[發(fā)明專利]汽輪發(fā)電機組軸系扭振保護(hù)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810057040.4
• 申請日: 2008-01-29
• 公開（公告）號: CN101222133A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李國寶;郭錫玖;張濤;李英偉;謝小榮;李元盛;焦邵華;常富杰
• 申請（專利權(quán)）人: 北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司;四方電氣(集團(tuán))有限公司;清華大學(xué)
• 主分類號: H02H7/06
• 分類號: H02H7/06;H02H5/00
• 代理公司: 北京華進(jìn)專利事務(wù)所
• 代理人: 吳鴻維

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)、大型發(fā)電廠，需要汽輪發(fā)電機組、水輪發(fā)電機組次同步振蕩的保護(hù)應(yīng)用，尤其涉及一種發(fā)電機組次同步振蕩下的軸系扭振保護(hù)裝置。

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(guān)鍵設(shè)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；同時電網(wǎng)也在朝著超高壓大區(qū)域的方向發(fā)展，超高壓遠(yuǎn)距離輸電大量采用串補電容提高電網(wǎng)輸電能力。

輸電線路的串聯(lián)電容補償、直流輸電、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的不當(dāng)加裝，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)、可控硅控制系統(tǒng)、電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反饋作用等，均有可能誘發(fā)、導(dǎo)致次同步振蕩(SSO)現(xiàn)象。汽輪機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子慣性較大，對軸系本身的低階扭轉(zhuǎn)模態(tài)十分敏感，呈低周高應(yīng)力的受力狀態(tài)。發(fā)生機電擾動時，汽輪機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機電磁制動轉(zhuǎn)矩之間失去平衡，作用在軸系上的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力也將發(fā)生變化，增加軸材料的疲勞損傷，降低使用壽命。當(dāng)扭應(yīng)力大到一定程度時，將導(dǎo)致機組軸系損壞或斷裂，嚴(yán)重影響機組安全可靠運行。

發(fā)電機組次同步扭振保護(hù)裝置實現(xiàn)SSO情況下對機組軸系扭振的保護(hù)。國內(nèi)目前無提供機組軸系扭振保護(hù)與控制設(shè)備的廠家。本專利申報材料介紹一種發(fā)電機組次同步振蕩下軸系扭振保護(hù)裝置。通過測量機端角速度變化量，對其進(jìn)行帶通濾波分離后分別對模態(tài)采樣值進(jìn)行疲勞損傷計算，對模態(tài)幅值進(jìn)行收斂發(fā)散情況分析，得到當(dāng)前運行機組的軸系損傷情況，通過將發(fā)電機從電網(wǎng)中斷開實現(xiàn)對發(fā)電機組的保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種發(fā)電機組次同步扭振保護(hù)裝置，可通過計算發(fā)電機組次同步機電共振造成的疲勞損傷，分析模態(tài)幅值的收斂發(fā)散情況，實現(xiàn)對發(fā)電機組軸系的保護(hù)。本發(fā)明適用于300MW、600MW、1000MW的主力大型汽輪發(fā)電機組，也同樣適用于300MW以下的小型汽輪發(fā)電機組和大容量電動機。

發(fā)電機組次同步扭振保護(hù)裝置包括：兩個脈沖量輸入模塊(PI)，一個主控模塊(CM)，四個數(shù)字量輸出模塊(DO)，一個模擬量輸入模塊(AI)，一個數(shù)字量輸入模塊(DI)和兩個電源模塊(POW)，該保護(hù)裝置對外通過以太網(wǎng)與主站HMI通信，該保護(hù)裝置所述各個模塊之間采用DP-NET通訊網(wǎng)絡(luò)通信；

所述的脈沖量輸入模塊(PI)用來檢測機端角速度變化量，并通過濾波環(huán)節(jié)得到次同步模態(tài)信號，脈沖輸入模塊為雙冗余配置；

所述的主控模塊(CM)用于接收脈沖量輸入模塊(PI)的輸出信號并對各模態(tài)信號分別進(jìn)行并行處理，滿足保護(hù)動作判據(jù)時，向所述四個數(shù)字量輸出模塊(DO)輸出控制信號；

所述的四個數(shù)字量輸出模塊(DO)根據(jù)接收到的主控模塊(CM)的控制信號，分別輸出跳閘信號、遠(yuǎn)傳信號、遠(yuǎn)動信號以及中央信號，用于告警、跳線路或發(fā)電機，實現(xiàn)對發(fā)電機組軸系的保護(hù)；

所述的模擬量輸入模塊(AI)采集并監(jiān)測汽輪發(fā)電機組的運行參數(shù)溫度、壓力、勵磁電流；所述的數(shù)字量輸入模塊(DI)采集并監(jiān)測汽輪發(fā)電機組的運行的開關(guān)量位置；所述的電源模塊(POW)為雙冗余配置，為裝置的其他模塊供電。

1、PI模塊檢測機端角速度變化量

在本裝置中，采用發(fā)電機軸速度與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速差的標(biāo)幺值作為發(fā)電機組次同步扭振保護(hù)裝置的輸入信號，稱為機端角速度變化量，用Δω表示。

應(yīng)用非接觸傳感器感應(yīng)隨軸轉(zhuǎn)動的齒輪產(chǎn)生的脈沖信號，將脈沖信號解調(diào)得到機端角速度變化量，機端角速度變化量Δω中含有多個頻率的振動分量。

2、PI模塊模態(tài)濾波器

次同步諧振SSO是外加激勵扭矩的頻率與軸系的某階固有扭振頻率合拍而產(chǎn)生共振，使主軸的扭轉(zhuǎn)振動迅速增大，從而導(dǎo)致主軸的剪切損壞。所以為了實現(xiàn)對機組的保護(hù)，就需要對機端角速度變化量Δω進(jìn)行濾波，得到與轉(zhuǎn)子的固有扭振頻率相應(yīng)的振動分量。濾波環(huán)節(jié)包括一個低通濾波器、一個高通濾波器和對各個次同步模態(tài)信號分別進(jìn)行濾波的帶通濾波器。

低通濾波器傳遞函數(shù)為