汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振在線監(jiān)測、分析與保護(hù)系統(tǒng)研究.pdf

1、本文圍繞建立能夠投入實(shí)際應(yīng)用的汽輪發(fā)電機(jī)組在線監(jiān)測、分析和保護(hù)方法這一目標(biāo)展開研究，主要研究內(nèi)容包括軸系轉(zhuǎn)子-葉片耦合扭振模型建模與仿真、汽輪發(fā)電機(jī)組扭振故障機(jī)理和特征分析、汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振疲勞壽命損耗分析以及軸系扭振在線監(jiān)測、分析與保護(hù)策略研究。本文通過對上述問題的深入研究，形成了機(jī)組軸系扭振安全性在線評價(jià)的整體思路和方法，制定了一套汽輪發(fā)電機(jī)組扭振監(jiān)測、分析、預(yù)警、診斷和保護(hù)方案并最終開發(fā)了一套汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振在線監(jiān)測、分析

2、和保護(hù)裝置。
　　在軸系轉(zhuǎn)子-葉片耦合扭振模型建模與仿真方法研究方面，采用將汽輪發(fā)電機(jī)組軸系及其葉輪?；癁閹Х种ЫY(jié)構(gòu)的集中質(zhì)量模型的方法對軸系進(jìn)行建模，并對轉(zhuǎn)子-葉片耦合扭振動態(tài)響應(yīng)分析方法進(jìn)行研究。針對振動特性復(fù)雜的低壓缸末級葉片等長葉片，提出了一種適用于扭振分析的葉片振動模型建模方法及其參數(shù)的調(diào)整方法。在此基礎(chǔ)上，建立了轉(zhuǎn)子-葉片耦合扭振模型并提出了一套轉(zhuǎn)子-葉片耦合扭振動態(tài)響應(yīng)分析方法。
　　在汽輪發(fā)電機(jī)組扭振故障機(jī)理

3、和特征分析方面，利用FMEA的方法對可能導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振的故障進(jìn)行故障模式影響分析，并針對容易引發(fā)軸系嚴(yán)重扭振的幾種故障:次同步振蕩、發(fā)電機(jī)短路、非同期并列和自動重合閘不成功進(jìn)行了重點(diǎn)研究。針對扭振故障中發(fā)電機(jī)電磁力矩變化特點(diǎn)，對軸系進(jìn)行了扭振動態(tài)響應(yīng)仿真，分析了軸系在各類故障下的扭矩響應(yīng)特性，為扭振故障的歸類和診斷方法研究，以及軸系扭振危險(xiǎn)截面的確定提供了理論依據(jù)。
　　在汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振疲勞壽命損耗分析方法方面，主

4、要研究內(nèi)容包括危險(xiǎn)截面在扭振過程中應(yīng)力歷程的計(jì)算，以及轉(zhuǎn)子鋼材料S-N曲線、P-S-N曲線擬合方法研究。根據(jù)軸頸、聯(lián)軸器、低壓缸長葉片這三種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分別給出了相應(yīng)的應(yīng)力歷程計(jì)算方法，可利用轉(zhuǎn)子-葉片耦合扭振模型對危險(xiǎn)截面的應(yīng)力變化情況進(jìn)行計(jì)算。基于疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對轉(zhuǎn)子鋼材料的高周疲勞特性進(jìn)行了研究，確定了適用于次同步下疲勞壽命損耗計(jì)算的轉(zhuǎn)子鋼材料高周疲勞S-N曲線模型，并提出了一種方法，可利用較少的疲勞試驗(yàn)次數(shù)較為準(zhǔn)確地估算材料的P

5、-S-N曲線并且更好地反映材料的高周疲勞特性。
　　在軸系扭振在線監(jiān)測、分析與保護(hù)策略研究方面，在轉(zhuǎn)子-葉片耦合扭振模型研究、扭振故障機(jī)理研究和軸系扭振疲勞壽命損耗分析方法研究的基礎(chǔ)上，通過分析比較不同扭振分析方法對于不同類型扭振故障的適用性，分別制定電磁力矩沖擊類扭振和次同步振蕩的疲勞壽命損耗在線分析方法，并以疲勞壽命損耗為主要依據(jù)，制定軸系扭振保護(hù)策略及其相應(yīng)門檻值。同時，根據(jù)軸系扭振的FMEA分析結(jié)果，并結(jié)合實(shí)際汽輪發(fā)電機(jī)組