[发明专利]次同步振荡引起的汽轮发电机轴系疲劳损伤在线分析方法

摘要

次同步振荡引起的汽轮发电机轴系疲劳损伤在线分析方法，本发明通过实测相电压和相电流确定次同步振荡的幅度；采用四阶同步电机模型确定发电机电磁力矩变化历程；采用汽轮发电机轴系连续质量模型确定轴系瞬态扭矩变化历程；采用有限元法建立局部危险部位实体模型，确定轴系最大疲劳损伤部位；采用高周疲劳损伤准则，确定轴系疲劳损伤值；建立疲劳损伤数据库，存储各个流程的计算数据，确定次同步振荡引起的汽轮发电机轴系疲劳损伤的在线分析方法。本发明可用于在线分析次同步振荡引起的汽轮发电机轴系疲劳损伤，提高对电网次同步振荡与发电机组关联影响的评估水平，有效预防次同步振荡引起的发电机组轴系疲劳损伤与累积。

主权项

一种次同步振荡引起的汽轮发电机轴系疲劳损伤在线分析方法，该方法按以下步骤进行：1)确定表征电网次同步振荡参数：选择电厂实际测量的发电机相电压和相电流的波动值表征次同步振荡的幅度，选择实际电厂正常工况下的相电压ub和相电流ib作为基准值，次同步振荡工况下的相电压us和相电流is与基准值比较得到标幺值，记为εi；2)确定同步发电机电磁力矩变化历程：建立四阶同步电机模型，根据实测相电压、相电流由派克变换计算出发电机电磁力矩，四阶同步电机模型对电磁力矩及电压电流方程为：ud＝E′d+X′qiq-raiduq＝E′q+X′did-raiqTe＝E′qiq+E′did-(X′d-X′q)idiq其中，X′q、X′d、ra为发电机的特性参数，均已知；ud、uq、id、iq为d、q轴下的等值电压和等值电流，可以由派克方程得到，如下式： f d f q f 0 = 2 3 cos θ a cos θ b cos θ c - sin θ a - sin θ b - sin θ c 1 / 2 1 / 2 1 / 2 f a f b f c 其中， f d f q f 0 对应电压和电流的派克变换分别为 u d u q u 0 , i d i q i 0 ; f a f b f c 对应电压和电流的派克变换分别为 u a u b u c , i a i b i c , ua、ub、uc、ia、ib、ic为实际选择的表征次同步振荡的特性参数，由实际测量得到，基于上述公式，由发电机相电压和相电流得到不同工况下的电磁力矩随时间的变化历程；3)确定汽轮发电机轴系瞬态扭矩变化历程：根据轴系实际结构，建立汽轮发电机轴系连续质量模型，根据轴系各部位受力和电磁力矩变化历程，利用轴系连续质量模型求解轴系瞬态扭矩变化历程；4)确定局部危险部位：首先根据圆轴扭转应力分布规律，初步确定各轴颈和轴系上各连接结构为轴系的疲劳危险部位，然后建立局部结构三维实体模型，利用有限元分析方法获得局部结构的应力应变历程以确定疲劳危险部位；5)确定轴系疲劳损伤值：分析疲劳危险部位的疲劳损伤形式，确定以高周疲劳方法计算危险部位的疲劳损伤，根据轴系瞬态扭矩变化历程，确定危险部位的疲劳载荷幅值与载荷循环次数，查找S-N曲线计算出危险部位的疲劳损伤值，各个危险部位疲劳损伤最大值即为轴系疲劳损伤值；6)疲劳损伤在线监测方法确定：首先建立汽轮发电机相电压和相电流与电磁力矩的对应关系表，接着建立汽轮机额定负荷下轴系各个危险部位瞬态扭矩的计算关系表，然后通过通用商业有限元软件逐一建立危险部位的实体模型进行弹塑性应力应变计算，得到危险部位应力与扭矩的对应关系，继而存储轴系不同危险部位的应力-疲劳曲线，实际运行中根据实测相电压和相电流依次查表获得不同危险部位的疲劳损伤最大值，以此作为整轴系的疲劳累积值，实现次同步振荡引起的汽轮发电机轴系疲劳损伤的在线监测。