电网冲击下汽轮发电机组轴系弯扭振动模拟试验研究

论文摘要

随着电力系统的发展,汽轮发电机组振动问题越来越突出。电力系统故障和一些运行方式都会使电网产生较大冲击,引起电网振荡,导致机组轴系产生扭振,甚至造成轴系破坏事故。在轴系振动特性方面,弯振和扭振之间也相互影响、相互作用。由于现场试验具有一定的局限性和危险性,人们开展了汽轮发电机组模拟系统的研究,并积极寻找合理有效的试验手段。为此,论文针对该领域中几个关键性问题进行了研究,主要工作如下:采用有限元分析方法对次同步谐振模拟机轴系进行了固有特性的分析计算,有限元的计算结果与电网冲击下轴系扭振的试验结果基本一致。电网冲击下次同步谐振模拟机轴系的扭振响应试验发现三相短路故障冲击对轴系的扭振响应最大,能激励出轴系扭振的前三阶固有频率。以Jeffcott单质量不平衡转子和齿式联轴器不对中转子为研究对象,分析了转子弯扭耦合振动的频率特性,理论分析与模拟机轴系弯扭振动试验分析结果一致。结果表明轴系弯扭振动是相互影响的、相互作用的。电网冲击下的次同步谐振模拟机轴系弯扭振动试验获得了目前尚缺乏的重要的机组轴系弯扭振动试验数据。试验数据分析发现弯振对扭振的影响表现在扭振幅值谱中包含工频、倍频和N /3X频率成分,扭振对弯振的影响表现在弯振幅值谱中工频和二倍频幅值的变化。次同步谐振下轴系弯扭振动试验信号分析发现扭振具有抑制轴系复杂频率成分振动的能力。当系统发生机电耦合的次同步谐振时,故障前出现在扭振谱图上的工频、倍频和N /3X频率成分都消失了,只有与次同步谐振频率互补的扭振固有频率存在。在次同步谐振发生的时间内,弯振谱图上二倍频成分消失,工频成分的幅值变小。由轴系弯扭振动的试验分析结果提出了把扭振信息作为故障征兆的新思路,扭振包含丰富的频率信息,在进行汽轮发电机组轴系故障诊断时,扭振和弯振都应考虑并作为故障特征指标。首次将HHT应用于电网冲击下机电耦合次同步谐振的扭振和弯振信号分析,直观准确地表现了弯扭信号的本质特征。Hilbert谱图中清楚显示了次同步谐振发生时轴系扭振和弯振频率、幅值随时间变化的情况,揭示了轴系弯扭振动相互影响、相互作用的规律。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 汽轮发电机组振动的研究现状
• 1.2.1 汽轮发电机组轴系扭振研究
• 1.2.2 汽轮发电机组弯振研究
• 1.2.3 汽轮发电机组轴系弯扭振动研究
• 1.3 次同步谐振与模拟实验研究
• 1.3.1 次同步谐振的研究
• 1.3.2 汽轮发电机组扭振模拟实验研究
• 1.4 扭振测试与数字信号分析方法
• 1.4.1 扭振测试
• 1.4.2 数字信号分析
• 1.5 本文主要工作内容
• 第二章 次同步谐振模拟机轴系扭振特性分析
• 2.1 电力系统的动态模拟简介
• 2.2 东方300MW 汽轮发电机组扭振模拟机
• 2.3 次同步谐振模拟机轴系的扭振特性
• 2.3.1 次同步谐振模拟机
• 2.3.2 次同步谐振模拟机轴系扭振的固有特性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 转子弯扭耦合振动特性分析
• 3.1 不平衡转子弯扭耦合振动特性分析
• 3.2 不对中转子弯扭耦合振动特性分析
• 3.2.1 齿式联轴器不对中机理
• 3.2.2 不对中转子弯扭耦合振动模型
• 3.2.3 不对中弯扭耦合振动特性定性分析
• 3.3 弯扭耦合振动试验分析
• 3.3.1 弯振对扭振的影响
• 3.3.2 扭振对弯振的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 电网冲击下模拟机轴系弯扭振动试验研究
• 4.1 动态模拟系统故障实验及波形记录
• 4.2 轴系振动测试和信号分析
• 4.2.1 扭振和弯振的测试
• 4.2.2 数字信号处理
• 4.3 电网冲击下模拟机轴系扭振响应
• 4.3.1 次同步谐振模拟机轴系扭振固有频率的测试
• 4.3.2 短路故障和典型工况下模拟机轴系扭振响应
• 4.4 本章小结
• 第五章 电网冲击下模拟机轴系弯扭振动特性分析
• 5.1 A 相接地故障的振动试验研究
• 5.2 AB 相短路故障的振动试验研究
• 5.3 三相短路故障的振动试验研究
• 5.4 甩负荷冲击的振动试验研究
• 5.5 重合闸的振动试验研究
• 5.6 本章小结
• 第六章 模拟机次同步谐振试验研究
• 6.1 次同步谐振的机理
• 6.1.1 串联补偿下的电气谐振
• 6.1.2 感应发电机效应
• 6.1.3 机电扭振互作用
• 6.1.4 暂态力矩放大作用
• 6.2 次同步谐振试验设计
• 6.3 三相短路故障下次同步谐振的试验研究
• 6.4 Hilbert—Huang 变换原理
• 6.4.1 瞬时频率
• 6.4.2 本征模函数
• 6.4.3 EMD 方法的基本原理
• 6.4.4 Hilbert 谱和Hilbert 边际谱图
• 6.5 Hilbert—Huang 变换在次同步谐振信号分析中的应用
• 6.5.1 AB 相短路时次同步谐振信号的HHT 分析
• 6.5.2 三相短路时次同步谐振的HHT 分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间参加的科研工作及学术论文发表