用于監(jiān)測蒸汽渦輪的軸線的次同步扭轉(zhuǎn)振蕩的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測蒸汽渦輪的軸線（Shaft line)的次同步扭轉(zhuǎn)振蕩的方 法。
[0002] 本發(fā)明更具體地涉及包括軸線的電功率生成系統(tǒng)，其中，次同步共振頻率下的扭 轉(zhuǎn)振蕩可能成問題。
【背景技術(shù)】
[0003] 發(fā)電機(jī)通常由功率源如蒸汽渦輪驅(qū)動。蒸汽渦輪大體上包括軸線，該軸線包括若 干渦輪級和發(fā)電機(jī)，從而形成復(fù)雜的系統(tǒng)。
[0004] 在正常操作中，軸線在給定的同步頻率下旋轉(zhuǎn)，例如，25Hz、30Hz、50Hz或60Hz。
[0005] 然而，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時，軸線也可經(jīng)歷扭轉(zhuǎn)振蕩。這些扭轉(zhuǎn)振蕩可由沿由發(fā)電機(jī)供給電氣 系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)內(nèi)的干擾或發(fā)電機(jī)外的干擾引起。
[0006] 此種扭轉(zhuǎn)振蕩具體可當(dāng)發(fā)電機(jī)用于經(jīng)由較弱地互連的長容性功率傳輸線路將能 量輸送至電網(wǎng)時出現(xiàn)。實(shí)際上，當(dāng)需要長的傳輸線路以用于將能量輸送至電網(wǎng)時，串聯(lián)電容 補(bǔ)償通常用于降低角度偏差和電壓降，且因此提高線路的穩(wěn)定性。然而，補(bǔ)償電容器導(dǎo)致電 網(wǎng)中存在某些共振頻率，這可引起軸線的扭轉(zhuǎn)振蕩。
[0007] 扭轉(zhuǎn)振蕩引起軸線速度與軸線的扭轉(zhuǎn)角度成比例的變化。扭轉(zhuǎn)振蕩因此導(dǎo)致沿軸 線的不一致的旋轉(zhuǎn)頻率。
[0008] 在某些情況中，當(dāng)電共振（作為電網(wǎng)電共振）與軸線的共振頻率協(xié)作時，共振扭轉(zhuǎn) 振蕩可出現(xiàn)。共振扭轉(zhuǎn)振蕩在低于軸線的同步頻率的共振頻率下發(fā)生，且因此稱為次同步 共振。
[0009] 扭轉(zhuǎn)振蕩引起沿軸線的臨界位置處的扭轉(zhuǎn)振蕩，這可損壞軸線，且在一些情況甚 至可導(dǎo)致軸線的破壞。
[0010] 為了解決此問題，已經(jīng)提出了借助于置于軸上的應(yīng)變儀來監(jiān)測軸線上的應(yīng)變。然 而，該解決方案在隨時間變化而具有低可靠性，且僅可用于即時評估，且不用軸的永久監(jiān) 測。
[0011] 因此，在US 2005/0183504 Al中已提出了以間接的方式監(jiān)測軸線上的應(yīng)變，例如， 通過分析供應(yīng)至電網(wǎng)的功率，以便評估軸線的扭轉(zhuǎn)振蕩。然而，該方法隱含了使用額外的裝 置來測量供應(yīng)的功率。
[0012] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于監(jiān)測軸線上的扭轉(zhuǎn)振蕩的系統(tǒng)和方法，其 具有足夠的準(zhǔn)確度，且可簡單地在現(xiàn)有的軸線上以成本效益合算的方式實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 為此，本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測蒸汽渦輪的軸線的次同步扭轉(zhuǎn)振蕩的方法，所述 方法包括以下步驟： -測量時間段內(nèi)的所述軸線的轉(zhuǎn)速，和從測得的轉(zhuǎn)速生成代表所述時間段內(nèi)的所述轉(zhuǎn) 速的信號； -在所述信號上執(zhí)行頻譜分析來對于至少一個給定頻率確定所述給定頻率下的所述 轉(zhuǎn)速的變化幅度， -將所述幅度與所述頻率的至少一個預(yù)定幅度閾值比較， -如果所述幅度超過至少一個預(yù)定幅度閾值則生成警報信號。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的其他有利方面，本發(fā)明包括單獨(dú)考慮或根據(jù)任何技術(shù)上可能的組合 的以下特征中的一個或更多個： -執(zhí)行頻譜分析的步驟包括對于多個頻率中的各個確定所述頻率下的所述轉(zhuǎn)速的變 化幅度，比較步驟包括將對于各頻率確定的幅度與所述頻率的至少一個預(yù)定幅度閾值比 較，且生成步驟包括如果對于頻率確定的至少一個幅度超過所述頻率的所述預(yù)定幅度閾值 中的至少一個則生成警報信號； -所述或各給定頻率為軸線的次同步振蕩共振頻率； -比較步驟包括對于所述或各頻率將所述幅度與所述頻率的上預(yù)定幅度閾值和下預(yù) 定幅度閾值比較； -生成步驟包括如果所述幅度高于下幅度閾值且低于上幅度閾值則生成第一類型的 警報信號； -所述蒸汽渦輪使發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，且該方法還包括在生成第一類型的警報信號之后降低 由發(fā)電機(jī)生成的功率的步驟； -生成步驟包括如果所述幅度高于上幅度閾值則生成不同于所述第一類型的第二類 型的警報信號； -該方法還包括在生成第二類型的警報信號之后的所述蒸汽渦輪的斷開 (tripping)； -測量步驟包括在所述時間段內(nèi)的多個測量時間測量所述軸線的轉(zhuǎn)速； -測量步驟在各測量時間包括由傳感器測量所述測量時間之前的給定測量周期的所 述軸線的平均轉(zhuǎn)速； -由傳感器進(jìn)行的測量包括在所述給定測量周期期間檢測安裝在所述軸線上的齒輪 的移動； -所述傳感器為非接觸式傳感器； -頻譜分析執(zhí)行步驟包括將快速傅里葉變換（FFT)應(yīng)用于所述信號。
[0015] 本發(fā)明還涉及一種用于監(jiān)測蒸汽渦輪的軸線的次同步扭轉(zhuǎn)振蕩的系統(tǒng)，所述系統(tǒng) 包括： -速度測量裝置，其構(gòu)造成測量時間段內(nèi)的所述軸線的轉(zhuǎn)速，且從測得的轉(zhuǎn)速生成形 成代表所述時間段內(nèi)的所述轉(zhuǎn)速的信號的速度值， -分析單元，其構(gòu)造成在所述信號上執(zhí)行頻譜分析，且對于至少一個給定頻率，確定所 述給定頻率下的所述轉(zhuǎn)速的變化幅度，所述分析單元還構(gòu)造成將所述幅度與所述頻率的至 少一個預(yù)定幅度閾值比較，且如果所述幅度超過至少一個預(yù)定幅度閾值則生成警報信號。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的另一個有利方面，所述速度測量裝置包括至少一個速度傳感器。
【附圖說明】
[0017] 本發(fā)明隨后將基于示例性實(shí)施例結(jié)合附圖來更詳細(xì)地說明。在附圖中， 圖1為根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)測蒸汽渦輪的軸線的扭轉(zhuǎn)振蕩的系統(tǒng)的示意圖； 圖2為通過圖1的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的方法的框圖。
[0018] 參考標(biāo)號列表 1系統(tǒng) 2軸線 3蒸汽渦輪 3a前端 3b后立而 4級 4a高壓級 4b中壓級 4c低壓級 5發(fā)電機(jī) 6激勵 7電網(wǎng) 8控制中心 9控制單元 10閥 11速度測量裝置 12傳感器 14齒輪 15變壓器 20分析單元 22連接 24存儲器 26處理器 27存儲器的第一區(qū) 28緩沖存儲器 30分析模塊 32決定模塊 100初始化階段 110采集階段 112測量步驟 114接收步驟 120監(jiān)測步驟 122分析步驟 124比較步驟 126警報步驟 130斷開步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于監(jiān)測蒸汽渦輪3的軸線2的扭轉(zhuǎn)振蕩的系統(tǒng) 1〇
[0020] 例如，蒸汽渦輪3為核蒸汽渦輪。
[0021] 軸線2在前端3a與后端3b之間延伸。從前端到后端，軸線2包括若干級4,例如， 高壓級4a、中壓級4b和低壓級4c，發(fā)電機(jī)5和激勵系統(tǒng)6。激勵系統(tǒng)將要將磁化電流（或 "激勵"）供應(yīng)至發(fā)電機(jī)場。
[0022] 發(fā)電機(jī)5用于將能量通過包括變壓器15的傳輸線路輸送至電網(wǎng)7。
[0023] 蒸汽渦輪3的功能由控制中心8控制。控制中心8適于控制由發(fā)電機(jī)5生成的功 率，和命令蒸汽渦輪3的停止。具體而言，控制中心8包括控制單元9,控制單元9適于將信 號發(fā)送至閥10,以控制供應(yīng)至渦輪的蒸汽S的量。
[0024] 在正常操作中，軸線2在取決于供應(yīng)頻率（例如，50Hz或60Hz)且取決于發(fā)電機(jī)5 的極數(shù)的給定同步頻率f shaft下旋轉(zhuǎn)。對于50Hz的供應(yīng)頻率，軸線2的同步頻率f shaft因此 例如在4極發(fā)電機(jī)的情況下等于25Hz (對應(yīng)于1500 rpm的轉(zhuǎn)速），或在2極發(fā)電機(jī)的情況 下等于50Hz (對應(yīng)于3000 rpm的轉(zhuǎn)速）。
[0025] 軸線2與次同步扭轉(zhuǎn)共振頻率相關(guān)聯(lián)，即，當(dāng)經(jīng)歷扭轉(zhuǎn)振蕩時軸線2可進(jìn)入共振的 頻率。這些次同步扭轉(zhuǎn)共振頻率（標(biāo)為frj低于軸線2的同步頻率f shaft。
[0026] 系統(tǒng)1包括用于測量軸線2的轉(zhuǎn)速且提供代表測得速度的速度值的速度測量裝置 11，和用于根據(jù)由此供應(yīng)的速度值來檢測軸線2的扭轉(zhuǎn)振蕩幅度的分析單元20。
[0027] 具體而言，速度測量裝置11構(gòu)造成在測量時間以測量頻率f"測量軸線2的轉(zhuǎn) 速，且提供代表各測量時間的測得速度的速度值。
[0028] 速度測量裝置11包括用于測量軸2的轉(zhuǎn)速的一個或若干個傳感器12。
[0029] 傳感器12為非接觸式傳感器，能夠檢測和測量安裝在軸2上的齒輪14的旋轉(zhuǎn)。例 如，傳感器12為霍爾效應(yīng)傳感器。
[0030] 各傳感器12能夠在給定測量周期TJ5間檢測齒輪14的移動，且提供具有與測得 速度成比例的頻率的電脈沖。因此，速度測量裝置11能夠在測量周期T ni期間根據(jù)電脈沖 測量軸2的平均轉(zhuǎn)速。
[0031] 例如，齒輪14在軸線2的前端處安裝在軸線2上。齒輪14的該位置確保了齒輪 14不置于扭轉(zhuǎn)振蕩的節(jié)點(diǎn)處，即，軸線2上該扭轉(zhuǎn)振蕩的幅度為零的位置。因此，齒輪14的 該位置確保了軸線2的轉(zhuǎn)速的變化將被檢測到。
[0032] 速度測量裝置11構(gòu)造成儲存由此確定的速度值。
[0033] 分析單元20構(gòu)造成從速度測量裝置11獲得速度值，且分析速度值，從而形成速度 信號，以通過在速度信號上執(zhí)行頻譜分析來確定軸的扭轉(zhuǎn)振蕩的幅度。
[0034] 具體而言，分析單元20構(gòu)造成在采集時間ts以采集頻率f s檢查速度測量裝置11， 以便在各采集時間ts獲得由速度測量裝置11確定的最后速度值。因此，測量頻率f"優(yōu)選 尚于米集頻率f s。
[0035] 采集頻率fs的選擇取決于將在電信號中檢測到的最高頻率。實(shí)際上，可從以采集 頻率fs采樣的信號檢測到的最高頻率為f s/2。
[0036] 例如，如果軸線同步頻率fshaft為25Hz，則采集頻率f s應(yīng)當(dāng)為至少50Hz，以便允許 直到25Hz的次同步頻率的檢測。
[0037] 如下文更詳細(xì)地描述的那樣，采集頻率fs還作為確定次同步扭轉(zhuǎn)共振頻率fr 的扭轉(zhuǎn)振蕩幅度所需的頻率分辨率Af的函數(shù)來選擇。
[0038] 分析單元20借助于實(shí)體或無線連接22來連接到速度測量裝置11。
[0039] 分析單元20優(yōu)選包括在控制中心8中。
[0040] 分析單元20包括存儲器2