[发明专利]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

说明书

技术领域

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(Sub Synchronous Oscillation，以下简称SSO)扭振监测的方法及系统。

背景技术

汽轮发电机组轴系扭振根据它被激发机理的不同可以分为瞬态冲击类扭振和次同步振荡等共振类扭振。输电系统的串联电容补偿、直流输电、加装不当的电力系统稳定器以及发电机的励磁系统、可控硅控制系统和电液调节系统的反馈作用等，均有可能诱发SSO，直接威胁着机组的安全可靠运行。当汽轮发电机组出现SSO时，发电机所受的电磁力矩中，含有与机组轴系某阶扭振固有频率一致或接近的分量。此时，轴系处于共振状态，即使很小的外界扰动也可能在轴系上激起较大幅度的扭振。

一般情况下，SSO对轴系造成疲劳寿命损耗的主要来源是超过转子钢材料扭转疲劳极限的小幅交变扭应力，轴系承受的单次应力循环所造成的疲劳寿命损耗往往很小，但由于轴系每秒钟都要承受10次以上的应力循环，且故障持续时间长，若故障没有得到及时的抑制，SSO对轴系造成的累积疲劳寿命损耗有可能比发生大扰动时还要严重，尤其是当SSO呈现出持续发散的趋势时，轴系的累积疲劳寿命损耗可能会在很短时间内达到100％，因此，对SSO进行实时监测，能及时发现SSO以便采取相关的措施来抑制SSO的发展，避免机组遭受更为严重的损害。

现有的监测手段难以足够精确地得到发电机三相电流电压的小幅变化，当机组发生次同步振荡故障时，发电机的小幅电流电压波动可能无法被准确地监测到，而此时发电机电磁力矩的变化已足以激发机组轴系的共振。在这种情况下，模型仿真法的精度受到了限制，无法满足扭振监测的需要，因此需要利用模态叠加的方法对次同步振荡等共振类故障进行监测。根据SSO产生的机理，其引发的机组轴系扭振表现特征有所区别，根据各类扭振表现的特征，同时考虑在线监测、分析和保护的快速性与准确性，对机组轴系SSO制定一套监测、分析和保护方法，分析计算得到其对机组轴系的损伤程度。把该方法应用于汽轮发电机组轴系扭振在线监测、分析与保护系统，得到很好的应用效果。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了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。

一种用于汽轮发电机组轴系次同步振荡扭振监测的方法，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阀值，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阀值或步骤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阀值，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阀值，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A2中带通滤波是以4秒为数据长度实时对扭角信号进行滤波。

所述步骤A2中多次滤波方法采用零相位数字滤波器来解决相位失真问题，将通过滤波器后的序列反转后再次通过滤波器，再将滤波后的序列反转；序列前后两次通过滤波器时的相移相互抵消，从而达到了零相位偏移；零相位带通数字滤波器采用IIR滤波器来构造。