用于監(jiān)測(cè)蒸汽渦輪的軸線(xiàn)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(cè)蒸汽渦輪的軸線(xiàn)（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(xiàn)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(wèn)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(dòng)。蒸汽渦輪大體上包括軸線(xiàn)，該軸線(xiàn)包括若 干渦輪級(jí)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(xiàn)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(shí)，軸線(xiàn)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(zhǎng)容性功率傳輸線(xiàn)路將能 量輸送至電網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)。實(shí)際上，當(dāng)需要長(zhǎng)的傳輸線(xiàn)路以用于將能量輸送至電網(wǎng)時(shí)，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(xiàn)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(xiàn)的扭轉(zhuǎn)振蕩。
[0007] 扭轉(zhuǎn)振蕩引起軸線(xiàn)速度與軸線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的共振頻率協(xié)作時(shí)，共振扭轉(zhuǎn) 振蕩可出現(xiàn)。共振扭轉(zhuǎn)振蕩在低于軸線(xiàn)的同步頻率的共振頻率下發(fā)生，且因此稱(chēng)為次同步 共振。
[0009] 扭轉(zhuǎn)振蕩引起沿軸線(xiàn)的臨界位置處的扭轉(zhuǎn)振蕩，這可損壞軸線(xiàn)，且在一些情況甚 至可導(dǎo)致軸線(xiàn)的破壞。
[0010] 為了解決此問(wèn)題，已經(jīng)提出了借助于置于軸上的應(yīng)變儀來(lái)監(jiān)測(cè)軸線(xiàn)上的應(yīng)變。然 而，該解決方案在隨時(shí)間變化而具有低可靠性，且僅可用于即時(shí)評(píng)估，且不用軸的永久監(jiān) 測(cè)。
[0011] 因此，在US 2005/0183504 Al中已提出了以間接的方式監(jiān)測(cè)軸線(xiàn)上的應(yīng)變，例如， 通過(guò)分析供應(yīng)至電網(wǎng)的功率，以便評(píng)估軸線(xiàn)的扭轉(zhuǎn)振蕩。然而，該方法隱含了使用額外的裝 置來(lái)測(cè)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(cè)軸線(xiàn)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(jiǎn)單地在現(xiàn)有的軸線(xiàn)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(cè)蒸汽渦輪的軸線(xiàn)的次同步扭轉(zhuǎn)振蕩的方法，所述 方法包括以下步驟： -測(cè)量時(shí)間段內(nèi)的所述軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)速，和從測(cè)得的轉(zhuǎn)速生成代表所述時(shí)間段內(nèi)的所述轉(zhuǎn) 速的信號(hào)； -在所述信號(hào)上執(zhí)行頻譜分析來(lái)對(duì)于至少一個(gè)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(gè)預(yù)定幅度閾值比較， -如果所述幅度超過(guò)至少一個(gè)預(yù)定幅度閾值則生成警報(bào)信號(hào)。
[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(gè)或更多個(gè)： -執(zhí)行頻譜分析的步驟包括對(duì)于多個(gè)頻率中的各個(gè)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(duì)于各頻率確定的幅度與所述頻率的至少一個(gè)預(yù)定幅度閾值比 較，且生成步驟包括如果對(duì)于頻率確定的至少一個(gè)幅度超過(guò)所述頻率的所述預(yù)定幅度閾值 中的至少一個(gè)則生成警報(bào)信號(hào)； -所述或各給定頻率為軸線(xiàn)的次同步振蕩共振頻率； -比較步驟包括對(duì)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(lèi)型的 警報(bào)信號(hào)； -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(lèi)型的警報(bào)信號(hào)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(lèi)型的第二類(lèi) 型的警報(bào)信號(hào)； -該方法還包括在生成第二類(lèi)型的警報(bào)信號(hào)之后的所述蒸汽渦輪的斷開(kāi) (tripping)； -測(cè)量步驟包括在所述時(shí)間段內(nèi)的多個(gè)測(cè)量時(shí)間測(cè)量所述軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)速； -測(cè)量步驟在各測(cè)量時(shí)間包括由傳感器測(cè)量所述測(cè)量時(shí)間之前的給定測(cè)量周期的所 述軸線(xiàn)的平均轉(zhuǎn)速； -由傳感器進(jìn)行的測(cè)量包括在所述給定測(cè)量周期期間檢測(cè)安裝在所述軸線(xiàn)上的齒輪 的移動(dòng)； -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(hào)。
[0015] 本發(fā)明還涉及一種用于監(jiān)測(cè)蒸汽渦輪的軸線(xiàn)的次同步扭轉(zhuǎn)振蕩的系統(tǒng)，所述系統(tǒng) 包括： -速度測(cè)量裝置，其構(gòu)造成測(cè)量時(shí)間段內(nèi)的所述軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)速，且從測(cè)得的轉(zhuǎn)速生成形 成代表所述時(shí)間段內(nèi)的所述轉(zhuǎn)速的信號(hào)的速度值， -分析單元，其構(gòu)造成在所述信號(hào)上執(zhí)行頻譜分析，且對(duì)于至少一個(gè)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(gè)預(yù)定幅度閾值比較，且如果所述幅度超過(guò)至少一個(gè)預(yù)定幅度閾值則生成警報(bào)信號(hào)。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)有利方面，所述速度測(cè)量裝置包括至少一個(gè)速度傳感器。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 本發(fā)明隨后將基于示例性實(shí)施例結(jié)合附圖來(lái)更詳細(xì)地說(shuō)明。在附圖中， 圖1為根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)測(cè)蒸汽渦輪的軸線(xiàn)的扭轉(zhuǎn)振蕩的系統(tǒng)的示意圖； 圖2為通過(guò)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(hào)列表 1系統(tǒng) 2軸線(xiàn) 3蒸汽渦輪 3a前端 3b后立而 4級(jí) 4a高壓級(jí) 4b中壓級(jí) 4c低壓級(jí) 5發(fā)電機(jī) 6激勵(lì) 7電網(wǎng) 8控制中心 9控制單元 10閥 11速度測(cè)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(chǔ)器 26處理器 27存儲(chǔ)器的第一區(qū) 28緩沖存儲(chǔ)器 30分析模塊 32決定模塊 100初始化階段 110采集階段 112測(cè)量步驟 114接收步驟 120監(jiān)測(cè)步驟 122分析步驟 124比較步驟 126警報(bào)步驟 130斷開(kāi)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(cè)蒸汽渦輪3的軸線(xiàn)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(xiàn)2在前端3a與后端3b之間延伸。從前端到后端，軸線(xiàn)2包括若干級(jí)4,例如， 高壓級(jí)4a、中壓級(jí)4b和低壓級(jí)4c，發(fā)電機(jī)5和激勵(lì)系統(tǒng)6。激勵(lì)系統(tǒng)將要將磁化電流（或 "激勵(lì)"）供應(yīng)至發(fā)電機(jī)場(chǎng)。
[0022] 發(fā)電機(jī)5用于將能量通過(guò)包括變壓器15的傳輸線(xiàn)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?？刂浦行?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(hào)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(xiàn)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(duì)于50Hz的供應(yīng)頻率，軸線(xiàn)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(duì)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(duì)應(yīng)于3000 rpm的轉(zhuǎn)速）。
[0025] 軸線(xiàn)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(shí)軸線(xiàn)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(xiàn)2的同步頻率f shaft。
[0026] 系統(tǒng)1包括用于測(cè)量軸線(xiàn)2的轉(zhuǎn)速且提供代表測(cè)得速度的速度值的速度測(cè)量裝置 11，和用于根據(jù)由此供應(yīng)的速度值來(lái)檢測(cè)軸線(xiàn)2的扭轉(zhuǎn)振蕩幅度的分析單元20。
[0027] 具體而言，速度測(cè)量裝置11構(gòu)造成在測(cè)量時(shí)間以測(cè)量頻率f"測(cè)量軸線(xiàn)2的轉(zhuǎn) 速，且提供代表各測(cè)量時(shí)間的測(cè)得速度的速度值。
[0028] 速度測(cè)量裝置11包括用于測(cè)量軸2的轉(zhuǎn)速的一個(gè)或若干個(gè)傳感器12。
[0029] 傳感器12為非接觸式傳感器，能夠檢測(cè)和測(cè)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(cè)量周期TJ5間檢測(cè)齒輪14的移動(dòng)，且提供具有與測(cè)得 速度成比例的頻率的電脈沖。因此，速度測(cè)量裝置11能夠在測(cè)量周期T ni期間根據(jù)電脈沖 測(cè)量軸2的平均轉(zhuǎn)速。
[0031] 例如，齒輪14在軸線(xiàn)2的前端處安裝在軸線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)2的轉(zhuǎn)速的變化將被檢測(cè)到。
[0032] 速度測(cè)量裝置11構(gòu)造成儲(chǔ)存由此確定的速度值。
[0033] 分析單元20構(gòu)造成從速度測(cè)量裝置11獲得速度值，且分析速度值，從而形成速度 信號(hào)，以通過(guò)在速度信號(hào)上執(zhí)行頻譜分析來(lái)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(shí)間ts以采集頻率f s檢查速度測(cè)量裝置11， 以便在各采集時(shí)間ts獲得由速度測(cè)量裝置11確定的最后速度值。因此，測(cè)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(hào)中檢測(cè)到的最高頻率。實(shí)際上，可從以采集 頻率fs采樣的信號(hào)檢測(cè)到的最高頻率為f s/2。
[0036] 例如，如果軸線(xiàn)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(cè)。
[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(lái)選擇。
[0038] 分析單元20借助于實(shí)體或無(wú)線(xiàn)連接22來(lái)連接到速度測(cè)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(chǔ)器2