四方公司機(jī)組扭振監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)新技術(shù)---1105 17

1、汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振及扭振監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)新技術(shù)與應(yīng)用介紹,北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司,目錄,汽輪機(jī)扭振基本概念 國(guó)外電廠汽輪機(jī)軸系扭振案例 國(guó)內(nèi)電廠汽輪機(jī)軸系扭振案例 汽輪機(jī)扭振措施和對(duì)策 四方公司扭振產(chǎn)品介紹 工程應(yīng)用介紹,扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中普遍存在的一種形式的機(jī)械振動(dòng)，它本質(zhì)上是由于轉(zhuǎn)子并非絕對(duì)剛體，而存在彈性，因而在以平均轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，各彈性部件間會(huì)因各種原因而產(chǎn)生不同大小、不同相位的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速起伏，形成沿旋轉(zhuǎn)方向的來(lái)回扭動(dòng)。 顯然，這種振動(dòng)形式將引起材料內(nèi)部的切向交變扭應(yīng)力。若扭轉(zhuǎn)幅度過(guò)大，剪切應(yīng)力超過(guò)彈性限度，材料就會(huì)產(chǎn)生疲勞損傷；當(dāng)疲勞累積到壽命終了時(shí)，材料就會(huì)開始出現(xiàn)裂

2、紋，裂紋逐漸發(fā)展，終將導(dǎo)致材料斷裂的惡性事故。這對(duì)一些重要的設(shè)備，如大型汽輪發(fā)電機(jī)組、大型船舶、機(jī)車、大型軋鋼設(shè)備等所產(chǎn)生的后果和損失是不堪設(shè)想、無(wú)法估計(jì)的,扭振的現(xiàn)象,扭振基本概念,概念： 大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振（簡(jiǎn)稱大機(jī)組軸系扭振）是指因機(jī)電擾動(dòng)或非正常運(yùn)行方式產(chǎn)生的軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可使軸系的某些截面或聯(lián)軸節(jié)處產(chǎn)生過(guò)大的交變扭應(yīng)力，導(dǎo)致軸系的沖擊性或疲勞累積性損壞，直接威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。 特征： 大電網(wǎng)和大機(jī)組相互配合、作用與協(xié)調(diào)中出現(xiàn)的突出問(wèn)題，涉及電力系統(tǒng)、電機(jī)、汽輪機(jī)、自動(dòng)控制、力學(xué)、材料等多個(gè)專業(yè)學(xué)科，研究難度較大,機(jī)組軸系扭振的基本概念,扭振基本概念,扭振的特點(diǎn) 普遍性和

3、復(fù)雜性 潛伏性和誤導(dǎo)性 突發(fā)性和嚴(yán)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(jī)電系統(tǒng)擾動(dòng)對(duì)機(jī)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(bǔ)償 直流輸電系統(tǒng) 勵(lì)磁系統(tǒng) 可控硅控制的給水泵電動(dòng)機(jī)反饋?zhàn)饔?電液調(diào)節(jié)系統(tǒng),這類事故的破壞過(guò)程一般是汽輪機(jī)葉片先斷裂飛脫，由此使軸系產(chǎn)生很大的不平衡力，導(dǎo)致事故擴(kuò)大甚至造成毀機(jī),快控汽閥或甩負(fù)荷 誤并列 高速重合閘 非線性沖擊性負(fù)荷（冶金,模態(tài)1 15.3Hz,模態(tài)2 26.12Hz,模態(tài)3 30.54Hz,振動(dòng)與扭振及其三要素,扭振基本概念,振動(dòng)的三要素：

4、 頻率 振型 阻尼,機(jī)組軸系模態(tài)頻率 用于模態(tài)計(jì)算 機(jī)組多質(zhì)塊模型參數(shù) 用于計(jì)算扭矩 機(jī)組扭振振型曲線 用于計(jì)算扭矩 機(jī)組軸系截面處的扭轉(zhuǎn)S-N曲線 用于計(jì)算疲勞,扭振基本概念,嚴(yán)重?cái)_動(dòng)對(duì)軸系影響的允許標(biāo)準(zhǔn)是軸系設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。這種標(biāo)準(zhǔn)可由對(duì)輪變形程度和軸壽命疲勞損耗等因素來(lái)確定，軸系在整個(gè)壽命期間由于嚴(yán)重?cái)_動(dòng)產(chǎn)生的總壽命損害應(yīng)在允許的范圍內(nèi),扭振基本概念,誘發(fā)機(jī)組軸系扭振的允許標(biāo)準(zhǔn),目錄,汽輪機(jī)扭振基本概念 國(guó)外電廠汽輪機(jī)軸系扭振案例 國(guó)內(nèi)電廠汽輪機(jī)軸系扭振案例 汽輪機(jī)扭振措施和對(duì)策 四方公司扭振產(chǎn)品介紹 工程應(yīng)用介紹,國(guó)外扭振案例,前蘇聯(lián)1臺(tái)500MW的火電機(jī)組，因發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)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(jī)與勵(lì)磁機(jī)之間的軸段損壞。后來(lái)在1臺(tái)800MW的機(jī)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(yàn)1臺(tái)機(jī)組的快速勵(lì)磁的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器時(shí)，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(lì)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(guó)Wilbel Shave火電站的1臺(tái)770MW機(jī)組曾由于可控硅控制的16.8MVA給水泵電動(dòng)反饋?zhàn)饔?，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(tái)665MW核電汽輪機(jī)組在試運(yùn)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(qiáng)烈振動(dòng)，并因此激發(fā)了軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng),國(guó)外扭振案例,1969年美國(guó)Cleco Coulin電站1臺(tái)美國(guó)westinghouse公司制造的300MW火電機(jī)組汽輪機(jī)末級(jí)584mm長(zhǎng)的扭葉片突然發(fā)生大量原因不明的葉根斷裂事故，修復(fù)不到一年又再次出現(xiàn)相同事故。原因是，原設(shè)計(jì)動(dòng)葉片的動(dòng)頻為148Hz，但并網(wǎng)時(shí)實(shí)測(cè)頻率為120Hz，發(fā)生兩倍工頻諧振(電網(wǎng)頻率為60Hz) 。此時(shí)，動(dòng)葉片的最大應(yīng)力位于葉根處。 英國(guó)中央發(fā)電局中部地區(qū)電廠1臺(tái)500MW發(fā)電機(jī)，1969年在試運(yùn)行期間發(fā)生一次大負(fù)序電流沖擊的事故，在1975年大修中發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上有大面積的疲勞裂紋,日

7、本1臺(tái)16.5MW的機(jī)組因電氣故障頻繁而使主軸斷裂；某自備電廠1臺(tái)發(fā)電機(jī)因超同步諧振造成發(fā)電機(jī)槽楔、護(hù)環(huán)損壞，另1臺(tái)發(fā)電機(jī)斷軸，并發(fā)生兩起發(fā)電機(jī)端聯(lián)軸器的孔和鍵開裂。 美國(guó)1臺(tái)火電機(jī)組的汽輪機(jī)因升壓變壓器高壓側(cè)兩相接地，使低壓轉(zhuǎn)子開裂。 丹麥1臺(tái)270MW機(jī)組因線路兩相接地，振動(dòng)一直無(wú)法消除,國(guó)外扭振案例,德國(guó)Niederaussen電站600MW的7號(hào)汽輪機(jī)于1973年10月在進(jìn)行135非同步試驗(yàn)時(shí)，發(fā)生發(fā)電機(jī)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(guó)2臺(tái)21MW的燃?xì)廨啓C(jī)分別在1971年和1973年因誤并列造成主軸斷裂，1臺(tái)汽輪機(jī)因誤并列使聯(lián)軸器螺栓損壞，另1臺(tái)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子因

8、振動(dòng)發(fā)生彎曲變形。 德國(guó)因誤并列和電網(wǎng)近處故障發(fā)生多臺(tái)機(jī)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(yīng)力急增的現(xiàn)象 英國(guó)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(bào)道,目錄,汽輪機(jī)扭振基本概念 國(guó)外電廠汽輪機(jī)軸系扭振案例 國(guó)內(nèi)電廠汽輪機(jī)軸系扭振案例 汽輪機(jī)扭振措施和對(duì)策 四方公司扭振產(chǎn)品介紹 工程應(yīng)用介紹,1984年山西神頭電廠一臺(tái)蘇制200MW機(jī)組，快關(guān)試驗(yàn)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(fù)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(yáng)電廠一臺(tái)國(guó)產(chǎn)200MW機(jī)組大修時(shí)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(tái)50MW機(jī)組在1984年因一次接地短路而造成軸系和葉片嚴(yán)重?fù)p壞。 臺(tái)灣核電三廠一臺(tái)900MW機(jī)組因系統(tǒng)和軸系形成機(jī)電諧振而導(dǎo)致葉片脫落，引起火災(zāi)，損失嚴(yán)重。 國(guó)內(nèi)某電廠1臺(tái)國(guó)產(chǎn)300MW機(jī)組在1985年3月因開關(guān)故障造成該機(jī)單相帶負(fù)荷運(yùn)行9分鐘，事后檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上有4處裂紋。 1985年9月國(guó)內(nèi)某電廠1臺(tái)發(fā)電機(jī)也由于廠變高壓側(cè)兩相運(yùn)行2分鐘，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔燒熔；另1臺(tái)國(guó)產(chǎn)200MW機(jī)組也因開關(guān)故障造成單相帶負(fù)荷運(yùn)行9分鐘之久，從而使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受損，機(jī)組振動(dòng)一直無(wú)法消除,國(guó)內(nèi)扭振案例,綏中電廠：由于電網(wǎng)故障導(dǎo)致的軸系疲勞 2009年

10、6月15日：16點(diǎn)45分20秒，高沙二線單相接地重合閘動(dòng)作,國(guó)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(jì)算疲勞累計(jì)值為2瓦軸頸處疲勞累計(jì)值為0.0012%，4瓦軸頸處疲勞累計(jì)值為0.0055%，6瓦軸頸處疲勞累計(jì)值為0.06%，8瓦軸頸處累計(jì)疲勞值為0.045,國(guó)內(nèi)扭振案例,盤南電廠：電網(wǎng)故障導(dǎo)致扭振，產(chǎn)生疲勞,盤南電廠TSR裝置在天金線跳閘時(shí)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(jì)算疲勞累計(jì)值為2瓦軸頸處疲勞累計(jì)值為0%，5瓦軸頸處疲勞累計(jì)值為0.0053%，6瓦軸頸處疲勞累計(jì)值為0.0002%，8瓦軸頸處累計(jì)疲勞值為0.00

11、01,目錄,汽輪機(jī)扭振基本概念 國(guó)外電廠汽輪機(jī)軸系扭振案例 國(guó)內(nèi)電廠汽輪機(jī)軸系扭振案例 汽輪機(jī)扭振措施和對(duì)策 四方公司扭振產(chǎn)品介紹 工程應(yīng)用介紹,預(yù)防和抑制機(jī)組扭振的措施和對(duì)策 防止和抑制軸系因機(jī)電擾動(dòng)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(jī)電共振（SSO,扭振措施和對(duì)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?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)，為了減小和消除超同步共振對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行的危害，主要通過(guò)減小激振扭矩和軸系調(diào)頻兩種途徑采取相應(yīng)的措施。 裝設(shè)扭振安全監(jiān)測(cè)裝置 保持三相平衡 軸系調(diào)頻,扭振措施和對(duì)策,防止和抑制次同步機(jī)電共振（SSO）的措施 次同步機(jī)電共振產(chǎn)生的

12、主要原因在于感應(yīng)發(fā)電機(jī)效應(yīng)、機(jī)電扭矩之間相互作用以及作為上述兩種作用疊加結(jié)果的暫態(tài)扭矩放大。 裝設(shè)扭振安全監(jiān)測(cè)裝置 加設(shè)阻尼裝置 采用控制與調(diào)節(jié)手段 合理使用開關(guān)切合操作及加裝保護(hù)和監(jiān)測(cè)裝置 改進(jìn)汽輪發(fā)電機(jī)組與電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu),扭振措施和對(duì)策,目錄,汽輪機(jī)扭振基本概念 國(guó)外電廠汽輪機(jī)軸系扭振案例 國(guó)內(nèi)電廠汽輪機(jī)軸系扭振案例 汽輪機(jī)扭振措施和對(duì)策 四方公司扭振產(chǎn)品介紹 工程應(yīng)用介紹,四方大廈,四方公司主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化及繼電保護(hù)裝置、發(fā)電廠自動(dòng)化、電力仿真、大中型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)等領(lǐng)域的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，是為電力及相關(guān)行業(yè)（如石化、鐵路、冶金等）服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè),楊奇遜院士 我國(guó)微機(jī)繼電保護(hù)

13、的創(chuàng)始人，中國(guó)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(shè)備的制造商和完整解決方案的提供商,公司概況,公司榮譽(yù),2009年3月16日公司通過(guò)大公國(guó)際資信評(píng)估有限公司的企業(yè)信譽(yù)評(píng)級(jí)，獲3A資信等級(jí)證書。 1999年被北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)認(rèn)定為高新技術(shù)企業(yè)； 2003年2月14日被北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)認(rèn)定為軟件企業(yè)； 2002年取得ISO9000:2000質(zhì)量體系認(rèn)證證書; 2007年取得國(guó)際認(rèn)證機(jī)構(gòu)BSI公司關(guān)于ISO 9001:2000質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證、ISO 14001:2004環(huán)境管理體系的認(rèn)證、OHSAS 18001:1999職業(yè)安全管理體系的認(rèn)證； 2006年被北

14、京市科委認(rèn)定為“北京科技研究開發(fā)機(jī)構(gòu)”； 2008年依照國(guó)家科技部、財(cái)政部及國(guó)家稅務(wù)總局最新頒布的“高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)定管理辦法”重新被認(rèn)定為“高新技術(shù)企業(yè)”； 2008年進(jìn)入“北京市企業(yè)100強(qiáng)”名單； 2008年被認(rèn)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(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品計(jì)劃,公司榮譽(yù),公司近幾年累計(jì)申請(qǐng)專利共22項(xiàng)，其中20項(xiàng)為發(fā)明專利，包括在PCT授理的2項(xiàng)國(guó)際專利,扭振產(chǎn)品介紹,CSC-815A 火電機(jī)組軸系扭振安全監(jiān)測(cè)裝置（TMU）CSC-815C 電網(wǎng)SSO監(jiān)測(cè)裝置（SMU）CSC-851 核電機(jī)組軸系扭振安全監(jiān)測(cè)裝

15、置（TMU） CSC-811P 汽輪發(fā)電機(jī)組附加勵(lì)磁阻尼控制裝置(SEDC)CSC-812P 汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振保護(hù)裝置(TSR)CSC-813 汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振測(cè)試儀CSC-817 汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振激發(fā)裝置CSPA-2000/SSO SSO廣域測(cè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和錄波,模態(tài)測(cè)量及跟蹤,在線阻尼測(cè)量,扭振安全監(jiān)測(cè),扭振監(jiān)測(cè)裝置,電網(wǎng)SSO監(jiān)測(cè),電網(wǎng)SSO阻尼測(cè)量,軸系機(jī)頭、機(jī)尾選擇性安全冗余轉(zhuǎn)速傳感器,發(fā)電機(jī)PT、CT,扭振產(chǎn)品介紹,軸系扭振的測(cè)量量選取,保護(hù)裝置信號(hào)處理流程,裝置需要的參數(shù),模態(tài)（計(jì)算、在線實(shí)測(cè)） 振型曲線（計(jì)算

16、、在線實(shí)測(cè)校核） S-N曲線（計(jì)算、試驗(yàn)） 機(jī)組多質(zhì)量塊模型參數(shù)（計(jì)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(hù)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(duì)時(shí)信號(hào)； 3、兩路轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)； 4、一路機(jī)端電流信號(hào)；1路機(jī)端電壓信號(hào),保護(hù)裝置的輸出量包括： 1、告警信號(hào)：裝置故障信號(hào)、扭振保護(hù)啟動(dòng)、扭振發(fā)散 保護(hù)動(dòng)作、疲勞保護(hù)動(dòng)作。 2、8路跳閘接點(diǎn),扭振產(chǎn)品介紹,扭振產(chǎn)品介紹,權(quán)威機(jī)構(gòu)鑒定,中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)于2008年2月23日在北京組織召開了技術(shù)鑒定會(huì)。 鑒定結(jié)論：整體技術(shù)處于國(guó)際先進(jìn)水平,扭振產(chǎn)品

17、介紹,權(quán)威機(jī)構(gòu)鑒定,北京市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)于2009年4月22日在北京組織召開了扭振保護(hù)裝置新產(chǎn)品鑒定會(huì)。 鑒定結(jié)論:總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,扭振產(chǎn)品介紹,國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)高度重視,受國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)安全局的委托，2009年4月29日中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)在北京召開了“輸電系統(tǒng)中串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備與發(fā)電機(jī)組的關(guān)聯(lián)影響與應(yīng)對(duì)”研討會(huì)，會(huì)上四方公司進(jìn)行了扭振相關(guān)技術(shù)專題介紹。 “加強(qiáng)大機(jī)組軸系扭振的監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)”得到了與會(huì)專家的廣泛認(rèn)同,扭振產(chǎn)品介紹,相關(guān)單位監(jiān)測(cè)報(bào)告及動(dòng)模試驗(yàn),目錄,汽輪機(jī)扭振基本概念 國(guó)外電廠汽輪機(jī)軸系扭振案例 國(guó)內(nèi)電廠汽輪機(jī)軸系扭振案例 汽輪機(jī)扭振措施和對(duì)策

18、 四方公司扭振產(chǎn)品介紹 工程應(yīng)用介紹,工程應(yīng)用介紹,業(yè)績(jī),目前四方公司扭振系列產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)7個(gè)大型火電廠中正式投入運(yùn)行，扭振監(jiān)測(cè)和TSR裝置在23臺(tái)發(fā)電機(jī)組上共投運(yùn)45套，SEDC裝置投運(yùn)8套，具體情況參見下表,扭振監(jiān)測(cè)和TSR裝置應(yīng)用統(tǒng)計(jì)表,SEDC裝置應(yīng)用統(tǒng)計(jì)表,工程應(yīng)用介紹,機(jī)頭dW的頻譜分析,機(jī)尾dW的頻譜分析,機(jī)端Ia中的28Hz分量,機(jī)端Ib中的28Hz分量,工程應(yīng)用介紹,盤南電廠運(yùn)行情況,盤南電廠TSR裝置在網(wǎng)上故障、直流功率下降時(shí)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(yīng)用介紹,盤南電廠運(yùn)行情況,盤南電廠TSR裝置在天金線跳閘時(shí)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(yīng)用介紹,上都電廠運(yùn)行情況,上都電廠3機(jī)2線，半載，上承二線投串補(bǔ)，退出SEDC,拉開一線5s，再合上一線實(shí)驗(yàn)時(shí)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(yīng)用