[发明专利]汽轮发电机组轴系扭振保护方法及保护装置

说明书

技术领域

本发明属于电力系统以及大型发电厂中需要汽轮发电机组、核电机组次同步振荡的保护领域，尤其涉及一种发电机组次同步振荡(Sub-Synchronous Oscillation，以下简称SSO)下的轴系扭振保护方法及保护装置。

背景技术

在现有技术中，输电线路的串联电容补偿、直流输电、电力系统稳定器的不当加装，发电机励磁系统、可控硅控制系统、电液调节系统的反馈作用等，均有可能诱发、导致次SSO现象。汽轮机和发电机转子惯性较大，对轴系本身的低阶扭转模态十分敏感，呈低周高应力的受力状态。发生机电扰动时，汽轮机驱动转矩和发电机电磁制动转矩之间失去平衡，作用在轴系上的扭转剪切应力也将发生变化，增加轴材料的疲劳损伤，降低使用寿命。当扭应力大到一定程度时，将导致机组轴系损坏或断裂，严重影响机组安全可靠运行。

汽轮发电机组轴系扭振保护装置实现SSO情况下对机组轴系扭振的保护。现有的轴系扭振技术方案中，专利“US4,862,749Shaft tortional vibration monitor for a multi-mass rotary system”及专利“US3,934,459Torque monitoring system for rotating shaft”中，描述了机组轴系扭振的监测方案，但没有涉及保护方案及判据。且专利“US4,862,749Shaft tortional vibration monitor for a multi-mass rotary system”中，推算轴系危险截面位置的扭振响应的算法与本发明不同；专利“US3,934,459Torque monitoring system for rotating shaft”中对传感器采集信号的处理：归一化放大器、带通滤波器组、缓冲放大器等由模拟器件搭建而成，本发明所述装置为数字式实现方式，实现及整定更便利。

发明内容

为解决现有技术中没有明确的保护判据及轴系扭振监测方案存在的上述问题。本申请公开了一种发电机组次同步振荡下轴系扭振保护装置及保护方法。通过测量机端角速度变化量，对其进行滤波器组滤波分离后分别对模态采样值、幅值及电气量进行判断，得到当前运行机组的轴系疲劳情况及次同步模态变化趋势，通过将发电机从电网中断开或者破坏次同步振荡的构成条件实现对发电机组的保护。

本申请具体采用以下技术方案：

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；

(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不满足快速判据时，则关闭快速判据，进入步骤(5)；

(5)根据步骤(3)获取的各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。

所述告警信号包括趋势状态信号以及疲劳状态信号。

发明还进一步优选包括以下技术方案：

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的扭振信号，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。

在步骤(4)中，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4.1、4.2、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。

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；