四方公司機組扭振監(jiān)測、控制和保護新技術---1105 17

1、汽輪發(fā)電機組軸系扭振及扭振監(jiān)測、控制和保護新技術與應用介紹,北京四方繼保自動化股份有限公司,目錄,汽輪機扭振基本概念 國外電廠汽輪機軸系扭振案例 國內(nèi)電廠汽輪機軸系扭振案例 汽輪機扭振措施和對策 四方公司扭振產(chǎn)品介紹 工程應用介紹,扭轉(zhuǎn)振動是旋轉(zhuǎn)機械中普遍存在的一種形式的機械振動，它本質(zhì)上是由于轉(zhuǎn)子并非絕對剛體，而存在彈性，因而在以平均轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)過程中，各彈性部件間會因各種原因而產(chǎn)生不同大小、不同相位的瞬時轉(zhuǎn)速起伏，形成沿旋轉(zhuǎn)方向的來回扭動。 顯然，這種振動形式將引起材料內(nèi)部的切向交變扭應力。若扭轉(zhuǎn)幅度過大，剪切應力超過彈性限度，材料就會產(chǎn)生疲勞損傷；當疲勞累積到壽命終了時，材料就會開始出現(xiàn)裂

2、紋，裂紋逐漸發(fā)展，終將導致材料斷裂的惡性事故。這對一些重要的設備，如大型汽輪發(fā)電機組、大型船舶、機車、大型軋鋼設備等所產(chǎn)生的后果和損失是不堪設想、無法估計的,扭振的現(xiàn)象,扭振基本概念,概念： 大型汽輪發(fā)電機組軸系扭振（簡稱大機組軸系扭振）是指因機電擾動或非正常運行方式產(chǎn)生的軸系扭轉(zhuǎn)振動，嚴重時可使軸系的某些截面或聯(lián)軸節(jié)處產(chǎn)生過大的交變扭應力，導致軸系的沖擊性或疲勞累積性損壞，直接威脅機組的安全運行。 特征： 大電網(wǎng)和大機組相互配合、作用與協(xié)調(diào)中出現(xiàn)的突出問題，涉及電力系統(tǒng)、電機、汽輪機、自動控制、力學、材料等多個專業(yè)學科，研究難度較大,機組軸系扭振的基本概念,扭振基本概念,扭振的特點 普遍性和

3、復雜性 潛伏性和誤導性 突發(fā)性和嚴重性,扭振基本概念,扭振基本概念,軸系扭振的基本形式 不同類型的機電系統(tǒng)擾動對機組軸系扭振有著不同的影響，通常將軸系扭振分成三種基本形式： （1）暫態(tài)扭矩沖擊 （2）超同步共振 （3）次同步共振,串聯(lián)電容補償 直流輸電系統(tǒng) 勵磁系統(tǒng) 可控硅控制的給水泵電動機反饋作用 電液調(diào)節(jié)系統(tǒng),這類事故的破壞過程一般是汽輪機葉片先斷裂飛脫，由此使軸系產(chǎn)生很大的不平衡力，導致事故擴大甚至造成毀機,快控汽閥或甩負荷 誤并列 高速重合閘 非線性沖擊性負荷（冶金,模態(tài)1 15.3Hz,模態(tài)2 26.12Hz,模態(tài)3 30.54Hz,振動與扭振及其三要素,扭振基本概念,振動的三要素：

4、 頻率 振型 阻尼,機組軸系模態(tài)頻率 用于模態(tài)計算 機組多質(zhì)塊模型參數(shù) 用于計算扭矩 機組扭振振型曲線 用于計算扭矩 機組軸系截面處的扭轉(zhuǎn)S-N曲線 用于計算疲勞,扭振基本概念,嚴重擾動對軸系影響的允許標準是軸系設計的重要依據(jù)。這種標準可由對輪變形程度和軸壽命疲勞損耗等因素來確定，軸系在整個壽命期間由于嚴重擾動產(chǎn)生的總壽命損害應在允許的范圍內(nèi),扭振基本概念,誘發(fā)機組軸系扭振的允許標準,目錄,汽輪機扭振基本概念 國外電廠汽輪機軸系扭振案例 國內(nèi)電廠汽輪機軸系扭振案例 汽輪機扭振措施和對策 四方公司扭振產(chǎn)品介紹 工程應用介紹,國外扭振案例,前蘇聯(lián)1臺500MW的火電機組，因發(fā)電機自動勵磁調(diào)節(jié)器的輸

5、出電壓中有34Hz的交變分量，幅值比允許值0.125V大10倍，與軸系的第三階扭振頻率33.9Hz合拍，造成在發(fā)電機與勵磁機之間的軸段損壞。后來在1臺800MW的機組上也發(fā)生了同樣事故。 加拿大安大略省電力公司在試驗1臺機組的快速勵磁的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器時，投入幾秒后即出現(xiàn)軸系扭振，其振幅不斷增加。究其原因，是由于勵磁系統(tǒng)電氣振蕩頻率與軸系的扭振固有頻率合拍所致。 聯(lián)邦德國Wilbel Shave火電站的1臺770MW機組曾由于可控硅控制的16.8MVA給水泵電動反饋作用，造成頻率為15.75Hz的次同步諧振。 加拿大安大略省電力公司的1臺665MW核電汽輪機組在試運期間因快速電液渦輪調(diào)速系統(tǒng)存在

6、與軸系低階扭振頻率合拍的頻率分量，引起調(diào)節(jié)閥強烈振動，并因此激發(fā)了軸系的扭轉(zhuǎn)振動,國外扭振案例,1969年美國Cleco Coulin電站1臺美國westinghouse公司制造的300MW火電機組汽輪機末級584mm長的扭葉片突然發(fā)生大量原因不明的葉根斷裂事故，修復不到一年又再次出現(xiàn)相同事故。原因是，原設計動葉片的動頻為148Hz，但并網(wǎng)時實測頻率為120Hz，發(fā)生兩倍工頻諧振(電網(wǎng)頻率為60Hz) 。此時，動葉片的最大應力位于葉根處。 英國中央發(fā)電局中部地區(qū)電廠1臺500MW發(fā)電機，1969年在試運行期間發(fā)生一次大負序電流沖擊的事故，在1975年大修中發(fā)現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子上有大面積的疲勞裂紋,日

7、本1臺16.5MW的機組因電氣故障頻繁而使主軸斷裂；某自備電廠1臺發(fā)電機因超同步諧振造成發(fā)電機槽楔、護環(huán)損壞，另1臺發(fā)電機斷軸，并發(fā)生兩起發(fā)電機端聯(lián)軸器的孔和鍵開裂。 美國1臺火電機組的汽輪機因升壓變壓器高壓側兩相接地，使低壓轉(zhuǎn)子開裂。 丹麥1臺270MW機組因線路兩相接地，振動一直無法消除,國外扭振案例,德國Niederaussen電站600MW的7號汽輪機于1973年10月在進行135非同步試驗時，發(fā)生發(fā)電機端部線圈損壞、聯(lián)軸器局部變形和聯(lián)軸器螺栓開裂的事故。 美國2臺21MW的燃氣輪機分別在1971年和1973年因誤并列造成主軸斷裂，1臺汽輪機因誤并列使聯(lián)軸器螺栓損壞，另1臺汽輪機轉(zhuǎn)子因

8、振動發(fā)生彎曲變形。 德國因誤并列和電網(wǎng)近處故障發(fā)生多臺機組的聯(lián)軸器螺栓變形。 匈牙利也發(fā)現(xiàn)因非同相位并網(wǎng)和非同期切換使主軸扭應力急增的現(xiàn)象 英國和日本也有多起因誤并列使轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器螺栓損壞的報道,目錄,汽輪機扭振基本概念 國外電廠汽輪機軸系扭振案例 國內(nèi)電廠汽輪機軸系扭振案例 汽輪機扭振措施和對策 四方公司扭振產(chǎn)品介紹 工程應用介紹,1984年山西神頭電廠一臺蘇制200MW機組，快關試驗后發(fā)現(xiàn)高中壓轉(zhuǎn)子靠背輪上的七只螺栓斷裂；全部更新后于1986年因事故甩負荷又一次造成八只螺栓斷裂，其中不少斷口帶有明顯的扭轉(zhuǎn)疲勞痕跡。 1984年遼寧朝陽電廠一臺國產(chǎn)200MW機組大修時發(fā)現(xiàn)高中壓轉(zhuǎn)子的聯(lián)軸節(jié)螺栓

9、斷三只、裂二只，斷口帶有扭轉(zhuǎn)疲勞痕跡。 江西分宜電廠一臺50MW機組在1984年因一次接地短路而造成軸系和葉片嚴重損壞。 臺灣核電三廠一臺900MW機組因系統(tǒng)和軸系形成機電諧振而導致葉片脫落，引起火災，損失嚴重。 國內(nèi)某電廠1臺國產(chǎn)300MW機組在1985年3月因開關故障造成該機單相帶負荷運行9分鐘，事后檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子上有4處裂紋。 1985年9月國內(nèi)某電廠1臺發(fā)電機也由于廠變高壓側兩相運行2分鐘，使發(fā)電機轉(zhuǎn)子槽楔燒熔；另1臺國產(chǎn)200MW機組也因開關故障造成單相帶負荷運行9分鐘之久，從而使發(fā)電機轉(zhuǎn)子受損，機組振動一直無法消除,國內(nèi)扭振案例,綏中電廠：由于電網(wǎng)故障導致的軸系疲勞 2009年

10、6月15日：16點45分20秒，高沙二線單相接地重合閘動作,國內(nèi)扭振案例,模態(tài)1采樣值 模態(tài)2采樣值 模態(tài)3采樣值 模態(tài)4采樣值 模態(tài)5采樣值,經(jīng)計算疲勞累計值為2瓦軸頸處疲勞累計值為0.0012%，4瓦軸頸處疲勞累計值為0.0055%，6瓦軸頸處疲勞累計值為0.06%，8瓦軸頸處累計疲勞值為0.045,國內(nèi)扭振案例,盤南電廠：電網(wǎng)故障導致扭振，產(chǎn)生疲勞,盤南電廠TSR裝置在天金線跳閘時的錄波文件如圖,模態(tài)1采樣值 模態(tài)2采樣值 模態(tài)3采樣值,經(jīng)計算疲勞累計值為2瓦軸頸處疲勞累計值為0%，5瓦軸頸處疲勞累計值為0.0053%，6瓦軸頸處疲勞累計值為0.0002%，8瓦軸頸處累計疲勞值為0.00

11、01,目錄,汽輪機扭振基本概念 國外電廠汽輪機軸系扭振案例 國內(nèi)電廠汽輪機軸系扭振案例 汽輪機扭振措施和對策 四方公司扭振產(chǎn)品介紹 工程應用介紹,預防和抑制機組扭振的措施和對策 防止和抑制軸系因機電擾動下引起的沖擊性扭振 防止和減少超同步（或同步）共振 防止和抑制次同步機電共振（SSO,扭振措施和對策,防止和減少超同步（或同步）共振的措施 超同步（或同步）共振屬強迫振動，為了減小和消除超同步共振對機組安全運行的危害，主要通過減小激振扭矩和軸系調(diào)頻兩種途徑采取相應的措施。 裝設扭振安全監(jiān)測裝置 保持三相平衡 軸系調(diào)頻,扭振措施和對策,防止和抑制次同步機電共振（SSO）的措施 次同步機電共振產(chǎn)生的

12、主要原因在于感應發(fā)電機效應、機電扭矩之間相互作用以及作為上述兩種作用疊加結果的暫態(tài)扭矩放大。 裝設扭振安全監(jiān)測裝置 加設阻尼裝置 采用控制與調(diào)節(jié)手段 合理使用開關切合操作及加裝保護和監(jiān)測裝置 改進汽輪發(fā)電機組與電力系統(tǒng)結構,扭振措施和對策,目錄,汽輪機扭振基本概念 國外電廠汽輪機軸系扭振案例 國內(nèi)電廠汽輪機軸系扭振案例 汽輪機扭振措施和對策 四方公司扭振產(chǎn)品介紹 工程應用介紹,四方大廈,四方公司主要從事電力系統(tǒng)自動化及繼電保護裝置、發(fā)電廠自動化、電力仿真、大中型發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)等領域的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，是為電力及相關行業(yè)（如石化、鐵路、冶金等）服務的高新技術企業(yè),楊奇遜院士 我國微機繼電保護

13、的創(chuàng)始人，中國工程院首批院士,公司概況,四方公司將努力使自己成為電力行業(yè)二次成套設備的制造商和完整解決方案的提供商,公司概況,公司榮譽,2009年3月16日公司通過大公國際資信評估有限公司的企業(yè)信譽評級，獲3A資信等級證書。 1999年被北京市科學技術委員會認定為高新技術企業(yè)； 2003年2月14日被北京市科學技術委員會認定為軟件企業(yè)； 2002年取得ISO9000:2000質(zhì)量體系認證證書; 2007年取得國際認證機構BSI公司關于ISO 9001:2000質(zhì)量標準的認證、ISO 14001:2004環(huán)境管理體系的認證、OHSAS 18001:1999職業(yè)安全管理體系的認證； 2006年被北

14、京市科委認定為“北京科技研究開發(fā)機構”； 2008年依照國家科技部、財政部及國家稅務總局最新頒布的“高新技術企業(yè)認定管理辦法”重新被認定為“高新技術企業(yè)”； 2008年進入“北京市企業(yè)100強”名單； 2008年被認定為北京市制造業(yè)“科技信息化示范企業(yè)”。 2008年“CSPA-2000分布式電氣控制系統(tǒng)（V2）”產(chǎn)品列入為國家重點新產(chǎn)品計劃,公司榮譽,公司近幾年累計申請專利共22項，其中20項為發(fā)明專利，包括在PCT授理的2項國際專利,扭振產(chǎn)品介紹,CSC-815A 火電機組軸系扭振安全監(jiān)測裝置（TMU）CSC-815C 電網(wǎng)SSO監(jiān)測裝置（SMU）CSC-851 核電機組軸系扭振安全監(jiān)測裝

15、置（TMU） CSC-811P 汽輪發(fā)電機組附加勵磁阻尼控制裝置(SEDC)CSC-812P 汽輪發(fā)電機組軸系扭振保護裝置(TSR)CSC-813 汽輪發(fā)電機組軸系扭振測試儀CSC-817 汽輪發(fā)電機組軸系扭振激發(fā)裝置CSPA-2000/SSO SSO廣域測量及監(jiān)控系統(tǒng),產(chǎn)品種類,扭振產(chǎn)品介紹,產(chǎn)品功能,扭振產(chǎn)品介紹,實時監(jiān)測和錄波,模態(tài)測量及跟蹤,在線阻尼測量,扭振安全監(jiān)測,扭振監(jiān)測裝置,電網(wǎng)SSO監(jiān)測,電網(wǎng)SSO阻尼測量,軸系機頭、機尾選擇性安全冗余轉(zhuǎn)速傳感器,發(fā)電機PT、CT,扭振產(chǎn)品介紹,軸系扭振的測量量選取,保護裝置信號處理流程,裝置需要的參數(shù),模態(tài)（計算、在線實測） 振型曲線（計算

16、、在線實測校核） S-N曲線（計算、試驗） 機組多質(zhì)量塊模型參數(shù)（計算,扭振產(chǎn)品介紹,振型曲線,裝置需要的參數(shù),扭振產(chǎn)品介紹,扭振產(chǎn)品介紹,裝置需要的參數(shù),保護裝置的輸入量包括： 1、兩路110V直流電源、1路220V交流電源; 2、一路IRIG-B對時信號； 3、兩路轉(zhuǎn)速測量信號； 4、一路機端電流信號；1路機端電壓信號,保護裝置的輸出量包括： 1、告警信號：裝置故障信號、扭振保護啟動、扭振發(fā)散 保護動作、疲勞保護動作。 2、8路跳閘接點,扭振產(chǎn)品介紹,扭振產(chǎn)品介紹,權威機構鑒定,中國電機工程學會于2008年2月23日在北京組織召開了技術鑒定會。 鑒定結論：整體技術處于國際先進水平,扭振產(chǎn)品

17、介紹,權威機構鑒定,北京市經(jīng)濟和信息化委員會于2009年4月22日在北京組織召開了扭振保護裝置新產(chǎn)品鑒定會。 鑒定結論:總體達到國際先進水平，部分達到國際領先水平,扭振產(chǎn)品介紹,國家電力監(jiān)管委員會高度重視,受國家電力監(jiān)管委員會安全局的委托，2009年4月29日中國電機工程學會在北京召開了“輸電系統(tǒng)中串聯(lián)補償設備與發(fā)電機組的關聯(lián)影響與應對”研討會，會上四方公司進行了扭振相關技術專題介紹。 “加強大機組軸系扭振的監(jiān)測、控制和保護”得到了與會專家的廣泛認同,扭振產(chǎn)品介紹,相關單位監(jiān)測報告及動模試驗,目錄,汽輪機扭振基本概念 國外電廠汽輪機軸系扭振案例 國內(nèi)電廠汽輪機軸系扭振案例 汽輪機扭振措施和對策

18、 四方公司扭振產(chǎn)品介紹 工程應用介紹,工程應用介紹,業(yè)績,目前四方公司扭振系列產(chǎn)品在國內(nèi)7個大型火電廠中正式投入運行，扭振監(jiān)測和TSR裝置在23臺發(fā)電機組上共投運45套，SEDC裝置投運8套，具體情況參見下表,扭振監(jiān)測和TSR裝置應用統(tǒng)計表,SEDC裝置應用統(tǒng)計表,工程應用介紹,機頭dW的頻譜分析,機尾dW的頻譜分析,機端Ia中的28Hz分量,機端Ib中的28Hz分量,工程應用介紹,盤南電廠運行情況,盤南電廠TSR裝置在網(wǎng)上故障、直流功率下降時的錄波文件如圖,模態(tài)1采樣值， 模態(tài)2采樣值， 模態(tài)3采樣值,模態(tài)2阻尼不好，可能出現(xiàn)類似伊敏的SSO,工程應用介紹,盤南電廠運行情況,盤南電廠TSR裝置在天金線跳閘時的錄波文件如圖,模態(tài)1采樣值， 模態(tài)2采樣值， 模態(tài)3采樣值,工程應用介紹,上都電廠運行情況,上都電廠3機2線，半載，上承二線投串補，退出SEDC,拉開一線5s，再合上一線實驗時TSR的錄波文件如圖,模態(tài)1采樣值， 模態(tài)2采樣值， 模態(tài)3采樣值,工程應用