[发明专利]测试大型汽轮发电机组轴系扭振模态的扫频法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统、大型火力发电厂，需要汽轮发电机组或大容量电动机的工业领域

背景技术

大型火力汽轮机组技术是我国重大装备的关键设备之一，发电厂的大规模建设是我国工业快速发展的保障。大功率机组的轴系具有轻质柔性、多支承、大跨距、高功率密度的特征，发电机材料利用系数提高，轴系截面功率密度相对增大，轴系的加长使扭转刚度下降，轴系固有频率谱相对较密，诱发振动的能量较低；同时电网也在朝着超高压大区域的方向发展，超高压远距离输电大量采用串补电容提高电网输电能力，以及新型采用电力电子元件的输配电和控制技术的应用，所有这些都使诱发机组振动的潜在因素日益增加，使机组轴系扭振问题越来越严重。另一方面，扭振也会激发电网的振荡，造成线路跳闸或机组解列，直接影响到系统的稳定运行和大量用户的经济利益。

如何准确测试现场安装后的大型汽轮发电机组的轴系机械扭振模态是保护机组轴系的关键。目前国内测试该项内容的方法是大型发电机运行起来后做多种扰动试验，包括机组同期、解列、线路投切、机组甩负荷等，不能保证试验每次是充分有效的，且对机组和电网运行有一定的破坏性。本发明涉及一种可控的测试大型汽轮发电机组轴系模态的扫频法，通过专门的试验装置和控制软件与被测试机组接口，通过对发电机组励磁系统注入可调节小控制信号，在机组轴系产生控制力矩，进而测试机组轴系的频率相应，并最终确定轴系的模态。

发明内容

研究了检测汽轮发电机组轴系扭振模态的扫频法，开发了大型汽轮发电机组轴系扭振控制器的软硬件和扭振测试仪，结合系统的测试方法，可实现对发电机组连续变频率的扭振力矩扫描，同时测试轴系的扭振响应，进而得到轴系的扭振模态。

本发明适用于1000MW、600MW、300MW的主力大型汽轮发电机组，也同样适用于300MW以下的小型汽轮发电机组和大容量电动机。

扫频法测试汽轮发电机组轴系扭振模态的检测方法的具体步骤：

通过装置发出4～20mA正弦电流信号，转换为2～10V的电压信号作为激励信号注入发电机励磁系统，在励磁系统的电流、电压中产生和注入的激励信号频率相同的信号；

励磁系统随发电机组转子旋转，在发电机组轴系产生与注入信号频率相同的电磁扭矩；

连续调节注入正弦信号的频率，调节范围为2～48Hz，步长为0.1Hz，发电机组轴系随注入激励信号的频率变化，产生2～48Hz的电气扭矩，扭矩作用在轴系产生扭振；

实时测量发电机组机端转速传感器信号，实时计算并监视激励信号在轴系产生的扭振的强度；

在某个频率点附件，实时测量的扭振强度达到局部极大值，则判断这个频率点是发电机组轴系的一个扭振模态；

在扭振模态频率值附近缓慢改变注入信号频率，反复试验得到精确的扭振模态，精度精确到0.1Hz。

本发明给出了一种测量大型汽轮发电机组轴系扭振模态的试验方法。该方法能够非常可靠、准确实际测量大型汽轮发电机组的轴系扭振模态。随着大容量汽轮发电机组和远距离大容量输电技术的应用，在机组和电网中发生次同步振荡(SSO)的情况越来越严重，测试机组轴系扭振模态是解决SSO问题的根本，是抑制次同步振荡、保护发电机组等电力设备的运行安全的基础，本方法相对于现有的通过大型发电机组人工并解列、甩负荷、人工接地等试验手段相比具有准确、经济、可重复等突出优点。对解决发电厂和电网的次同步振荡问题具有重大意义。

附图说明

图1示意了测量机组轴系扭振响应的装置(CSC-812T)的具体接线；

图2示意了CSC-812T装置的输出接线；

图3示意了提供机组轴系扭振力矩的扭振激发装置(CSC-811T)的具体接线；

图4示意了CSC-811T装置将扫频控制信号注入励磁系统的接口；

图5示意了扫频法试验的输入频率与输出响应的关系。

具体实施方式

通过研究检测汽轮发电机组轴系扭振模态的扫频法，开发了大型汽轮发电机组轴系扭振控制器的软硬件和扭振测试仪，结合系统的测试方法，可实现对发电机组连续变频率的扭振力矩扫描，同时测试轴系的扭振响应，进而得到轴系的扭振模态。