[发明专利]次同步振荡引起的汽轮发电机轴系疲劳损伤在线分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮发电设备以及汽轮发电设备疲劳计算分析方法，特别涉及一种与远距离大容量输电系统互联的汽轮发电设备，以及汽轮发电设备疲劳计算分析方法。

背景技术

现代大型电力系统由大规模长距离输电线路、各种电力电子设备以及各种大容量发电机组组成。电网中存在的串联电容补偿、可控串联电容补偿等电力电子设备及高压直流输电系统都成为机网耦合振荡的可能诱发因素。近年来，随着我国电力系统和发电装机容量的迅速增加，电网次同步振荡现象时有发生且有不断上升的趋势。引发次同步振荡的各种因素广泛客观存在，各种抑制次同步振荡的方法能够针对某种或某几种激励源起到明显的抑制作用，但对设计中未充分考虑的电网及发电机组中其他激励源则未必能够实现较好的抑制，为此，次同步振荡现象的发生仍有不小的可能性。

同时，现代大型发电厂由大容量高参数发电机组构成，往往远离负荷中心，尤其是现代大型火力发电厂多建在交通便利、煤矿资源丰富地区，如山西、内蒙古、贵州等。这些电厂规模大、机组多，新建机组容量大，多为超临界、超超临界汽轮发电机组，机组轴系细长，容易受到扭转振动激励产生明显的轴系扭振现象，加之轴系扭振阻尼小，受到扭转激励后衰减缓慢。因此，大型汽轮发电机轴系扭振问题需要引起广泛的重视，扭振幅值较大时会造成轴系局部的应力集中导致轴系疲劳损伤，国外已经出现过这样的轴系损坏事故。国内发生的几次事故均存在次同步振荡引起轴系疲劳损伤累积的可能，由于现场应用的机械疲劳分析工具相对简单，未能很好评估次同步振荡引起的轴系疲劳损伤与累积。在线监测轴系疲劳损伤累积方法的改进和优化具有迫切的应用需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种分析由次同步振荡引起的汽轮发电机轴系疲劳损伤在线分析方法，以提高对次同步振荡与发电机组关联影响的评估水平，有效预防次同步振荡引起的发电机组轴系疲劳损伤与疲劳累积。该方法充分考虑电网、同步发电机和汽轮机之间的相互作用，并针对具体型号汽轮发电机组建立高精度连续质量模型。结合轴系材料和疲劳特性，选择次同步振荡引起的轴系疲劳损伤计算方法。该方法可以提高次同步振荡引起的汽轮发电机轴系疲劳损伤计算精度，并可以用于实时在线监测，与现有的轴系疲劳损伤计算方法结合后将有助于提高汽轮发电机组寿命管理水平。

本发明为达到上述目的，采用以下的技术方案：

一种次同步振荡引起的汽轮发电机轴系疲劳损伤在线分析方法，该方法按以下步骤进行：

1)确定表征电网次同步振荡参数：选择电厂实际测量的发电机相电压和相电流的波动值表征次同步振荡的幅度，选择实际电厂正常工况下的相电压u_b和相电流i_b作为基准值，次同步振荡工况下的相电压u_s和相电流i_s与基准值比较得到标幺值，记为ε_i；

2)确定同步发电机电磁力矩变化历程：建立四阶同步电机模型，根据实测相电压、相电流由派克变换计算出发电机电磁力矩，四阶同步电机模型对电磁力矩及电压电流方程为：

u_d＝E′_d+X′_qi_q-r_ai_d

u_q＝E′_q+X′_di_d-r_ai_q

T_e＝E′_qi_q+E′_di_d-(X′_d-X′_q)i_di_q

其中，X′_q、X′_d、r_a为发电机的特性参数，均已知；u_d、u_q、i_d、i_q为d、q轴下的等值电压和等值电流，可以由派克方程得到，如下式：