风机改造中常见问题的解决措施

分析了目前我国电站风机节能改造中出现的改后风机失速抢风、共振和轴系扭振等问题的原因,提出了改造前应从设计和运行操作方面采取措施防止2台并联风机出现抢风现象;计算各构件(如叶轮、叶片、离心风机前、后、中盘)的自振频率,避开引起共振的频率,如在某转速下已出现共振,则应避免在该转速下运行,或采用调节门与转速联合调节的方法防止风机共振;为了防止变频调速风机由于扭矩脉动引起风机轴系扭振,在变频调速改造前,应计算轴系扭振固有频率,若引起轴系扭振的频率落入风机调速范围,则可通过调整扭矩脉动频率或扭振固有频率。     

矢量变频调速驱动下风机轴系脉动扭矩分析

针对某型变频运行风机上发生的轴系故障现象,在MATLAB/Simulink环境下建立了矢量变频调速方式下机电耦合模型,分析了升速过程中转速和传递扭矩脉动现象。研究表明,风机升速到一定转速时,电磁转矩中出现了与轴系扭振固有频率相近的谐波,使得反馈到电气系统的速度信号中包含部分谐振分量,该分量被控制器放大后使电磁转矩中的谐振分量增大,从而加剧了机械系统谐振,导致轴系传递扭矩出现大幅脉动。在速度反馈回路中加入以轴系扭振固有频率为中心的陷波器可以取得较好的扭振抑制效果。     

变频驱动引风机轴系扭振机电耦合建模与分析

为了分析和解决引风机变频改造后遇到的扭转共振问题,利用Simulink/Simscape软件建立了变频驱动引风机轴系扭振的机电耦合模型。该模型可考虑三相变频器输入电压的谐波与相电压的不平衡、开关器件的死区效应与导通压降等影响传动轴所承受动态力矩的关键因素。通过算例揭示了在升速过程中,当风机转速超过某一临界转速后,扭转共振一直存在,这一现象与相关文献中的试验结果一致。     

基于阻尼器的双馈风力发电系统扭振抑制策略

由风速扰动或网侧的电气扰动所引发的风机传动轴扭振现象会导致轴系机械零件疲劳过载,甚至损坏。提出一种对网侧电气小扰动引发机网扭振的抑制策略。该策略通过在转子侧逆变器功率控制环节引入阻尼器,当轴系发生扭振时,利用发电机转速波动信号产生阻尼功率,再附加到逆变器有功功率参考值上,使系统额外输出有功功率来增大系统阻尼,从而抑制轴系扭振。建立系统小信号稳定模型,分析扭振抑制原理,观察引入阻尼器后,系统主导扭振模态的特征根变化;并利用Bode图分析阻尼器对轴系扭振模态的抑制效果。最后,在Matlab/Simulink上进行仿真验证。结果表明,所提出的阻尼策略可以显著增大双馈风力发电系统的阻尼,增强对风力发电系统扭振尤其是低频振荡模态的抑制。     

给水泵变频改造扭振安全性分析

针对给水泵变频改造可能出现的振动过大、轴系断裂等安全性问题,建立了给水泵转子-齿轮-前置泵转子轴系的多段集中质量模型,并利用ANSYS建立轴系有限元模型,分别利用传递矩阵法和有限元法计算轴系的扭振固有频率和振型;根据计算结果确定轴系的危险截面;利用MATLAB/Simulink建立详细的变频调速系统模型,并对高压变频器输出谐波进行仿真,作为水泵轴系扭振故障的扰动源;最后利用建立的有限元模型,计算由于变频器输出谐波造成的轴系危险截面扭矩响应,并结合本文拟合的危险截面S-N曲线得到轴系疲劳寿命损耗值。结果表明:采用齿轮联接方案时轴系的危险截面分别位于给水泵联轴器前端和前置泵轴叶轮前端位置,由于变频器谐波造成的轴系扭应力较小,分别为5 MPa和1 MPa,远低于危险截面部位的疲劳极限50 MPa,不会使转子出现寿命损耗。     

1 000 MW机组引风机变频改造扭振的分析

为找出引风机联轴器膜片断裂和中间轴裂纹的根本原因,通过对风机不同工况下扭振、扭矩、瓦振等过程参数的测量和频谱分析,确定风机变频运行产生扭振是轴系损坏的根本原因。通过对风机轴系建模仿真,找出了诱发扭振产生的原因和解决途径,为电厂提出了改进建议。     

电网故障下风电机组轴系扭振抑制方法

通过全面分析不同故障类型和不同运行状态的双馈风力发电机电磁转矩特性以及由此激发的轴系扭振,得出了轴系关键参数对扭振的影响。分析结果表明,从降低模态耦合度的角度考虑的轴系参数配置方案对于抑制电网故障下的扭振无法取得显著成效,应当从削弱故障及恢复时刻转矩过冲和增加阻尼入手。随后提出了一种基于扭转角速度并通过附加电磁转矩实现的传动轴阻尼虚拟配置方法,针对扭转角速度可能难以获取的问题,在此基础上提出了与之等效的基于发电机转速的传动轴阻尼虚拟配置方法,通过大量PSCAD仿真验证了虚拟配置参数的一些特性以及2种参数虚拟配置方法的有效性。     

系统扰动对600MW机组轴系扭振影响及防范措施

结合600 MW发电机组运行实际情况,阐述了系统扰动与600 MW汽轮发电机组轴系扭振问题。全面叙述系统扰动对轴系扭振的响应、轴系扭振的特点、电气扰动对轴系扭振的影响分析、轴系疲劳寿命损耗监测等,并进一步提出轴系扭振的抑制和防范措施,供600 MW汽轮发电机组工作人员借鉴参考。     

上都电厂轴系次同步扭振保护系统

针对次同步谐振（SSR）危及机组轴系安全问题,研发了轴系次同步扭振保护系统。该保护系统包括底层的扭应力继电器（TSR）和上层的保护协调机（Tmaster）。TSR实时采集轴系模态转速信号,进而判别扭振模态稳定性和疲劳寿命是否越限,并将判断结果传递给Tmaster,由后者执行选择性跳机逻辑,从而起到保护机组轴系的作用。将所述次同步扭振保护系统应用于上都电厂串补输电系统,分析了其运行机制和定值设置。保护系统自2008年9月投运以来,经历了现场试验和实际故障的考验,起到了正确检测次同步扭振和保护机组轴系安全的作用。     

上都电厂轴系次同步扭振保护系统

针对次同步谐振(SSR)危及机组轴系安全问题,研发了轴系次同步扭振保护系统.该保护系统包括底层的扭应力继电器(TSR)和上层的保护协调机(Tmaster).TSR实时采集轴系模态转速信号,进而判别扭振模态稳定性和疲劳寿命是否越限,并将判断结果传递给Tmaster,由后者执行选择性跳机逻辑,从而起到保护机组轴系的作用.将所述次同步扭振保护系统应用于上都电厂串补输电系统,分析了其运行机制和定值设置.保护系统自2008年9月投运以来,经历了现场试验和实际故障的考验,起到了正确检测次同步扭振和保护机组轴系安全的作用.     

甩负荷过程水泵水轮机流激振动数值模拟研究

抽水蓄能电站甩负荷过渡过程中机组振动剧烈,有导致转轮疲劳破坏风险。为探究转轮流激振动特性,对水泵水轮机在甩负荷中的典型工况（时刻）进行CFD-FEM数值模拟,分析了压力脉动、转轮动应力和振动模态。结果表明：转速是影响转轮压力脉动和动应力的最重要因素,最大转速工况最危险,转轮内压力脉动最剧烈,叶片动应力值和振幅均大于其他工况;压力脉动导致转轮动应力波动,两者频谱特征一致;转轮最大动应力出现在叶片进口与上冠“T型”连接处,过渡过程中最大值均超过材料许用应力;水力激励力频率与转轮固有频率相差较大,转轮在计算工况发生共振的可能性较小。     

汽轮发电机组轴系扭振的激光测试技术

介绍了一种先进的激光扭振测试技术。简要地介绍了激光扭振测试技术的原理、特点及在实验室的实际应用情况。指出激光扭振测试技术具有宽广的转速适测范围、非接触、全自动、测量精度高和测量方便等优点,应用时不需要改动待测轴系,安全性好、适用面广。该技术在监测汽轮发电机组轴系的扭振、测量机组轴系扭振固有频率、提高机组运行的安全性等方面有良好的应用前景。     

轧机单独传动弹性连接系统多电机同步控制

轧辊单独传动系统需要实现上、下拖动电机转速同步。为解决弹性连接引起的扭振与轧制负载扰动会导致同步控制性能降低的问题,建立轧辊单独传动弹性系统模型;将扰动补偿与现有交叉耦合同步控制策略相结合,重构综合扰动并实现补偿反馈,以改善弹性轴连接情况下同步控制系统的动态性能与抗扰能力。仿真结果表明,扰动补偿的加入对抑制扭振效果明显,最高同步误差绝对值在启动时降低到0.2865 rad/s,轧制负载时降低到0.0063 rad/s,同步效果明显提高。     

定桨恒频风电机组机网扭振的建模与机理

报告了风力机组机网扭振问题的研究现状,指出了研究并网大型风力机组机网扭振问题的必要性。针对定桨恒频双速异步风力发电机,建立了研究风力发电机和电网之间扭振相互作用的统一机电动态模型:利用有限元分析法对风机叶片进行了建模,将风力机机械部分(包括叶片、低速轴、齿轮箱、高速轴、转子组成的旋转系统)等效为柔性连接的三质量块模型,计算了机械旋转系统的固有频率;对电气部分(包括发电机定子和电网)在dq0坐标系下进行了建模。在电磁暂态仿真软件中了建立了仿真模型,通过在输电线路始端设置三相接地短路故障,激发了风力发电机的机网扭振现象。对扭振曲线进行频域分析,发现了扭振频率与计算得出的机械旋转系统固有频率相吻合,验证了模型的准确性。     

水电孤岛直流送出系统的频率稳定性研究

在考虑尾水管水压脉动的线性水轮机模型的基础上进行改进,设计了一种谐振函数来模拟尾水管的实际脉动情况,并建立了既考虑尾水管水压脉动又考虑弹性水柱的水轮机模型。采用时域仿真方法,验证了水轮机模型的准确性并分析了水力系统参数、调速器参数对送端孤岛直流送出系统频率振荡的影响。仿真结果表明,水力启动时间T_w、调速器参数K_D对送端孤岛系统的频率振荡影响较大,而弹性时间T_e对频率振荡的影响较小。在频率振荡的抑制方法方面,本文在原有的直流频率限制器模型的基础上进行改进,用二次低通滤波器代替一次滤波器并重新调整PI参数。由仿真图形可知,改进后的直流频率限制器抑制效果良好,可将送端频率有效地抑制在50Hz左右。     

基于电气阻尼-刚度控制的双馈风电机组轴系扭振抑制策略

针对现有扭振控制中,难以平衡抑振效果和响应速度的关系,以及高、低速轴的阻尼比变化速率不同导致整体阻尼比难以调节的问题,提出了一种双馈风电机组轴系扭振抑制策略。首先推导了机械扭转角与电磁转矩的传递函数,通过引入等效阻尼和刚度分析了高低速轴机电耦合阻尼比的差异。其次对电气刚度抑制轴系扭振的机理进行分析,根据阻尼和刚度的协调作用,提出基于电气阻尼-刚度控制的轴系扭振抑制策略,得到电气阻尼-刚度控制下的轴系阻尼比变化趋势。最后在搭建FAST-MATLAB/Simulink联合仿真双馈风电机组模块的基础上,引入湍流风与电网暂降激励,对所提策略的抑振效果进行仿真验证。结果表明,相较于传统的阻尼控制,所提策略能够充分发挥传动链的机电强耦合作用,在保证响应速度的同时具有更好的抑振能力。     

挤压油膜阻尼器在旋转机械中的减振研究

随着工业汽轮机及其它特殊透平机械向高转速、高可靠性的方向发展,如何解决旋转机械在高速运转时出现的振动过大的问题就显得尤为重要。挤压油膜阻尼器通过在轴系支撑系统中增加外加阻尼项来抑制振动,对于弹性支承转子系统可以显著的降低转子过临界时的振动峰值,使其成为解决高速旋转机械振动与噪声问题的一种有效而经济的技术手段。本文介绍了挤压油膜阻尼器的数学模型与力学模型,并结合理论计算结果与试验结果验证了挤压油膜阻尼器可以有效地降低转子的振幅,提高轴系的稳定性。     

电网短路故障下双馈风电机组传动链扭振响应

电网故障引起的电磁转矩波动易造成风电机组轴系扭振疲劳损耗,严重时会造成轴系故障,有必要研究不同类型电网故障下风电机组传动链扭振响应及其对关键部件的影响。首先,采用集中质量法,考虑叶片柔性建立了风电机组传动链四质量块模型,基于小信号模型,采用模态分析法对风电机组传动链扭振特性进行分析。其次,为了表征不同故障类型对风电机组传动链轴系扭振的影响,在双馈发电机电磁暂态模型的基础上,推导了电网对称与不对称故障下电磁转矩表达式。最后,基于四质量块传动链模型,仿真分析了单相、两相和三相接地电网故障对机组传动链扭振响应的影响。结果表明,不同类型电网故障会影响不同传动链扭振频率及其不同关键部件;三相接地电网故障引起的传动链扭振幅值大,齿轮箱和发电机转子间轴上传递转矩可以较全面反映扭振响应频率;与传动链其他部件相比,发电机转子受到电网故障影响更大。     

数字扭振测试系统的信号处理及频谱校正

介绍了自行研制的轴系扭转振动测试系统所采用的信号处理方案。对所提取的某柴油机发电机组轴系的扭振时域信号,采用多种信号处理方法对扭振信号进行频域分析及其精度比较,确定了理想的扭振信号频率和幅值校正方法,并获得了测试对象的轴系扭振的共振转速为1200 r/min,相应的最大共振扭角为0.14°。试验结果表明,采用所确定的校正方法能得到精确的频率谱,进而确定共振临界点,使扭振的高精度快速测试与实时诊断成为可能。