[发明专利]汽轮发电机组次同步扭振模态频率测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种汽轮发电机次同步扭振模态频率测量方法，首先通过扰动使发电机组转速波动，实测转速，采用幅频计算方法得到粗测的次同步扭振模态频率；接着针对每一个模态频率，通过向发电机转子绕组或定子绕组叠加注入特定频率电流进行5～7次激励实验，激励控制信号的频率分布在粗测模态频率的两侧，实测激励的扭振振幅；对每一组5～7次结果进行数据拟合或者插值计算，得到一段“频率－扭振振幅”的曲线；该曲线扭振振幅最大值对应的频率即为精测的模态频率。该方法结合了扰动法和扫频法的优点，易于实施，不仅可以明显减少实验次数，同时仍能保证模态频率测量的准确性。

技术领域

本发明属于电力系统的控制技术领域，尤其涉及汽轮发电机组扭振的监测保护与抑制。

背景技术

大容量汽轮发电机组功率送出时，如果采用点对网的长距离输电模式，为了提高输送功率，电网有时采用电容串补，有时采用高压直流输电。理论及实践表明，这类输电模式易引发电网次同步振荡及汽轮发电机组轴系扭振。当电网出现次同步振荡，在机网交互的作用下，汽轮发电机组轴系各转子如汽机高压缸转子、中压缸转子、低压缸转子、发电机转子、励磁机转子之间可能出现相互扭转摆动的扭振现象。

次同步振荡及扭振的危害很大，不仅影响电网的安全稳定，还可能造成汽轮发电机组轴系的疲劳损伤，降低机组使用寿命，严重时甚至导致大轴出现裂纹，造成巨大损失。比如20世纪70年代，因输电线路上的电容串补出现故障，美国Mohave电厂连续发生两次严重的扭振事故，并造成轴系损坏；2000年之后，我国某电厂2台机组，同样因为长时间扭振，导致发电机组的低压缸转子与发电机转子之间的联轴器出现裂纹。这些事故造成重大损失。此外，近些年电力系统振荡事件也表明，大规模风电也会引起电网次同步或超同步振荡，导致附近火电厂汽轮发电机组的扭振。

一般的，汽轮发电机组制造厂家会给出该机组大轴的次同步扭振模态频率，但是给出数据往往是理论计算值，与实际值有偏差。针对存在此类风险的发电厂，需要准确实测汽轮发电机大轴的次同步扭振模态频率，这样才能更有针对性的进行汽轮发电机组扭振的监测、保护和抑制。次同步扭振模态频率值如果有偏差，严重时有可能导致扭振保护拒动，可能导致扭振抑制效果变差，甚至完全没有抑制效果。

次同步是指低于发电机工频又高于低频振荡的频率段，对于50Hz电网系统，次同步频率一般指10Hz～40Hz范围内的频率，有时也指5Hz～45Hz范围内的频率。

汽轮发电机组的转子轴系很长，汽机高压缸转子、中压缸转子、低压缸转子、发电机转子、励磁机转子等轴系各转子之间相互连接，可以简化为多质量块弹簧体，这个转子机械系统存在扭转方向上的自然振荡频率，在自然振荡频率下的稳定振荡下，各转子扭振振幅有一定的对应关系，即振荡存在固有的模式；汽轮发电机转子机械系统在扭转方向上的自然振荡频率就简称为扭振模态频率，扭振模态频率有多个，由各转子的转动惯量、扭转刚度、运行时的阻尼状况等因素决定。

以往测量汽轮发电机组次同步扭振模态频率的方法有很多，大体上分成两类。

一类是通过各种扰动比如发电机并网、甩负荷等方法让发电机组大轴转速产生变化，此时大轴转速信号中会同时包括多个模态的扭振分量，通过实测转速波形，对转速波形进行信号辨识，得到各个次同步模态频率。辨识的方法有FFT算法、Prony算法等。这一类方法的优点是操作简便，缺点是辨识计算不容易得到很精准的结果，FFT算法理论上要求是稳态周期信号才能算准，而Prony算法应用时数据窗窗长对结果的影响较大，有时计算结果不收敛。为了提高计算结果的精度，往往需要对这些算法做修正，算法复杂。