本发明专利技术涉及大型火力发电厂的３００ＭＷ、６００ＭＷ、１０００ＭＷ汽轮发电机组轴系扭振的测量和保护技术，公开了一种构成汽轮发电机组轴系扭振保护的核心保护判据。该判据通过实时测量发电机组轴系转速加速度获取模态时间序列，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，根据一段时间内的模态变化趋势统计判别扭振模态发散，发出跳闸命令将发电机组从电网断开，从而保护发电机组安全。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统、火力发电厂、需要各种型号汽轮发电机组的工业领域以及 需要大型电动机的工业领域，尤其涉及汽轮发电机组轴系扭振的测量和保护技术。
技术介绍
大型汽轮发电机组技术是我国重大装备的关键设备之一，是火力发电厂的核心设 备。汽轮发电机组的安全运行是火力发电厂安全生产的基本和前提。汽轮发电机组完 成从热能到机械能到电能的转换，大型机组的功率通常为300MW、600MW、1000MW， 这样巨大的功率在发电机组的轴系产生巨大的力矩，发电机组的运行要求发电机轴系 (转子)以每分钟3000转高速旋转，振动是机组的主要危害之一。尤其对于大功率 机组的轴系而言，大机组轴系具有轻质柔性、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，容易发生振动。电力系统为了提高输电能力采用大型电力电子设备、釆用输电线路串联补偿电容 技术，使得电力系统存在多种谐振或振荡的可能，其中振荡频率在2Hz 48Hz的振 荡成为次同步振荡(SSO)，恰恰汽轮发电机组轴系的机械固有频率通常也在这个次 同步振荡频率的范围内，这使得电力系统的固有参数模型与汽轮发电机组具有谐振的 可能， 一旦电力系统发生次同歩振荡将在发电厂端的汽轮发电机组轴系产生严重的机 械能与电能的谐振，这将对发电机组的轴系产生破坏作用，严重时轴系断裂为多段， 汽轮发电机组解体，造成巨大的人员伤亡和设备损失，也会对输电网的安全运行带来 巨大危害。除了次同步振荡以外，电网和发电厂电气的一些运行操作也会由于轴系固有频率 和电网谐振频率接近的原因导致发电机组轴系的机械疲劳，机械疲劳的长期积累将导 致轴系的损伤乃至扭断。我国也发生多起发电厂汽轮发电机组轴系(大轴)扭断的恶 性产生事故。汽轮发电机组扭振保护(TSR)是专门解决汽轮发电机组轴系扭振的保护设备。 扭振保护通过实时测量轴系转动特征，识别汽轮发电机组是否发生扭振，在线计算扭 振对轴系产生的机械疲劳程度，当轴系的机械疲劳累计达到设定值时，扭振保护动作， 将汽轮发电机组从电网切除，消除机电谐振，保护汽轮发电机组不被扭伤或扭断，从而保护人员和设备的安全。汽轮发电机组的扭振问题和扭振保护(TSR)适用于各种规模的火电厂的各种型 号的汽轮发电机组。另一方面扭振现象在大型电动机拖动转动负荷工作时也是存在 的，扭振保护也同样适用于大型电动机的工作环境。扭振保护的关键技术是构成扭振保护的判据。本专利技术公开一种构成扭振保护的主 判据模态发散判据。
技术实现思路
汽轮发电机组的轴系扭振危及发电厂主设备的安全运行，也威胁电力系统的安全 运行，经济损失数以亿计(人民币)。国内外发生的汽轮发电机组轴系扭断事故多伴 随人员伤亡。研制用于保护汽轮发电机组轴系安全的保护技术(扭振保护装置TSR) 具有重大的经济效益和社会效益。扭振保护的跳闸判据是构成扭振保护的关键技术， 本专利技术给出一项以在线准确判别扭振模态发散为跳闸条件的模态发散判据。本专利技术研究了保护汽轮发电机组轴系扭振的扭振保护的模态发散判据。模态发散判据识别轴系扭振的具体歩骤如下1. 通过安装在发电机组轴系一端的转速传感器实时测量汽轮发电机组轴系的机端角速度变化量dw;2. 根据发电机组轴系的固有频率即模态，设置针对各个模态的带通滤波器，通过带通滤波器实时滤波输出，分别得到轴系的各个模态输出信号dwl，dw2,dw3，称之为模态1信号、模态2信号、模态3信号；数据采集的 采样频率为1kHz，获得的模态信号时间序列分别为dwl(k)， dw2(k), dw3(k) (k=l,2,...,n);3. 实时计算各模态时间序列的信号幅值，模态幅值时间序列标记为v4cK(k)、 A/w2(k)、 A/w3(k)...... (k=l,2,...，n)。计算模态幅值的步骤如下1) 确定计算模态幅值的数据窗长度，以模态l-15.1Hz为例，15.1Hz对应的 信号周期为1000/15.卜66.2ms，对66.2做4舍5入得66。则模态l( 15.1Hz) 对应的计算数据窗长度为66，其它模态数据窗选取同理；2) 按照公式(1-1、 1-2、 1-3)计算模态幅值的时间序列<formula>formula see original document page 5</formula><formula>formula see original document page 6</formula> (1-3)其中N是数据窗长度，对于模态l=15.1Hz， N=66; ;r为圆周率(3.14159); /是轴系的各模态频率值；c/w,(x + A:)表示模态i (i=l，2,3...)的时间序列的第x+k个点的值； A/w,Cy)是计算得到的模态i的模态幅值时间序列的第y个点，JtAv,Cy)是 dw,.经过数据窗N (对于模态l = 15.1Hz， N=66)的模态幅值输出。4. 模态发散判据以^^(力(i=l,2,3......)为识别对象，对^^'(力的变化趋势做判别。由于扭振保护的模态发散通常时间为1秒到几十秒，本判据选择等 时间间隔T对^—时间序列进行采样，标记为^^'( (k=l,2，3......)，定义T为发散判别采样间隔。T是数据采集的采样频率的整数倍。例如T-10ms、 20ms等，T的取值范围为(1 Oms 200ms)。通过计算^^'(的相对变化规 律确定模态是否出现发散。5. 在^w'(的时间 序歹ll中，选取两个不等长度的观测窗，窗口长度分另U为m、 n。其中m>3n/2， 例如m=10,n=5。分另ij计算在窗口 m， n长度的v^w'CA:)时间 序列的平均值^,(附)、W,()，如公式(1-4)、 (1-5)<formula>formula see original document page 6</formula>(1-4)附4=0<formula>formula see original document page 6</formula> (1-5)当A/v^(w)〈yWM^(n)时，模态i在观测时窗m的时间(mxT)内发散。6. 为了提高判据的鲁棒性，对上一步的判别结果做累计，利用模糊识别方法做最终的模态发散判别。在连续K个T的时间范围内，控制KxT (即判别时间)在200ms 1000ms之内(时间太短则判据过于灵敏，太长则判据动作过慢)， 通过A^(m、^^()的判别次数j，当7'>0'7'《时模态发散判据判别模态发散。此时扭振保护动作，将汽轮发电机组从电网中切除。本专利技术通过实时测量发电机组轴系转速加速度的获取模态时间序列，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，根据一 段时间内的模态变化趋势统计判别扭振模态发散，发出跳闸命令将发电机组从电网断开，从而保护发电机组安全。采用本专利技术技术方案能够实现具有高可靠性的汽轮发电机组 扭振保护，从而可以大大提高发电机汽轮发电机组运行的安全性。附图说明图l为汽轮发电机组轴系本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过扭振保护的模态发散判据保护汽轮发电机组轴系的方法，通过实时测量、计算并判别汽轮发电机组轴系的转速加速度模态发散，识别轴系发生不可自恢复的扭振，并跳闸保护轴系，其特征为，该方法包括步骤：１）通过安装在发电机组轴系一端的转速传感器实时测量轴系的角速度ｄｗ；２）经过模态滤波得到各模态的时间序列；３）实时计算各模态时间序列的幅值，构成模态幅值的时间序列；４）设置两个长度不同的观测窗判别模态幅值的变化趋势；５）通过一定时间段模态幅值的变化趋势统计判别模态是否发散；６）确定模态发散判据判别模态发散后，扭振保护动作，将汽轮发电机组从电网中切除。
【技术特征摘要】
1.一种通过扭振保护的模态发散判据保护汽轮发电机组轴系的方法，通过实时测量、计算并判别汽轮发电机组轴系的转速加速度模态发散，识别轴系发生不可自恢复的扭振，并跳闸保护轴系，其特征为，该方法包括步骤1)通过安装在发电机组轴系一端的转速传感器实时测量轴系的角速度dw；2)经过模态滤波得到各模态的时间序列；3)实时计算各模态时间序列的幅值，构成模态幅值的时间序列；4)设置两个长度不同的观测窗判别模态幅值的变化趋势；5)通过一定时间段模态幅值的变化趋势统计判别模态是否发散；6)确定模态发散判据判别模态发散后，扭振保护动作，将汽轮发电机组从电网中切除。2、 根据权利要求1所述的通过扭振保护的模态发散判据保护汽轮发电机组轴系 的方法，所述模态幅值的计算方法如下确定计算模态幅值的数据窗长度，将模态频率除以传感器采样频率，按四舍五入 取整后作为计算模态幅值的数据窗长度； 按以下公式计算模态幅值a(力=lS Co .2<)' — O + 6(力=础&.(|. 2) (x + 其中，N是数据窗长度，,是轴系的各模态频率值；dw,(x + A:)表示模态i (i =1,2,3...)的时间序列的第x+k个点的质；A^,.(力是计算得到的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李元盛，焦邵华，梁新艳，张涛，
申请(专利权)人：北京四方继保自动化股份有限公司，北京四方博能自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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