用于汽轮发电机组轴系次同步振荡扭振监测的方法及系统

摘要

本发明属于汽轮发电机组轴系扭振监测技术领域，尤其涉及一种用于汽轮发电机组轴系次同步振荡扭振监测的方法及系统。该方法采取机械侧监测为主和电气侧监测为辅的方式，监测轴系各扭振危险截面实时扭应力和电气信号中监测的次同步分量，当机械侧扭应力超过扭振报警阈值时，或电气侧电气信号中监测到次同步分量并且超过了次同步分量激发轴系SSO阈值时，则判定机组轴系发生SSO；同时给出了判断机组轴系是否发生SSO的报警阈值、损伤报警阈值、跳机保护阈值和次同步分量阈值的确定方法。该方法及系统可实现对SSO在线监测、分析与保护，同时可对机组轴系扭振疲劳寿命损耗进行精确计算。

主权项

一种用于汽轮发电机组轴系次同步振荡扭振监测的方法，其特征在于，包括：步骤A：监测汽轮发电机组轴系机械侧信号，A1：实时采集机组轴系机头和机尾扭角信号；A2：对扭角信号进行实时带通滤波，对同一段数据进行多次滤波来解决带通滤波边界失真的问题；A3：将滤波得到的某阶或多阶模态信号，采用振型叠加法，计算得到轴系各扭振危险截面实时扭应力变化；A4：判断轴系各扭振危险截面实时扭应力是否超过了扭振报警阈值，若是，则执行步骤C1，若否，则返回执行步骤A1；步骤B：监测汽轮发电机组轴系电气侧信号，B1：实时采集机组发电机电气信号，包括三相电流或电压信号；B2：对电气信号进行频谱分析，提取电气信号中与轴系某阶扭振固有频率存在互补关系的次同步分量；B3：如果次同步分量超过了次同步分量激发轴系SSO阈值，则执行步骤C1，如果没有超过，则返回执行步骤B1；步骤C：根据步骤A和步骤B的监测信号判断系统状态并输出报警信号，C1：如果步骤A3中计算得到的轴系各扭振危险截面实时扭应力变化超过了扭振报警阈值或步骤B3中次同步分量超过了次同步分量激发轴系SSO阈值，则发出SSO报警；C2：判断步骤A3中计算得到的轴系各扭振危险截面实时扭应力变化是否超过了扭振损伤报警阈值，若是则发出扭振损伤报警，并进一步执行步骤C3；若否，则返回执行步骤A1；C3：采用雨流法和轴系材料扭转S‑N曲线来计算扭振危险截面累计疲劳寿命损耗；C4：判断扭振危险截面累计疲劳寿命损耗是否超过扭振跳机保护阈值，如果超过了则发出跳机保护信号，如果没有则返回执行步骤A1；所述步骤A3中计算扭应力的步骤包括：设某轴系的多段集中质量扭振模型由N个质量块组成，在第i阶振型下，质量块m和测速齿轮所在质量块n在某时刻的扭角有如下关系：$\frac{{\theta }_{i,m}\left(t\right)}{{\theta }_{i,n}\left(t\right)}=\frac{{\Theta }_{i,m}}{{\Theta }_{i,n}}---\left(14\right)$其中，Θ_i,m和Θ_i,n为质量块m和质量块n在第i阶的振型；已知轴系的位移响应能分解为N个振型分量的叠加，即：${\theta }_m\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\Theta }_i{\theta }_{i,m}\left(t\right)---\left(15\right)$则质量块m的扭角响应能用质量块n的振型分量运算得到：${\theta }_m\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{{\Theta }_m}{{\Theta }_n}{\theta }_{i,n}\left(t\right)---\left(16\right)$设机组轴系第m个轴段上存在扭振危险截面，那么根据虎克定律，该轴段的实时扭矩T_m为T_m(t)＝k_m[θ_m(t)‑θ_m+1(t)]    (17)式中，k_m为第m个轴段的抗扭刚度；则第m个轴段上扭振危险截面的实时扭应力τ_m(t)${\tau }_m\left(t\right)=K_{tm}\frac{T_m\left(t\right)}{W_{pm}}---\left(18\right)$式中，W_pm为第m个轴段的抗扭截面系数，K_tm为第m个扭振危险截面处的理论应力集中系数。