[发明专利]汽轮发电机组轴系扭振保护方法及保护装置

权利要求书

1.一种发电机组轴系扭振保护方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)采集发电机组轴系机端角速度变化量；

(2)通过PI模块模态滤波解调出机端各模态角速度变化瞬时值；

(3)获取各个扭振模态的振荡分量，以及各次同步模态信号的幅值，其中各个扭振模态的振荡分量包括各次同步模态信号的瞬时值；

(4)在设定时间内，开放快速判据，当所述发电机组轴系扭振在设定时间内满足快速判据时，则发出加速跳闸命令，保护动作出口；若在设定时间内，所述发电机组轴系扭振不满足快速判据时，则关闭快速判据，进入步骤(5)；

所述快速动作判据的实现方法如下：

4.1根据次同步模态信号的瞬时值计算单一运算周期内发电机轴系疲劳值，并判断该疲劳值是否达到设定的快速定值；

4.2当在快速判据开放时间内轴系危险截面累计机械疲劳达到设定的累计疲劳定值；

4.3根据机端电气量判断发电机组是否发生了相间故障或三相短路故障；

4.4当步骤4.1、步骤4.2、步骤4.3的判断条件均满足时，即当该疲劳值达到设定的快速定值，并且累计机械疲劳达到设定的累计疲劳定值，以及发电机组发生了相间故障或三相短路故障，认为发电机轴系扭振满足快速动作判据；

(5)根据步骤(3)获取的次同步模态信号的瞬时值及幅值，实时检测发电机轴系扭振是否满足疲劳反时限判据，以及静态不稳定判据，当满足任一判据时，则保护跳闸并发出告警信号。

2.根据权利要求1所述的轴系扭振保护方法，其特征在于：

在步骤(1)中，分别在发电机组轴系的两端，即高压缸侧的转速齿盘处及励磁侧的转速齿盘处设置速度传感器采集扭振信号，当某一扭振模态的振型在高压缸侧更容易检测时，选择应用高压缸侧的传感器；当某一扭振模态的振型在励磁侧更容易检测时，选择应用励磁侧的传感器；当某一扭振模态的振型在两个位置检测精度相近时，默认选择应用高压缸侧的传感器。

3.根据权利要求1所述的轴系扭振保护方法，其特征在于：

在步骤(5)中，疲劳反时限判据的确定方法为：

5.1.1轴系结构分析，确定薄弱环节位置；

5.1.2结合材料参数及影响系数计算薄弱环节的疲劳强度；

5.1.3根据疲劳强度得到危险截面位置的应力-寿命曲线，即S-N曲线，薄弱环节指轴系结构中的所有轴颈位置及联轴器位置，危险截面位置为保护判据要考察的薄弱环节位置；

5.1.4根据上述各模态角速度变化瞬时值得到危险截面位置的应力谱，根据疲劳损伤累积理论，得到危险截面位置的疲劳损伤累计值；

5.1.5以单次扰动下所得的疲劳损伤累计值是否大于设定值，作为疲劳反时限判据；

所述静态不稳定判据的实现方法为：

5.2.1实时计算各扭振模态幅值的时间序列，利用不同长度的观测窗计算模态幅值自身的相对变化趋势；

5.2.2根据一段时间内的模态变化趋势判断扭振模态是否存在发散；

5.2.3根据各模态信号的采样值进行实时计算，累计扭振信号对轴系造成的疲劳损伤；

5.2.4判断危险截面位置的疲劳损伤值是否大于发散疲劳设定值；

5.2.5如果步骤5.2.2中判断模态发散、且步骤5.2.4中片段疲劳损失大于设定值，则认为满足静态不稳定判据。

4.根据权利要求1所述的发电机组轴系扭振保护方法，其特征在于：所述告警信号包括趋势状态信号以及疲劳状态信号。

5.一种采用权利要求1-4任一所述的轴系扭振保护方法的发电机组轴系扭振保护装置，包括速度传感器、脉冲量输入模块、主控模块、数字量输入模块、模拟输入模块、数字量输出模块以及电源模块，其特征在于：

具有两个速度传感器，分别安装于发电机组轴系的两端的高压缸侧的转速齿盘处及励磁侧的转速齿盘处，以采集发电机组机端角速度变化量；脉冲量输入模块接收速度传感器采集的角速度变化量，经过数字滤波器组的处理，生成各个模态的角速度变化量的瞬时值及有效值信号，输入主控模块；

主控模块基于疲劳反时限判据、静态不稳定判据、快速动作判据对发电机轴系扭振进行判断，当满足所述疲劳反时限判据、静态不稳定判据、快速动作判据时，主控模块通过数字量输出模块发出跳闸命令；

数字量输入模块主要采集现场断路器位置信号及远方闭锁信号，用于作为发电机组轴系扭振保护装置的应用条件，只有断路器闭合且没有远方闭锁信号的情况下，发电机组轴系扭振保护装置才能投入运行；

模拟量输入模块采集发电机机端的定子电流和定子电压，应用于快速动作判据所需的电气量判断，同时与由速度传感器采集的角速度变化量相结合，共同作为录波量，辅助进行离线分析；

脉冲量输入模块采集机端角速度变化量信号，数字量输入模块采集断路器位置信号和远方闭锁信号，模拟量输入模块采集发电机机端的电气量信号，采集的信号均送入主控模块作为保护功能实现及判据实现的条件，经主控模块判断，通过数字量输出模块发出跳闸命令。