、頻率以及相位角對包絡(luò)信號進行解析，得到解析信號；獲取解析信號的相位角，對解析信號的相位角求導(dǎo)，得到第一瞬時轉(zhuǎn)速信號。

進一步地，所述解析信號解析過程為，

采集的原始電渦流傳感器輸出的信號為

a(t)是傳感器采集的信號，x(t)是被a(t)調(diào)制過信號，t為時間，f0為被測信號的頻率，為相位；

設(shè)被測信號的總相位角為

則相位角隨時間的瞬時變化量為

則x(t)的hilbert變換為

則x(t)的包絡(luò)信號的解析形式為：

其中j為虛數(shù)單位。

則解析信號的總相位角θ(t)為

包絡(luò)信號的瞬時頻率μ(t)為相位角隨時間的導(dǎo)數(shù)，即為軸系的瞬時轉(zhuǎn)速：

其中，dt為采樣點間的時間間隔，即采樣頻率的倒數(shù)，瞬時轉(zhuǎn)速單位為rad/s；給定測速齒輪的齒數(shù)nt，則以轉(zhuǎn)每分(rpm)表示的轉(zhuǎn)速為：

其中，ω(t)為以轉(zhuǎn)每分為單位表示的瞬時轉(zhuǎn)速。

進一步地，所述步驟五具體為，建立第一瞬時轉(zhuǎn)速信號的頻譜圖，再次分析瞬時轉(zhuǎn)速信號的頻譜，識別出影響瞬時轉(zhuǎn)速的頻率點，根據(jù)頻譜圖確定第一瞬時轉(zhuǎn)速信號的扭振頻率，對扭振頻率濾波，得到第二瞬時轉(zhuǎn)速信號。

進一步地，所述步驟六中瞬時轉(zhuǎn)速曲線確定方法為，

6.1采集轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速信號，并存儲；

6.2對轉(zhuǎn)速信號進行濾波；建立初始信號頻譜，分析初始信號的頻譜，對信號進行濾波；

6.3對經(jīng)過濾波的轉(zhuǎn)速信號進行hilbert變換，求得瞬時轉(zhuǎn)速；

6.4再次分析瞬時轉(zhuǎn)速信號的頻譜，識別出影響瞬時轉(zhuǎn)速的頻率點，主要為扭振頻率；

6.5對瞬時轉(zhuǎn)速信號進行濾波，去除扭振頻率信號；

6.6對瞬時轉(zhuǎn)速曲線通過回歸分析，計算轉(zhuǎn)速升速率。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果：本發(fā)明采用希爾伯特變換的解析方法直接對輸出信號進行分析，不需要外圍設(shè)備，如高頻計數(shù)法使用的晶振芯片等，一方面節(jié)約了成本，另一方面本發(fā)明響應(yīng)時間為采集器的采樣周期，無需按照外圍設(shè)備確定采樣周期，避免采集的數(shù)據(jù)量過少，從而最大限度地利用了采集儀的優(yōu)勢，可得到大量的數(shù)據(jù)點，提高了擬合瞬時轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律的精確性，進而提高了計算汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動慣量的準確度。此外，本發(fā)明以第一瞬時轉(zhuǎn)速信號為基礎(chǔ)，進行頻譜分析，識別出扭振頻率，并加以濾波得到純凈的轉(zhuǎn)速飛升信號，提高轉(zhuǎn)速飛升率的計算準確性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)速測試裝置的模塊示意圖。

圖2是本發(fā)明的一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)速測試方法的流程圖。

圖3是本發(fā)明的瞬時轉(zhuǎn)速變化曲線確定方法流程圖。

圖4是本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)速傳感器原始數(shù)據(jù)時域圖及頻譜圖。

圖5是本發(fā)明實施例的濾波器幅頻特性曲線圖。

圖6是本發(fā)明實施例的經(jīng)過濾波后的時域圖及頻譜圖。

圖7是本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)速時域信號變化曲線圖。

圖9是本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子飛升段瞬時轉(zhuǎn)速及擬合曲線圖。

圖10是本發(fā)明實施例的濾除扭振頻率后的轉(zhuǎn)子飛升段瞬時轉(zhuǎn)速及擬合曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實施例。

如圖1所示，本發(fā)明的一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)速測試裝置，包含依次連接的

原始轉(zhuǎn)速信號采集模塊，用于當(dāng)汽輪發(fā)電機組發(fā)生甩負荷時，采集汽輪發(fā)電機組的原始轉(zhuǎn)速信號；原始轉(zhuǎn)速信號是針對汽輪發(fā)電機組的齒輪進行測速的；甩電荷表示為汽輪發(fā)電機組在發(fā)電機側(cè)切斷與外界電網(wǎng)聯(lián)系的瞬間到主汽門關(guān)閉的瞬間，電磁扭矩被切斷，而蒸汽扭矩保持不變

第一濾波模塊，用于對原始轉(zhuǎn)速信號進行濾波，得到轉(zhuǎn)速信號；第一濾波模塊包括第一濾波單元，用于選擇通頻頻率為3000-3500hz的濾波器對原始轉(zhuǎn)速信號進行濾波，得到轉(zhuǎn)速信號。

轉(zhuǎn)速信號解調(diào)模塊，用于對轉(zhuǎn)速信號進行希爾伯特變換解調(diào)，得到包絡(luò)信號及其解析信號；

轉(zhuǎn)速信號解調(diào)模塊包含

波形圖建立單元，用于建立原始轉(zhuǎn)速信號的時域波形圖；

第一頻譜圖建立單元，用于建立原始轉(zhuǎn)速信號的頻譜圖；

轉(zhuǎn)速信號調(diào)制單元，用于根據(jù)時域波形圖和所述頻譜圖對轉(zhuǎn)速信號的頻率進行調(diào)制，得到包絡(luò)信號。

求解模塊，用于根據(jù)對包絡(luò)信號及其解析信號進行求解，得到第一瞬時轉(zhuǎn)速信號；

求解模塊包含

頻率獲取單元，用于獲取包絡(luò)信號的頻率；

包絡(luò)信號的相位角獲取單元，用于獲取包絡(luò)信號的相位角；

求解單元，用于利用希爾伯特變換、頻率以及相位角對包絡(luò)信號進行解析，得到解析信號；

解析信號的相位角獲取單元，用于獲取解析信號的相位角；

求導(dǎo)單元，用于對解析信號的相位角求導(dǎo)，得到第一瞬時轉(zhuǎn)速信號。

第二濾波模塊，用于對所述第一瞬時轉(zhuǎn)速信號進行濾波，得到第二瞬時轉(zhuǎn)速信號；

第二濾波模塊包含

第二頻譜圖建立單元，用于建立第一瞬時轉(zhuǎn)速信號的頻譜圖；

扭振頻率確定單元，用于根據(jù)頻譜圖確定第一瞬時轉(zhuǎn)速信號的扭振頻率；

第二濾波單元，用于濾波所述扭振頻率，得到第二瞬時轉(zhuǎn)速信號。

擬合模塊，用于對第二瞬時信號進行擬合，得到瞬時轉(zhuǎn)速曲線。

傳統(tǒng)測量方法中有些方法除了轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)外，還需另外的硬件設(shè)施，如高頻計數(shù)法需要對原始電渦流傳感器輸出信號進行整流，需用另外的電路實現(xiàn)，另外還需要外部晶振電路及計時器電路等。

而本發(fā)明的轉(zhuǎn)動慣量確定系統(tǒng)能夠直接對測量裝置的輸出信號通過計算機進行分析，不需要外圍硬件設(shè)備，如高頻計數(shù)法使用的晶振芯片等，降低了成本；采用該轉(zhuǎn)動慣量確定系統(tǒng)響應(yīng)時間為采集器的采樣周期，從而最大限度地利用了高采樣率采集儀的優(yōu)勢，在一定的時間窗口下可得到大量的數(shù)據(jù)點，如以采樣頻率為200khz錄播儀為例，1s時間內(nèi)可得到200*1000個數(shù)據(jù)，250ms內(nèi)也有50*1000個數(shù)據(jù)，相對于傳統(tǒng)方法，將轉(zhuǎn)速測量的響應(yīng)時間提高了兩個數(shù)量級，相應(yīng)可得出大量的有效數(shù)據(jù)。

如圖2所示，一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)速測試方法，其特征在于包含以下步驟：

步驟一：當(dāng)汽輪發(fā)電機組發(fā)生甩負荷時，采集汽輪發(fā)電機組的原始轉(zhuǎn)速信號；原始轉(zhuǎn)速信號是針對汽輪發(fā)電機組的齒輪進行測速的,甩電荷表示為汽輪發(fā)電機組在發(fā)電機側(cè)切斷與外界電網(wǎng)聯(lián)系的瞬間到主汽門關(guān)閉的瞬間，電磁扭矩被切斷，而蒸汽扭矩保持不變。通常選擇通頻頻率為3000-3500hz的濾波器對原始轉(zhuǎn)速信號進行濾波，得到轉(zhuǎn)速信號。

步驟二：對原始轉(zhuǎn)速信號進行濾波，得到轉(zhuǎn)速信號；經(jīng)測速齒輪及電渦流傳感器組成的轉(zhuǎn)速測量裝置采集的原始轉(zhuǎn)速信號的影響因素有：(a)測速齒輪齒-槽幾何形狀會造成轉(zhuǎn)速傳感器輸出波形不是標(biāo)準的正弦波；(b)轉(zhuǎn)子不平衡、油膜渦動等原因會造成轉(zhuǎn)子的徑向振動，帶來的基頻、半頻或倍頻成分；而轉(zhuǎn)速齒輪輸出信號的頻率為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率與測速齒輪齒數(shù)的乘積，測速齒輪一般為60或100齒，相對而言，徑向振動信號為低頻分量，因此，原始信號會含有多種頻率成分，需要通過設(shè)置合適的濾波器參數(shù)對信號進行濾波，得到濾波后的轉(zhuǎn)速信號；

步驟三：對轉(zhuǎn)速信號進行解調(diào)，得到包絡(luò)信號；建立原始轉(zhuǎn)速信號的時域波形圖，建立原始轉(zhuǎn)速信號的頻譜圖，根據(jù)時域波形圖和頻譜圖對轉(zhuǎn)速信號的頻率進行解調(diào)，得到包絡(luò)信號。

步驟四：根據(jù)希爾伯特變換對包絡(luò)信號進行求解，得到第一瞬時轉(zhuǎn)速信號；獲取包絡(luò)信號的頻率，獲取包絡(luò)信號的相位角，利用希爾伯特變換、頻率以及相位角對包絡(luò)信號進行解析，得到解析信號；獲取解析信號的相位角，對解析信號的相位角求導(dǎo)，得到第一瞬時轉(zhuǎn)速信號。

通過采用基于希爾伯特(hilbert)變換的瞬時轉(zhuǎn)速解析算法原理求解出更精確的瞬時轉(zhuǎn)速信號，具體的求解過程如下所示：

hilbert變換是以數(shù)學(xué)家大衛(wèi)·希爾伯特(davidhilbert)來命名的一種信號處理方法。信號經(jīng)hilbert變換后，在頻域各頻率分量的幅度保持不變，但相位將出現(xiàn)90°相移。hilbert變換能用來描述幅度調(diào)制或相位調(diào)制的包絡(luò)、瞬時頻率和瞬時相位。

經(jīng)電渦流傳感器系統(tǒng)采集出的汽輪發(fā)電機組軸系測速齒輪的時域波形類似余弦的周期信號，轉(zhuǎn)速信號對應(yīng)其頻率。當(dāng)轉(zhuǎn)速變化后，信號的頻率發(fā)生變化。因此，在甩負荷時轉(zhuǎn)速飛升變化受到頻率調(diào)制的轉(zhuǎn)速信號，其包絡(luò)信號中包含了轉(zhuǎn)速變化的特征，對包絡(luò)信號進行解調(diào)即可解算出瞬時轉(zhuǎn)速。解調(diào)過程為首先將包絡(luò)信號表示為復(fù)數(shù)形式，實部為原始信號，虛部為原始信號經(jīng)過hilbert變換后的形式；然后求解此復(fù)數(shù)信號的幅角變化，即是瞬時轉(zhuǎn)速。

采集的原始電渦流傳感器輸出的信號為

a(t)是傳感器采集的信號，x(t)是被a(t)調(diào)制過信號，t為時間，f0為被測信號的頻率，為相位；

設(shè)被測信號的總相位角為

則x(t)的hilbert變換為

則x(t)的包絡(luò)信號的解析形式為：

其中j為虛數(shù)單位，則解析信號的相位角θ(t)為

包絡(luò)信號的瞬時頻率μ(t)為相位角隨時間的導(dǎo)數(shù)，即為軸系的瞬時轉(zhuǎn)速：

其中，dt為采樣點間的時間間隔，即采樣頻率的倒數(shù)，瞬時轉(zhuǎn)速單位為rad/s；給定測速齒輪的齒數(shù)nt，則以轉(zhuǎn)每分(rpm)表示的轉(zhuǎn)速為：

其中，ω(t)為以轉(zhuǎn)每分為單位表示的瞬時轉(zhuǎn)速。

步驟五：對第一瞬時轉(zhuǎn)速信號進行濾波，得到第二瞬時轉(zhuǎn)速信號；對瞬時轉(zhuǎn)速信號進行濾波，濾除扭振信號；建立第一瞬時轉(zhuǎn)速信號的頻譜圖，再次分析瞬時轉(zhuǎn)速信號的頻譜，識別出影響瞬時轉(zhuǎn)速的頻率點，根據(jù)頻譜圖確定第一瞬時轉(zhuǎn)速信號的扭振頻率，對扭振頻率濾波，得到第二瞬時轉(zhuǎn)速信號。

步驟六：對第二瞬時信號進行擬合，得到瞬時轉(zhuǎn)速曲線；

如圖3所示，瞬時轉(zhuǎn)速曲線確定方法為，

6.1采集轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速信號，并存儲；

6.2對轉(zhuǎn)速信號進行濾波；建立初始信號頻譜，分析初始信號的頻譜，對信號進行濾波；經(jīng)測速齒輪及電渦流傳感器組成的轉(zhuǎn)速測量裝置采集的原始轉(zhuǎn)速信號的影響因素有：(a)測速齒輪齒-槽幾何形狀會造成轉(zhuǎn)速傳感器輸出波形不是標(biāo)準的正弦波；(b)轉(zhuǎn)子不平衡、油膜渦動等原因會造成轉(zhuǎn)子的徑向振動，帶來的基頻、半頻或倍頻成分。而轉(zhuǎn)速齒輪輸出信號的頻率為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率與測速齒輪齒數(shù)的乘積，測速齒輪一般為60或100齒，相對而言，徑向振動信號為低頻分量。因此，原始信號會含有多種頻率成分，需要通過設(shè)置合適的濾波器參數(shù)對信號進行濾波；

6.3對經(jīng)過濾波的轉(zhuǎn)速信號進行hilbert變換，求得瞬時轉(zhuǎn)速；

6.4再次分析瞬時轉(zhuǎn)速信號的頻譜，識別出影響瞬時轉(zhuǎn)速的頻率點，主要為扭振頻率；

6.5對瞬時轉(zhuǎn)速信號進行濾波，去除扭振頻率信號；

6.6對瞬時轉(zhuǎn)速曲線通過回歸分析，計算轉(zhuǎn)速升速率。

步驟七：根據(jù)瞬時轉(zhuǎn)速曲線計算所述汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動慣量。

傳統(tǒng)方法的不足之處表現(xiàn)在：在轉(zhuǎn)速自由飛升期得到的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)點數(shù)較少，丟失了瞬時轉(zhuǎn)速變化的更多細節(jié)。如按測速齒輪齒數(shù)nt為100齒，基準轉(zhuǎn)速ω為3000rpm，自由飛升時間為0.25s計算：測頻法典型的響應(yīng)時間為5～10個周期，也就是測速齒輪轉(zhuǎn)過5～10個齒的時間，對應(yīng)響應(yīng)時間為5～10/(100*50)＝0.001～0.002s，采樣周期為500～1000hz，在0.25s內(nèi)得到125～250組數(shù)據(jù)，如需縮短響應(yīng)時間，需要增多齒數(shù)，但齒數(shù)增多后，每個齒的齒寬減小，會影響電渦流傳感器的輸出信號；測周期法的響應(yīng)時間為一個周期，即測速齒輪轉(zhuǎn)過一個齒的時間，響應(yīng)時間為為1/(100*50)＝0.0002s，采樣頻率為5000hz，在0.25s內(nèi)得到1250組數(shù)據(jù)。

汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速飛升段時間段，軸系轉(zhuǎn)速變化劇烈，瞬時轉(zhuǎn)速點數(shù)過少帶來的局限性體現(xiàn)在：

(1)不能反映出轉(zhuǎn)速變化的瞬時變化趨勢；

(2)由于發(fā)電機在瞬間失去電負荷時會激發(fā)出較大的扭振模態(tài)，直接影響軸系瞬時轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速點數(shù)較少，也不能識別分辨其中的轉(zhuǎn)速變化細節(jié)；

(3)轉(zhuǎn)速點數(shù)較少，結(jié)果易受到隨機誤差等噪音信號的影響。

而采用本發(fā)明的轉(zhuǎn)動慣量確定方法通過第一次對原始轉(zhuǎn)速信號濾波，得到轉(zhuǎn)速信號。由于在獲取原始轉(zhuǎn)速信號后進行希爾伯特變換時，采樣點數(shù)不變，因此可得到大量原始轉(zhuǎn)速信號，將原始轉(zhuǎn)速信號中多種頻率成分進行濾波，得到所需的轉(zhuǎn)速信號，再對該轉(zhuǎn)速信號進行調(diào)制求解，從而得到第一瞬時轉(zhuǎn)速信號，通過頻譜分析出第一瞬時轉(zhuǎn)速信號中的扭振頻率，對第一瞬時轉(zhuǎn)速信號再次濾波，去除扭振頻率，針對干擾頻率進行濾波后重構(gòu)轉(zhuǎn)速信號，得到第二瞬時轉(zhuǎn)速信號，進而得到純凈的轉(zhuǎn)速飛升信號，又由于采取的原始轉(zhuǎn)速信號多，就能夠更精確的擬合出瞬時轉(zhuǎn)速變化規(guī)律，提高轉(zhuǎn)速飛升率的計算準確性以及汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動慣量的計算精度，解決了現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題。

在本發(fā)明實施例中，汽輪機基準轉(zhuǎn)速3000rpm，測速齒輪為60齒，采樣頻率200khz。

圖4為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)速傳感器原始數(shù)據(jù)時域圖及頻譜圖，如圖4所示：

圖4(a)表示為原始數(shù)據(jù)時域波形圖，圖4(b)表示為原始數(shù)據(jù)頻譜圖，從圖4(a)中的時域波形可知，轉(zhuǎn)速傳感器輸出的波形為較為復(fù)雜的周期性的方波，這是由于測速齒輪齒的幾何形狀導(dǎo)致的，經(jīng)過圖4(b)的頻譜分析也看出，頻譜較為復(fù)雜。根據(jù)機組的結(jié)構(gòu)參數(shù)，汽輪機的轉(zhuǎn)速為3000rpm，即50hz，測速齒輪為60齒，則3000hz附近的信號為轉(zhuǎn)速傳感器的基準頻率信號，而50hz左右的低頻信號主要為轉(zhuǎn)子徑向振動的影響，而其它頻率成分信號主要為方波的各階諧波，可認為是噪音信號。

圖5為本發(fā)明實施例的濾波器幅頻特性曲線圖，如圖5所示，設(shè)計通頻頻帶為3000～3500hz的濾波器對原始信號進行濾波，保留3000hz的基準頻率。

圖6為本發(fā)明實施例經(jīng)過濾波后的轉(zhuǎn)速信號時域圖及頻譜圖，如圖6所示，圖6(a)表示濾波后的轉(zhuǎn)速信號時域波形圖，圖6(b)表示濾波后的轉(zhuǎn)速信號頻譜圖，由圖6(a)、(b)中可知，原始信號經(jīng)過濾波后得到規(guī)整的正弦波信號，方便后期的信號處理，其中的頻率成分保留了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動頻率，而濾去了其它的干擾頻率。

圖7為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)速時域信號變化曲線圖，如圖7所示，在總體趨勢上，從0時刻開始，在0.3s時，轉(zhuǎn)子的瞬時轉(zhuǎn)速為線性飛升，可稱為線型飛升段，為進行下一步分析的時間段。在0.3s后，由于主汽門關(guān)閉，轉(zhuǎn)速的加速度減小，由于慣性，在約1.6s時達到峰值，隨后轉(zhuǎn)速下降，根據(jù)濾波后的時域信號進行hilbert變換，得出瞬時轉(zhuǎn)速。

圖8為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)速變化頻譜圖，如圖8所示，對此時域信號進行頻譜分析，由圖8可看出瞬時轉(zhuǎn)速變化過程中的頻率成份，由于在總體上瞬時轉(zhuǎn)速存在上升及下降段，類似于頻率較低的三角波，因此，信號中10hz以下的低頻分量為轉(zhuǎn)速飛升及減小的成分；而在14.2hz、20hz存在明顯的峰值，結(jié)合機組的結(jié)構(gòu)可判斷為甩負荷激發(fā)出的明顯的扭振信號，是引起圖6中致瞬時轉(zhuǎn)速明顯的波動的主要原因。52hz的小峰值應(yīng)為轉(zhuǎn)子徑向振動等因素帶來雜散頻率成分。

通過圖7可知，0至0.3s左右的時間段為有效的測量時間窗口，為了避免時間窗口在起始點和終點處選擇不精確造成的誤差，可截取中間的一段作為測量分析段，如圖9中為截取0.15至0.25s間轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)速變化曲線及擬合曲線。

圖9為本發(fā)明實施例中的轉(zhuǎn)子飛升段瞬時轉(zhuǎn)速及擬合曲線圖，如圖9所示，因為在轉(zhuǎn)速飛升段，轉(zhuǎn)子的瞬時轉(zhuǎn)速一般隨時間變化為線性升高，所以在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速飛升段，用一元線性方程進行回歸分析，具體形式為下式所示：

s＝p1t+p2，

其中s為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，p1、p2分別為一次系數(shù)及截距，一般用r2表示自變量t和因變量s的線性相關(guān)性，越接近于1，相關(guān)性越好，對圖9中數(shù)據(jù)進行線性擬合后圖像為圖9中黑色直線所示，具體各參數(shù)為：

p1＝277.9，

p2＝3008，

r2＝0.647

由圖9也可看出，在總體趨勢上，瞬時轉(zhuǎn)速隨時間而增大，但信號具有一定的周期性，由圖8頻譜可看出主要為14.2hz、30.2hz的頻率成份，對應(yīng)為該軸系的扭振頻率，帶來的瞬時轉(zhuǎn)速的變化，對擬合的關(guān)聯(lián)性帶來較大影響，r2僅為0.647。

圖10為本發(fā)明實施例的濾除扭振頻率后的轉(zhuǎn)子飛升段瞬時轉(zhuǎn)速及擬合曲線圖，如圖10所示，針對扭振的影響，可濾去14.2、30.2hz信號后，重構(gòu)信號，擬合后的參數(shù)為：

p1’＝291.8，

p2’＝3004，

r2’＝0.9389，

可看出經(jīng)過濾波后，抑制了軸系扭振的影響，轉(zhuǎn)速的變化曲線基本呈線性上升的趨勢，經(jīng)過擬合后r2’＝0.9389，與p1、p2和r2相比可看出，線性度有了較大的提高。

本發(fā)明采用了基于hilbert變換的解析方法求解了汽輪發(fā)電機組的瞬時轉(zhuǎn)速；對瞬時轉(zhuǎn)速進行了頻譜分析，辨識出影響瞬時轉(zhuǎn)速的扭振頻率等信號；并對影響瞬時轉(zhuǎn)速的扭振頻率等信號有針對性地進行了降噪處理，并以降噪后的信號進行分析，從而提高了擬合瞬時轉(zhuǎn)速信號的變化規(guī)律精度。

此外，本發(fā)明采集的數(shù)據(jù)點增多帶來的優(yōu)點還體現(xiàn)在：

(a)由于在甩負荷后汽輪發(fā)電機軸系的轉(zhuǎn)速變化為一瞬態(tài)過程，有效測量窗口長度為0.2～0.3s，在一定的時間窗口長度下得到的越多，越能反映出轉(zhuǎn)速變化的真實情況；

(b)大量的數(shù)據(jù)點有助于有效數(shù)據(jù)的截取。由于在現(xiàn)場測試中，準確的甩負荷時間即有效測量窗口的起點，以及主汽門關(guān)閉時間即有效測量窗口的終點的時間難以準確的確定，而起點和終點數(shù)據(jù)會影響整體擬合曲線的趨勢。當(dāng)數(shù)據(jù)點足夠多后，為避免起點和終點不好選取的影響，可截取中間的一段數(shù)據(jù)做為分析的數(shù)據(jù)，避免端點數(shù)據(jù)的干擾，提高計算的精確性。

本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明所作的舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明說明書的內(nèi)容或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。