專利名稱：同時激發(fā)多臺汽輪發(fā)電機組軸系扭振的同步扭振激勵法的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)、大型火力發(fā)電廠，需要汽輪發(fā)電機組的工業(yè)領域，與電 力系統(tǒng)次同步振蕩或次同步諧振相關的電力領域。
背景技術(shù)：
大型火力汽輪機組技術(shù)是我國重大裝備的關鍵設備之一，大功率機組的軸系具有輕 質(zhì)柔性、多支承、大跨距、高功率密度的特征，發(fā)電機材料利用系數(shù)提高，軸系截面功 率密度相對增大，軸系的加長使扭轉(zhuǎn)剛度下降，軸系固有頻率譜相對較密，誘發(fā)振動的 能量較低；同時電力系統(tǒng)的超高壓遠距離輸電大量采用串補電容提高電網(wǎng)輸電能力，以 及新型采用電力電子元件的輸配電和控制技術(shù)的應用，這些電網(wǎng)新技術(shù)可能導致產(chǎn)生次 同步諧振(SSR)或次同步振蕩(SSO) ， SSR/SSO將可能導致發(fā)電機組發(fā)生嚴重的扭 振，直至機組軸系斷裂。其它可能誘發(fā)機組振動的潛在因素也日益增加，這些都使得機 組軸系扭振問題越來越嚴重。
為了保護大型汽輪發(fā)電機組(300MW及以上機組)的軸系安全，避免出現(xiàn)大軸斷 裂等惡性生產(chǎn)事故，采用多種抑制扭振和次同步振蕩或次同步諧振的措施，些措施包 括
1. 在發(fā)電廠裝設阻塞濾波器裝置(BF)，該裝置能夠?qū)碜噪娋W(wǎng)的次同步諧振電 流濾波，進而保護發(fā)電機組；
2. 在發(fā)電廠的機組上裝設附加勵磁阻尼控制器(SEDC)，該裝置能夠產(chǎn)生大功 率的次同步諧振和次同步振蕩的電氣阻尼，進而降低機組的扭振幅度，保護機 組；
3. 在發(fā)電廠側(cè)裝設靜止無功補償器(SVC)，該裝置能夠產(chǎn)生大功率的無功來補 償電網(wǎng)次同步分量，進而保護機組。
這些抑制措施對保護發(fā)電廠機組安全非常重要，這些措施都需要針對具體電廠的實 際參數(shù)進行整定和設置，如何實現(xiàn)現(xiàn)場試驗是正確使用這些抑制措施的關鍵。
通常大型發(fā)電廠由多臺型號相同的大型發(fā)電機組構(gòu)成， 一般為4臺或8臺。如何同 時在多臺發(fā)電機組上產(chǎn)生機組扭振和次同步諧振或次同步振蕩現(xiàn)象是個關鍵問題。本發(fā) 明提出了一種可控可靠地同時在多臺大型汽輪發(fā)電機組上激發(fā)出軸系扭振的同步激勵 方法，通過專門的同步扭振激發(fā)裝置和同步對時方法，通過對發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)注入模態(tài)激勵同步控制信號，在機組軸系產(chǎn)生同步可控電磁力矩，進而模擬發(fā)電廠多臺機組同 步發(fā)生機組扭振的情況，模擬當發(fā)電廠送出系統(tǒng)(電網(wǎng))發(fā)生次同步振蕩或次同步諧振 時發(fā)電廠各機組的工況。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明研究了基于GPS時鐘的能夠同時在多臺相同型號汽輪發(fā)電機組激發(fā)軸系 扭振的同步扭振激勵法，開發(fā)了專門的同步扭振激發(fā)裝置，結(jié)合系統(tǒng)的測試方法， 可實現(xiàn)對同一個發(fā)電廠的多臺發(fā)電機組同時激發(fā)強度可控的軸系扭振，進而模擬了 當電網(wǎng)發(fā)生次同步諧振或次同步振蕩時發(fā)電廠各機組的扭振工況，為發(fā)電廠側(cè)抑制 次同步諧振、次同步振蕩和保護發(fā)電機組軸系安全的裝置和設備的參數(shù)整定設置， 提供試驗環(huán)境和手段。本發(fā)明既適用于300麗及以上的主力大型汽輪發(fā)電機組，也同樣適用于300麗 以下的小型汽輪發(fā)電機組。多臺機組的同步扭振激勵方法的具體步驟如下-1) 分別在同一發(fā)電廠的多臺相同型號機組分別通過同步扭振激發(fā)裝置 (CSC-811PT)發(fā)出與該型號發(fā)電機組模態(tài)頻率相同的4 20mA正弦電流激勵信號，在勵磁控制器(AVR)的輸入側(cè)將電流激勵信號轉(zhuǎn)換為2 10V的電壓信號注入發(fā)電機勵磁 系統(tǒng)，進而在勵磁系統(tǒng)的電流、電壓中產(chǎn)生和注入的激勵信號頻率相同的信號；2) 分別在各臺汽輪發(fā)電機組的機頭、機尾安裝轉(zhuǎn)速測量齒盤和轉(zhuǎn)速傳感器，將傳 感器的轉(zhuǎn)速脈沖信號接入同步扭振激發(fā)裝置(CSC-811PT)，由同步扭振激發(fā)裝置(CSC-811PT)實時測量軸系轉(zhuǎn)速信號，并計算軸系的扭振模態(tài)大小，從而實現(xiàn)對扭振 激發(fā)強度的實時監(jiān)測，CSC-811PT裝置將扭振模態(tài)的大小和實時曲線在人機界面上顯示 (HMI);3) 分別對各臺試驗機組的同步扭振激發(fā)裝置(CSC-811PT)接入GPS時鐘，各個時 鐘通過IRIG-B信號或串口+秒脈沖信號為同步扭振激發(fā)裝置對時，精度為0. lmS。在同 步扭振激發(fā)裝置的HMI中設置扭振激發(fā)信號的輸出時刻和作用時間，從而控制同步扭振 激發(fā)裝置在試驗人員從HMI上輸入的準確時刻開始輸出激勵信號，經(jīng)預定時間長度的激 勵后結(jié)束激勵輸出，實現(xiàn)對扭振激勵的同步控制；4) 分別在各臺試驗機組的同步扭振激發(fā)裝置(CSC-811PT)的HMI中輸入一個即將 到達的準確時刻，例如2008年6月13日10點30分00秒作為試驗開始時間，再輸入 扭振激勵時間，例如30秒。各機組的同步扭振激勵裝置將同時在該時間到來時激發(fā)各 自機組的扭振。


圖1示意了同步扭振激發(fā)裝置(CSC-811PT)的具體結(jié)構(gòu)和主要對外接線； 圖2示意了 CSC-811PT裝置與發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的接口及勵磁系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)； 圖3示意了 CSC-811PT裝置采集監(jiān)測發(fā)電機組軸系扭振信號和輸出扭振激勵信號的接線和閉環(huán)控制；圖4示意了 CSC-811PT裝置與GPS時鐘的配合，及同步激勵4臺發(fā)電機組扭振的設置接口；圖5示意了同時激勵N臺機組扭振的系統(tǒng)試驗接線。
具體實施方式
下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。 同步扭振激發(fā)裝置(CSC-811PT)，可以實時測量發(fā)電機組軸系的扭振模態(tài)信號， 用于監(jiān)視扭振激發(fā)的強度；可以實時輸出指定頻率的一個或多個(最多5個)扭振 激勵信號，作用于勵磁系統(tǒng)，產(chǎn)生發(fā)電機軸系的電磁扭矩，進而激勵發(fā)電機組軸系 扭振；可以接收GPS時鐘的對時信號，經(jīng)內(nèi)部鎖相分頻，實現(xiàn)激勵信號的同步輸出， 時間精度小于0.1ms;可以實現(xiàn)對輸出的激勵信號A0、測量的軸系轉(zhuǎn)速差信號chv、 計算的扭振模態(tài)信號dWi的錄波。圖1所示為同步扭振激發(fā)裝置(CSC-811PT)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該裝置由PI (模態(tài) 測量單元)、CM (主控單元)、DI (開入單元)、AO (模擬量輸出單元)、DO (繼電器 輸出單元)、POW (電源模塊)組成，這些模塊內(nèi)部通過高速冗余的時間確定性通信 網(wǎng)絡構(gòu)成一個整體。PI模塊接收轉(zhuǎn)速傳感器的信號，實時計算軸系的扭振模態(tài)信號， 并通過內(nèi)部高速冗余網(wǎng)絡將各模態(tài)實時信息送給CM模塊；CM模塊可以接收GPS時 鐘的對時，包括IRIG-B信號和串口+秒脈沖信號對時，CM通過以太網(wǎng)與HMI相連， 可以在HMI顯示扭振信號和激勵信號、設置同步激勵的時間；DI、 D0、 AO模塊通過 內(nèi)部高速冗余網(wǎng)絡與CM模塊交互IO信息，實現(xiàn)D0采集、DO控制和模擬量調(diào)節(jié)信 號的輸出。圖2示意了 CSC-811PT裝置將控制信號注入勵磁系統(tǒng)的接口。同步扭振激發(fā)裝 置(CSC-811PT)與機組的勵磁控制器(AVR)相連，AVR的作用是通過勵磁系統(tǒng)在 發(fā)電機轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生勵磁電流，建立旋轉(zhuǎn)磁場，從而使發(fā)電機定子中產(chǎn)生工頻電流， 實現(xiàn)機械能與電能的轉(zhuǎn)換。CSC-811PT發(fā)出4-20mA的扭振模態(tài)激勵電流信號，經(jīng)屏 蔽雙絞線輸入到AVR，在AVR的輸入側(cè)經(jīng)電阻轉(zhuǎn)化為2-10V電壓信號。AVR采集該 控制信號，疊加在AVR的控制輸出中，輸出Uc信號，Uc經(jīng)勵磁系統(tǒng)內(nèi)部的觸發(fā)、整流，在勵磁電壓(Uf)、勵磁電流(If)中調(diào)制出與輸入Usedc相同頻率的信號， 最終作用在發(fā)電機組產(chǎn)生與CSC-811PT裝置注入頻率相同的扭矩。圖3示意了發(fā)電機組的多質(zhì)量塊模型。以一臺發(fā)電機組為例，由汽輪機高中壓 合缸HIP、低壓缸LAP、低壓缸LBP、發(fā)電機組成，其卡軸系轉(zhuǎn)速傳感器安裝在機頭， 由一支或兩支轉(zhuǎn)速傳感器組成，傳感器發(fā)出轉(zhuǎn)速脈沖信號；經(jīng)屏蔽雙絞線接入 CSC-811PT的PI單元，實時測量軸系的轉(zhuǎn)速差信號dW，并實時計算扭振模態(tài)信號 dWi， i=l,2,3,4。 HMI上實時監(jiān)測dW和dWi信號，確保扭振激勵在安全范圍內(nèi)。 CSC-811PT的扭振激勵信號通過A0單元送給AVR，進而在機組軸系產(chǎn)生電磁扭矩。圖4示意了通過GPS時鐘可以對多臺CSC-811PT同步扭振激發(fā)裝置對時，并實 現(xiàn)扭振激勵信號的同步輸出。圖中以4臺相同型號機組為例，通過4套GPS時鐘、 4臺CSC-811PT、 4套HMI，輸入相同的試驗開始時刻，即可以完成4臺機組的同步 扭振激發(fā)。圖5示意了對于N臺相同型號機組的同步扭振激勵。本試驗方法可實現(xiàn)對同一個發(fā)電廠的多臺發(fā)電機組同時激發(fā)強度可控的軸系 扭振，進而模擬了當電網(wǎng)發(fā)生次同步諧振或次同步振蕩時發(fā)電廠各機組的扭振工 況，為發(fā)電廠側(cè)抑制次同步諧振或次同步振蕩和保護發(fā)電機組軸系安全的裝置和設 備的參數(shù)整定設置，提供試驗環(huán)境和手段。以國內(nèi)某電廠4臺600MW空冷汽輪發(fā)電機組(目前國內(nèi)的主力發(fā)電機組容量為 600,)為例，該型號發(fā)電機組的扭振模態(tài)為15. lHz、 26.0Hz、 30.5Hz，共3個模態(tài)。 按照圖5所示完成試驗系統(tǒng)接線，分別在4臺機組的4套HMI上設置CSC-811PT裝置輸 出模態(tài)l (15. lHz)，設置同步激發(fā)時刻和激發(fā)時間，開始試驗，記錄模態(tài)l (15. lHz) 的激發(fā)過程。依次分別激發(fā)模態(tài)2 (26.0Hz)、模態(tài)3 (30.5Hz)以及3個模態(tài)的不同組 合，實現(xiàn)4臺600MW機組的各種扭振試驗。
權(quán)利要求
1、一種同步激發(fā)多臺汽輪發(fā)電機組軸系扭振的激勵方法，該方法包括步驟1)在同一發(fā)電廠的多臺相同型號機組分別通過同步扭振激發(fā)裝置發(fā)出與該型號發(fā)電機組模態(tài)頻率相同的激勵信號，在勵磁控制器AVR的輸入側(cè)將電流激勵信號轉(zhuǎn)換為電壓信號注入發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，進而在勵磁系統(tǒng)的電流、電壓中產(chǎn)生和注入的激勵信號頻率相同的信號；2)分別在各臺試驗機組的軸系靠近汽輪機高壓缸的一側(cè)安裝轉(zhuǎn)速測量齒盤和轉(zhuǎn)速傳感器，將傳感器的轉(zhuǎn)速脈沖信號接入同步扭振激發(fā)裝置，由同步扭振激發(fā)裝置實時測量軸系轉(zhuǎn)速信號，并計算軸系的扭振模態(tài)大小，從而實現(xiàn)對扭振激發(fā)強度的實時監(jiān)測，同步扭振激發(fā)裝置裝置將扭振模態(tài)的大小和實時曲線在人機界面上顯示；3)分別對各臺試驗機組的同步扭振激發(fā)裝置接入GPS時鐘，各個時鐘通過IRIG-B信號或串口+秒脈沖信號為同步扭振激發(fā)裝置對時，對時精度小于0.1mS，在同步扭振激發(fā)裝置的人機界面HMI中設置扭振激發(fā)信號的輸出時刻和作用時間，從而控制同步扭振激發(fā)裝置在試驗人員從HMI上輸入的準確時刻開始輸出激勵信號，經(jīng)預定時間長度的激勵后結(jié)束激勵輸出，實現(xiàn)對扭振激勵的同步控制；4)分別在各臺試驗機組的同步扭振激發(fā)裝置的人機界面HMI中輸入一個即將到達的準確時刻作為試驗開始時間，再輸入扭振激勵時間，各機組的同步扭振激勵裝置將同時在該時間到來時激發(fā)各自機組的扭振。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激勵方法，其特征為，針對所試驗型號的機組的多個模 態(tài)分別做扭振激勵，所述模態(tài)通常為3至5個。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激勵方法，其特征為，試驗過程中由同步扭振激發(fā)裝置 記錄其所發(fā)出的扭振激勵信號AO、所測量的軸系轉(zhuǎn)速差信號dW、所計算的軸系扭振 模態(tài)信號dWi，采樣率不低于1000Hz。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激勵方法，其特征為，同樣適用于僅對一臺機組激發(fā)扭振。
全文摘要
本發(fā)明涉及在大型火力發(fā)電廠的多臺汽輪發(fā)電機組同時激發(fā)出機組軸系扭振的試驗方法，公開了一種通過GPS對時實現(xiàn)的基于同步扭振激發(fā)裝置的多臺發(fā)電機組同步扭振的激發(fā)方法，通過同步扭振激發(fā)裝置對各臺發(fā)電機組發(fā)出與機組模態(tài)相同頻率的同步扭振激勵信號，作用于汽輪發(fā)電機組的勵磁系統(tǒng)并通過勵磁系統(tǒng)在汽輪發(fā)電機組中產(chǎn)生可控電氣扭矩，進而同時在多臺機組上激發(fā)軸系扭振，同時檢測各發(fā)電機組軸系扭振強度，以確定機組軸系安全。該方法能夠準確可控地在多臺大型汽輪發(fā)電機組同步產(chǎn)生軸系扭振，為研究抑制次同步振蕩(SSO)和次同步諧振(SSR)的各種措施的有效性和整定提供了試驗手段。
文檔編號G01R31/00GK101308182SQ20081011614
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者奚志江, 濤 張, 焦邵華, 王曉峰 申請人:四方電氣(集團)有限公司;北京四方博能自動化設備有限公司