四方公司机组扭振监测、控制和保护新技术.ppt

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1、,汽轮发电机组轴系扭振及扭振监测、控制和保护新技术与应用介绍,北京四方继保自动化股份有限公司,目录,汽轮机扭振基本概念国外电厂汽轮机轴系扭振案例国内电厂汽轮机轴系扭振案例汽轮机扭振措施和对策四方公司扭振产品介绍工程应用介绍,扭转振动是旋转机械中普遍存在的一种形式的机械振动，它本质上是由于转子并非绝对刚体，而存在弹性，因而在以平均转速的旋转过程中，各弹性部件间会因各种原因而产生不同大小、不同相位的瞬时转速起伏，形成沿旋转方向的来回扭动。显然，这种振动形式将引起材料内部的切向交变扭应力。若扭转幅度过大，剪切应力超过弹性限度，材料就会产生疲劳损伤；当疲劳累积到寿命终了时，材料就会开始出现裂纹，裂纹逐

2、渐发展，终将导致材料断裂的恶性事故。这对一些重要的设备，如大型汽轮发电机组、大型船舶、机车、大型轧钢设备等所产生的后果和损失是不堪设想、无法估计的。,扭振的现象,扭振基本概念,概念：大型汽轮发电机组轴系扭振（简称大机组轴系扭振）是指因机电扰动或非正常运行方式产生的轴系扭转振动，严重时可使轴系的某些截面或联轴节处产生过大的交变扭应力，导致轴系的冲击性或疲劳累积性损坏，直接威胁机组的安全运行。特征：大电网和大机组相互配合、作用与协调中出现的突出问题，涉及电力系统、电机、汽轮机、自动控制、力学、材料等多个专业学科，研究难度较大。,机组轴系扭振的基本概念,扭振基本概念,扭振的特点 普遍性和复杂性 潜伏

3、性和误导性 突发性和严重性,扭振基本概念,扭振基本概念,轴系扭振的基本形式不同类型的机电系统扰动对机组轴系扭振有着不同的影响，通常将轴系扭振分成三种基本形式：（1）暂态扭矩冲击（2）超同步共振（3）次同步共振,串联电容补偿直流输电系统励磁系统可控硅控制的给水泵电动机反馈作用电液调节系统,这类事故的破坏过程一般是汽轮机叶片先断裂飞脱，由此使轴系产生很大的不平衡力，导致事故扩大甚至造成毁机,快控汽阀或甩负荷误并列高速重合闸非线性冲击性负荷（冶金）,模态1 15.3Hz,模态2 26.12Hz,模态3 30.54Hz,振动与扭振及其三要素,扭振基本概念,振动的三要素：频率振型阻尼,机组轴系模态频率

4、用于模态计算 机组多质块模型参数用于计算扭矩 机组扭振振型曲线用于计算扭矩 机组轴系截面处的扭转S-N曲线用于计算疲劳,扭振基本概念,严重扰动对轴系影响的允许标准是轴系设计的重要依据。这种标准可由对轮变形程度和轴寿命疲劳损耗等因素来确定，轴系在整个寿命期间由于严重扰动产生的总寿命损害应在允许的范围内。,扭振基本概念,诱发机组轴系扭振的允许标准,目录,汽轮机扭振基本概念国外电厂汽轮机轴系扭振案例国内电厂汽轮机轴系扭振案例汽轮机扭振措施和对策四方公司扭振产品介绍工程应用介绍,国外扭振案例,前苏联1台500MW的火电机组，因发电机自动励磁调节器的输出电压中有34Hz的交变分量，幅值比允许值0.125

5、V大10倍，与轴系的第三阶扭振频率33.9Hz合拍，造成在发电机与励磁机之间的轴段损坏。后来在1台800MW的机组上也发生了同样事故。加拿大安大略省电力公司在试验1台机组的快速励磁的电力系统稳定器时，投入几秒后即出现轴系扭振，其振幅不断增加。究其原因，是由于励磁系统电气振荡频率与轴系的扭振固有频率合拍所致。联邦德国Wilbel Shave火电站的1台770MW机组曾由于可控硅控制的16.8MVA给水泵电动反馈作用，造成频率为15.75Hz的次同步谐振。加拿大安大略省电力公司的1台665MW核电汽轮机组在试运期间因快速电液涡轮调速系统存在与轴系低阶扭振频率合拍的频率分量，引起调节阀强烈振动，并因

6、此激发了轴系的扭转振动。,国外扭振案例,1969年美国Cleco Coulin电站1台美国westinghouse公司制造的300MW火电机组汽轮机末级584mm长的扭叶片突然发生大量原因不明的叶根断裂事故，修复不到一年又再次出现相同事故。原因是，原设计动叶片的动频为148Hz，但并网时实测频率为120Hz，发生两倍工频谐振(电网频率为60Hz)。此时，动叶片的最大应力位于叶根处。英国中央发电局中部地区电厂1台500MW发电机，1969年在试运行期间发生一次大负序电流冲击的事故，在1975年大修中发现发电机转子上有大面积的疲劳裂纹。,日本1台16.5MW的机组因电气故障频繁而使主轴断裂；某自备

7、电厂1台发电机因超同步谐振造成发电机槽楔、护环损坏，另1台发电机断轴，并发生两起发电机端联轴器的孔和键开裂。美国1台火电机组的汽轮机因升压变压器高压侧两相接地，使低压转子开裂。丹麦1台270MW机组因线路两相接地，振动一直无法消除。,国外扭振案例,德国Niederaussen电站600MW的7号汽轮机于1973年10月在进行135非同步试验时，发生发电机端部线圈损坏、联轴器局部变形和联轴器螺栓开裂的事故。美国2台21MW的燃气轮机分别在1971年和1973年因误并列造成主轴断裂，1台汽轮机因误并列使联轴器螺栓损坏，另1台汽轮机转子因振动发生弯曲变形。德国因误并列和电网近处故障发生多台机组的联轴

8、器螺栓变形。匈牙利也发现因非同相位并网和非同期切换使主轴扭应力急增的现象英国和日本也有多起因误并列使转子联轴器螺栓损坏的报道。,目录,汽轮机扭振基本概念国外电厂汽轮机轴系扭振案例国内电厂汽轮机轴系扭振案例汽轮机扭振措施和对策四方公司扭振产品介绍工程应用介绍,1984年山西神头电厂一台苏制200MW机组，快关试验后发现高中压转子靠背轮上的七只螺栓断裂；全部更新后于1986年因事故甩负荷又一次造成八只螺栓断裂，其中不少断口带有明显的扭转疲劳痕迹。1984年辽宁朝阳电厂一台国产200MW机组大修时发现高中压转子的联轴节螺栓断三只、裂二只，断口带有扭转疲劳痕迹。江西分宜电厂一台50MW机组在1984年

9、因一次接地短路而造成轴系和叶片严重损坏。台湾核电三厂一台900MW机组因系统和轴系形成机电谐振而导致叶片脱落，引起火灾，损失严重。国内某电厂1台国产300MW机组在1985年3月因开关故障造成该机单相带负荷运行9分钟，事后检查发现发电机转子上有4处裂纹。1985年9月国内某电厂1台发电机也由于厂变高压侧两相运行2分钟，使发电机转子槽楔烧熔；另1台国产200MW机组也因开关故障造成单相带负荷运行9分钟之久，从而使发电机转子受损，机组振动一直无法消除。,国内扭振案例,绥中电厂：由于电网故障导致的轴系疲劳2009年6月15日：16点45分20秒，高沙二线单相接地重合闸动作,国内扭振案例,模态1采样值

10、模态2采样值模态3采样值模态4采样值模态5采样值,经计算疲劳累计值为2瓦轴颈处疲劳累计值为0.0012%，4瓦轴颈处疲劳累计值为0.0055%，6瓦轴颈处疲劳累计值为0.06%，8瓦轴颈处累计疲劳值为0.045%。,国内扭振案例,盘南电厂：电网故障导致扭振，产生疲劳,盘南电厂TSR装置在天金线跳闸时的录波文件如图：,模态1采样值模态2采样值模态3采样值,经计算疲劳累计值为2瓦轴颈处疲劳累计值为0%，5瓦轴颈处疲劳累计值为0.0053%，6瓦轴颈处疲劳累计值为0.0002%，8瓦轴颈处累计疲劳值为0.0001%。,目录,汽轮机扭振基本概念国外电厂汽轮机轴系扭振案例国内电厂汽轮机轴系扭振案例汽轮机

11、扭振措施和对策四方公司扭振产品介绍工程应用介绍,预防和抑制机组扭振的措施和对策防止和抑制轴系因机电扰动下引起的冲击性扭振防止和减少超同步（或同步）共振防止和抑制次同步机电共振（SSO）,扭振措施和对策,防止和减少超同步（或同步）共振的措施 超同步（或同步）共振属强迫振动，为了减小和消除超同步共振对机组安全运行的危害，主要通过减小激振扭矩和轴系调频两种途径采取相应的措施。装设扭振安全监测装置 保持三相平衡 轴系调频,扭振措施和对策,防止和抑制次同步机电共振（SSO）的措施 次同步机电共振产生的主要原因在于感应发电机效应、机电扭矩之间相互作用以及作为上述两种作用叠加结果的暂态扭矩放大。装设扭振安全

12、监测装置 加设阻尼装置 采用控制与调节手段 合理使用开关切合操作及加装保护和监测装置 改进汽轮发电机组与电力系统结构,扭振措施和对策,目录,汽轮机扭振基本概念国外电厂汽轮机轴系扭振案例国内电厂汽轮机轴系扭振案例汽轮机扭振措施和对策四方公司扭振产品介绍工程应用介绍,四方大厦,四方公司主要从事电力系统自动化及继电保护装置、发电厂自动化、电力仿真、大中型发电机励磁控制系统等领域的研发、生产和销售，是为电力及相关行业（如石化、铁路、冶金等）服务的高新技术企业。,杨奇逊院士 我国微机继电保护的创始人，中国工程院首批院士。,公司概况,四方公司将努力使自己成为电力行业二次成套设备的制造商和完整解决方案的提供

13、商。,公司概况,公司荣誉,2009年3月16日公司通过大公国际资信评估有限公司的企业信誉评级，获3A资信等级证书。1999年被北京市科学技术委员会认定为高新技术企业；2003年2月14日被北京市科学技术委员会认定为软件企业；2002年取得ISO9000:2000质量体系认证证书;2007年取得国际认证机构BSI公司关于ISO 9001:2000质量标准的认证、ISO 14001:2004环境管理体系的认证、OHSAS 18001:1999职业安全管理体系的认证；2006年被北京市科委认定为“北京科技研究开发机构”；2008年依照国家科技部、财政部及国家税务总局最新颁布的“高新技术企业认定管理办

14、法”重新被认定为“高新技术企业”；2008年进入“北京市企业100强”名单；2008年被认定为北京市制造业“科技信息化示范企业”。2008年“CSPA-2000分布式电气控制系统（V2）”产品列入为国家重点新产品计划,公司荣誉,公司近几年累计申请专利共22项，其中20项为发明专利，包括在PCT授理的2项国际专利。,扭振产品介绍,CSC-815A 火电机组轴系扭振安全监测装置（TMU）CSC-815C 电网SSO监测装置（SMU）CSC-851 核电机组轴系扭振安全监测装置（TMU）CSC-811P 汽轮发电机组附加励磁阻尼控制装置(SEDC)CSC-812P 汽轮发电机组轴系扭振保护装置(TS

15、R)CSC-813 汽轮发电机组轴系扭振测试仪CSC-817 汽轮发电机组轴系扭振激发装置CSPA-2000/SSO SSO广域测量及监控系统,产品种类：,扭振产品介绍,产品功能,扭振产品介绍,实时监测和录波,模态测量及跟踪,在线阻尼测量,扭振安全监测,扭振监测装置,电网SSO监测,电网SSO阻尼测量,轴系机头、机尾选择性安全冗余转速传感器,发电机PT、CT,扭振产品介绍,轴系扭振的测量量选取,保护装置信号处理流程,装置需要的参数,模态（计算、在线实测）振型曲线（计算、在线实测校核）S-N曲线（计算、试验）机组多质量块模型参数（计算）,扭振产品介绍,振型曲线,装置需要的参数,扭振产品介绍,扭振

16、产品介绍,装置需要的参数,保护装置的输入量包括：1、两路110V直流电源、1路220V交流电源;2、一路IRIG-B对时信号；3、两路转速测量信号；4、一路机端电流信号；1路机端电压信号。,保护装置的输出量包括：1、告警信号：装置故障信号、扭振保护启动、扭振发散 保护动作、疲劳保护动作。2、8路跳闸接点。,扭振产品介绍,扭振产品介绍,权威机构鉴定,中国电机工程学会于2008年2月23日在北京组织召开了技术鉴定会。鉴定结论：整体技术处于国际先进水平。,扭振产品介绍,权威机构鉴定,北京市经济和信息化委员会于2009年4月22日在北京组织召开了扭振保护装置新产品鉴定会。鉴定结论:总体达到国际先进水平

17、，部分达到国际领先水平。,扭振产品介绍,国家电力监管委员会高度重视,受国家电力监管委员会安全局的委托，2009年4月29日中国电机工程学会在北京召开了“输电系统中串联补偿设备与发电机组的关联影响与应对”研讨会，会上四方公司进行了扭振相关技术专题介绍。“加强大机组轴系扭振的监测、控制和保护”得到了与会专家的广泛认同。,扭振产品介绍,相关单位监测报告及动模试验,目录,汽轮机扭振基本概念国外电厂汽轮机轴系扭振案例国内电厂汽轮机轴系扭振案例汽轮机扭振措施和对策四方公司扭振产品介绍工程应用介绍,工程应用介绍,业绩,目前四方公司扭振系列产品在国内7个大型火电厂中正式投入运行，扭振监测和TSR装置在23台发

18、电机组上共投运45套，SEDC装置投运8套，具体情况参见下表。,扭振监测和TSR装置应用统计表,SEDC装置应用统计表,工程应用介绍,机头dW的频谱分析,机尾dW的频谱分析,机端Ia中的28Hz分量,机端Ib中的28Hz分量,工程应用介绍,盘南电厂运行情况,盘南电厂TSR装置在网上故障、直流功率下降时的录波文件如图：,模态1采样值，模态2采样值，模态3采样值，,模态2阻尼不好，可能出现类似伊敏的SSO,工程应用介绍,盘南电厂运行情况,盘南电厂TSR装置在天金线跳闸时的录波文件如图：,模态1采样值，模态2采样值，模态3采样值，,工程应用介绍,上都电厂运行情况,上都电厂3机2线，半载，上承二线投串

19、补，退出SEDC,拉开一线5s，再合上一线实验时TSR的录波文件如图：,模态1采样值，模态2采样值，模态3采样值，,工程应用介绍,上都电厂运行情况(SEDC),3机2线N-1方式（上承一线拉合5s）,工程应用介绍,上都电厂运行情况(SEDC),工程应用介绍,上都电厂运行情况(SEDC),4机2线串补投退过程中,工程应用介绍,锦界电厂运行情况,甩负荷70MW实验,模态1采样值，模态2采样值，模态3采样值，,工程应用介绍,锦界电厂运行情况,模态1采样值，模态2采样值，模态3采样值，,正常并网时,工程应用介绍,锦界电厂运行情况,串补站带负荷实验时出现SSO,模态1采样值，模态2采样值，模态3采样值，

20、,锦界的SSO是个重要发现，预示锦界送出系统存在SSO。若无扭振监测装置，一旦出现问题，将无证可查。,工程应用介绍,锦界电厂运行情况,模态1采样值，模态2采样值，模态3采样值，,忻石线B相单项接地实验,工程应用介绍,府谷电厂运行情况,模态1采样值，模态2采样值，模态3采样值，,锦忻一回线路单相瞬时接地短路实验,工程应用介绍,模态1采样值，模态2采样值，模态3采样值，,府谷电厂运行情况,忻石一回线路单相瞬时接地短路实验,工程应用介绍,模态1采样值，模态2采样值，模态3采样值，模态4采样值，模态5采样值，,绥中电厂运行情况,高沙一线零序保护动作，B相重合闸，重合成功,工程应用介绍,模态1采样值，模态2采样值，模态3采样值，模态4采样值，模态5采样值，,绥中电厂运行情况,华北电网500kV线路重合闸，重合成功,谢谢！,2011年5月17日,