Способ и система для контроля подсинхронных крутильных колебаний валопровода паровой турбины
METHOD AND SYSTEM FOR CONTROL OF ASYNCHRONOUS TORSIONAL VIBRATIONS OF SHAFT TURBINE PIPELINE

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу контроля подсинхронных крутильных колебания валопровода паровой турбины.
Более конкретно, это изобретение относится к системам для выработки электроэнергии, содержащим валопровод, в котором крутильные колебания на подсинхронных резонансных частотах могут быть проблемой.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Электрические генераторы часто приводятся в действие от таких источников энергии, как паровые турбины. Паровые турбины в общем случае включают в себя валопровод, содержащий несколько ступеней турбины и генератор, образующие сложную систему.
При нормальной работе валопровод вращается с некоторой данной синхронной частотой, например, 25 Гц, 30 Гц, 50 Гц или 60 Гц.
Вместе с тем, вращаясь, валопровод также может подвергаться воздействию крутильных колебаний. Эти крутильные колебания могут быть результатом возмущений внутри генератора или возмущений снаружи генератора, идущих по электрической системе, питаемой генератором.
В частности, такие крутильные колебания могут возникать, когда генератор используют для поставок энергии в решетчатую сеть по дальним емкостным линиям электропередачи, слабо связанным между собой. В самом деле, когда для поставок энергии в решетчатую сеть требуются дальние линии электропередачи, обычно используют продольную емкостную компенсацию, чтобы снизить расхождение углов и падение напряжения и, тем самым, увеличить устойчивость линии. Однако компенсирующие конденсаторы приводят к присутствию определенных резонансных частот в решетчатой сети, которые могут вызывать крутильные колебания валопровода.
Крутильные колебания вносят в скорость валопровода изменение, пропорциональное углу закрутки валопровода. Таким образом, крутильные колебания приводят к неодинаковой частоте вращения вдоль валопровода.
В определенных условиях, когда электрический резонанс (в качестве электрического резонанса решетки) взаимодействует с резонансной частотой валопровода, могут возникать резонансные крутильные колебания. Резонансные крутильные колебания возникают на резонансных частотах, которые ниже, чем синхронная частота валопровода, и поэтому называются подсинхронными резонансными.
Крутильные колебания вызывают крутильные механические напряжения в критических местах вдоль валопровода, которые могут повредить валопровод, а в некоторых случаях могут даже привести к поломке валопровода.
Чтобы решить эту задачу, предложено контролировать деформации на валопроводе посредством датчиков деформации, размещенных на валу. Однако это решение имеет низкую надежность во времени и может быть использовано лишь для точечных оценок, а не для непрерывного контроля вала.
В US 2005/0183504 A1 предложено контролировать деформацию на валопроводе косвенным образом, например, путем анализа мощности, подводимой в решетчатую сеть, чтобы оценить крутильные колебания валопровода. Однако этот способ влечет за собой использование дополнительных устройств для измерения подводимой мощности.
Вследствие этого, задача изобретения состоит в том, чтоб обеспечить систему и способ контроля крутильных колебаний на валопроводе, которые имеют достаточную точность и могут быть легко реализованы на существующем валопроводе экономичным образом.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С этой целью изобретение относится к способу контроля подсинхронных крутильных колебаний валопровода паровой турбины, содержащему этапы:
- измерения скорости вращения упомянутого валопровода в течение периода времени и генерации сигнала, указывающего на упомянутую скорость вращения в течение упомянутого периода времени, исходя из измеренной скорости вращения;
- осуществления анализа спектра упомянутого сигнала, чтобы определить для по меньшей мере одной данной частоты амплитуду изменения упомянутой скорости вращения на упомянутой данной частоте;
- сравнения упомянутой амплитуды с по меньшей мере одним заранее заданным пороговым значением амплитуды для упомянутой частоты;
- генерации сигнала тревоги, если упомянутая амплитуда превышает по меньшей мере одно заранее заданное пороговое значение амплитуды.
В соответствии с другими преимущественными аспектами изобретения способ содержит один или более следующих признаков, рассматриваемых по отдельности или в соответствии с любой технически возможной комбинацией:
- этап осуществления анализа спектра содержит определение амплитуды изменения упомянутой скорости вращения на упомянутой частоте для каждой из множества частот, этап сравнения содержит сравнение амплитуды, определенной для каждой частоты, с по меньшей мере одним заранее заданным пороговым значением амплитуды для упомянутой частоты, а этап генерации содержит генерацию сигнала тревоги, если по меньшей мере одна амплитуда, определенная для некоторой частоты, превышает по меньшей мере один из упомянутых заранее заданных пороговых значений амплитуды для упомянутой частоты;
- упомянутая или каждая данная частота является резонансной частотой подсинхронных колебаний валопровода;
- этап сравнения содержит для упомянутой или каждой данной частоты сравнение упомянутой амплитуды с нижним и верхним заранее заданными пороговыми значениями амплитуды для упомянутой частоты;
- этап генерации содержит генерацию сигнала тревоги первого типа, если упомянутая амплитуда выше, чем нижнее пороговое значение амплитуды, и ниже, чем верхнее пороговое значение амплитуды;
- упомянутая паровая турбина вращает генератор, а способ дополнительно содержит этап понижения мощности, генерируемой генератором, после того как сгенерирован сигнал тревоги первого типа;
- этап генерации содержит генерацию сигнала тревоги второго типа, отличающегося от упомянутого первого типа, если упомянутая амплитуда выше, чем верхнее пороговое значение амплитуды;
- способ дополнительно содержит отключение упомянутой паровой турбины после того, как сгенерирован сигнал тревоги второго типа;
- этап измерения содержит измерение скорости вращения упомянутого валопровода во множестве моментов измерения в течение упомянутого периода времени;
- этап измерения в каждый момент измерения содержит измерение датчиком средней скорости вращения упомянутого валопровода в течение данного периода измерения, предшествующего упомянутому моменту измерения;
- измерение датчиком содержит обнаружение движения зубчатого колеса, установленного на упомянутом валопроводе, в течение упомянутого данного периода измерения;
- упомянутый датчик является бесконтактным датчиком;
- этап осуществления анализа спектра содержит применение быстрого преобразования Фурье (БПФ) к упомянутому сигналу.
Изобретение также относится к системе для контроля подсинхронных крутильных колебаний валопровода паровой турбины, содержащей:
- устройство для измерения скорости, выполненное с возможностью измерения скорости вращения упомянутого валопровода в течение некоторого периода времени и генерации значений скорости, образующих сигнал, указывающий на упомянутую скорость вращения в течение упомянутого периода времени, исходя из измеренной скорости вращения,
- блок анализа, выполненный с возможностью осуществлять анализ спектра упомянутого сигнала и определять для по меньшей мере одной данной частоты амплитуду изменения упомянутой скорости вращения на упомянутой данной частоте, причем упомянутый блок анализа дополнительно выполнен с возможностью сравнивать упомянутую амплитуду с по меньшей мере одним заранее заданным пороговым значением амплитуды для упомянутой частоты и генерировать сигнал тревоги, если упомянутая амплитуда превышает по меньшей мере одно заранее заданное пороговое значение амплитуды.
В соответствии с еще одним преимущественным аспектом изобретения упомянутое устройство для измерения скорости содержит по меньшей мере один датчик скорости.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее будет приведено более подробное пояснение изобретения на основе примерных вариантов осуществления и в связи с прилагаемым чертежами. На чертежах:
фиг. 1 является схематическим изображением системы в соответствии с изобретением, предназначенной для контроля крутильных колебаний валопровода паровой турбины;
фиг. 2 является блок-схемой последовательности операций способа в соответствии с изобретением, реализованным посредством системы с фиг. 1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показана система 1 для контроля крутильных колебаний валопровода 2 паровой турбины 3 в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Паровая турбина 3, является, например, паровой турбиной для АЭС.
Валопровод 2 простирается между передней оконечностью 3a и задней оконечностью 3b. Валопровод 2 от передней до задней оконечности содержит несколько ступеней 4, например, ступень 4а высокого давления, ступень 4b промежуточного давления и ступень 4c низкого давления, генератор 5 и систему 6 возбуждения. Система возбуждения предназначена для подачи тока намагничивания (или «возбуждения») в поле генератора.
Генератор 5 используется для поставки энергии в решетчатую сеть 7 по линиям электропередачи, включая трансформатор 15 напряжения.
Функционированием паровой турбины 3 управляет центр 8 управления. Центр 8 управления выполнен с возможностью управления мощностью, генерируемой генератором 5, и выдачи команды останова паровой турбины 3. В частности, центр 8 управления включает в себя блок 9 управления, выполненный с возможностью посылать сигнал в клапан 10 для управления количеством пара S, подаваемого в турбину.
валa
валa
При нормальной работе валопровод 2 вращается с данной синхронной частотой f, которая зависит от частоты питающей сети (например, 50 Гц или 60 Гц) и от числа полюсов генератора 5. Поэтому для частоты питающей сети 50 Гц синхронная частота f валопровода 2 равна, например, 25 Гц в случае 4-х полюсного генератора (что соответствует угловой скорости вращения 1500 об/мин) или 50 Гц в случае 2-х полюсного генератора (что соответствует угловой скорости вращения 3000 об/мин).
i
валa
Валопровод 2 связан с подсинхронными резонансными частотами крутильных колебаний, т.е., частотами, на которых валопровод 2, когда он подвергается крутильным колебаниям, может входить в резонанс. Эти подсинхронные резонансные частоты крутильных колебаний, обозначаемые символом fрез, ниже синхронной частоты f валопровода 2.
Система 1 содержит устройство 11 для измерения скорости, предназначенное для измерения скорости вращения валопровода 2 и выдачи значения скорости, указывающего на измеряемую скорость, и блок 20 анализа, предназначенный для обнаружения амплитуды крутильных колебаний валопровода 2, исходя из выдаваемых таким образом значений скорости.
изм
изм
изм
В частности, устройство 11 для измерения скорости выполнено с возможностью измерения скорости вращения валопровода 2 в моменты t измерения с частотой f измерения и выдачи значения скорости, указывающего на измеренную скорость в каждый момент t измерения.
Устройство 11 для измерения скорости содержит один или несколько датчиков 12 для измерения скорости вращения вала 2.
Датчики 12 являются бесконтактными датчиками, способными обнаруживать и измерять вращение зубчатого колеса 14, установленного на валу 2. Например, датчики 12 являются датчиками на эффекте Холла.
изм
изм
Каждый датчик 12 способен обнаруживать движение зубчатого колеса 14 в течение данного периода T измерения и выдавать электрические импульсы, имеющие частоту, пропорциональную измеренной скорости. Поэтому устройство 11 для измерения скорости способно измерять среднюю скорость вращения вала 2 в течение периода T измерения, исходя из этих электрических импульсов.
Зубчатое колесо 14 установлено, например, на валопроводе 2 у его передней оконечности. Это положение зубчатого колеса 14 гарантирует, что зубчатое колесо 14 не находится в узле крутильных колебаний, т.е., в том положении на валопроводе 2, где амплитуда этих крутильных колебаний является нулевой. Таким образом, это положение зубчатого колеса 14 гарантирует, что изменения в скорости вращения валопровода 2 будут обнаружены.
Устройство 11 для измерения скорости выполнено с возможностью обеспечивать хранение определенных таким образом значений скоростей.
Блок 20 анализа выполнен с возможностью извлекать значения скорости из устройства 11 для измерения скорости и анализировать эти значений скорости, формируя сигнал скорости для определения амплитуды крутильных колебаний вала посредством осуществления анализа спектра на этом сигнале скорости.
сб. дан.
сб. дан.
сб. дан.
изм
сб. дан.
В частности, блок 20 анализа выполнен с возможностью проверять устройство 11 для измерения скорости в моменты t сбора данных с частотой f сбора данных, так чтобы в каждый из моментов t сбора данных извлекать последнее значение скорости, определенное устройством 11 для измерения скорости. Таким образом, частота f измерения предпочтительно выше частоты f сбора данных.
сб. дан.
сб. дан.
сб. дан.
Выбор частоты t сбора данных зависит от наивысшей частоты, подлежащей обнаружению в электрическом сигнале. В самом деле, наивысшая частота, которая может быть обнаружена из сигнала, дискретизированного с частотой f сбора данных, составляет f/2.
вала
сб. дан.
Например, если синхронная частота f валопровода составляет 25 Гц, то частота f сбора данных должна составлять по меньшей мере 50 Гц, чтобы сделать возможным обнаружение подсинхронных частот вплоть до 25 Гц.
сб. дан.
i
Частоту t сбора данных также выбирают как функцию разрешающей способности Δf по частоте, требуемой для определения амплитуды крутильных колебаний на синхронных резонансных частотах fрез крутильных колебаний, как подробнее описывается ниже.
Блок 20 анализа соединен с устройством 11 для измерения скорости посредством физического или беспроводного соединения 22.
Блок 20 анализа предпочтительно включен в состав центра 8 управления.
Блок 20 анализа содержит память 24 и процессор 26.
i
i
i1
i2
Память 24 содержит первую зону 27 для хранения значений подсинхронных резонансных частот fрез крутильных колебаний валопровода 2 и, для каждой из частот fрез, двух пороговых значений амплитуды, обозначенных символами А и A, соответственно.
i
Подсинхронные резонансные частоты fрез крутильных колебаний валопровода 2 заранее заданы, например, посредством экспериментов или моделирований.
i1
i2
i
Пороговые значения А и Aамплитуд являются заранее заданным пороговыми значениями для амплитуды крутильных колебаний с резонансной частотой fрез.
i
Каждое пороговое значение амплитуды связано с конкретным действием, которое следует предпринимать, если амплитуда крутильных колебаний с частотой fрез выше этого порогового значения.
i1
i
i2
i
Например, нижнее пороговое значение А - это амплитуда крутильных колебаний с частотой fрез, в течение которых будет генерироваться сигнал тревоги, а верхнее пороговое значение A - это амплитуда крутильных колебаний с частотой fрез, в течение которых будет генерироваться сигнал отключения.
i
i
Пороговое значение A равно, например, 1 об/мин для каждой частоты fрез паровой турбины с угловой скоростью вращения 1500 об/мин. Это пороговое значение соответствует амплитуде крутильных колебаний, выше которой валопровод может быть поврежден.
i2
i
Пороговое значение A равно, например, 2 об/мин для каждой частоты fрез паровой турбины с угловой скоростью вращения 1500 об/мин. Это пороговое значение соответствует амплитуде крутильных колебаний, выше которой возможна поломка валопровода.
сб. дан.
сб. дан.
Память 24 дополнительно содержит вторую зону для хранения значений скорости, извлекаемых из устройства 11 для измерения скорости. Вторая зона, именуемая далее буферной памятью 28, выполнена с возможностью хранения ряда выборок, причем каждая выборка содержит момент t сбора данных и скорость валопровода, принимаемую из устройства 11 для измерения скорости в этот момент t сбора данных. Процессор 26 содержит модуль 30 анализа и модуль 32 принятия решения.
0
0
Модуль 30 анализа выполнен с возможностью анализа значений скорости, хранимых в памяти 24, и формирования сигнала скорости в течение периода Т дискретизации для определения амплитуды крутильных колебаний валопровода 2 посредством осуществления анализа спектра сигнала скорости в течение этого периода Т дискретизации.
анализа
анализа
анализа
сб. дан.
В частности, модуль 30 анализа выполнен с возможностью осуществления этого анализа в моменты t осуществления анализа с частотой f осуществления анализа. Частота f осуществления анализа равна, например, частоте f сбора данных.
анализа
С этой целью, модуль 30 анализа выполнен с возможностью извлекать набор из N выборок из памяти 24 в каждый момент t анализа, так что . Эти N выборок соответствуют последним N значениям скорости, извлеченным из устройства 10 для измерения скорости и хранившимся в буферной памяти 28.
0
Эти N сигналов скорости указывают на изменения во времени, происходящие в скорости валопровода в течение периода Т дискретизации.
i
Изменения в скорости валопровода, возникающие на подсинхронных резонансных частотах fрез крутильных колебаний, соответствуют крутильным колебаниям валопровода 2.
0
i
i
Число N выборок, а значит и период Т дискретизации, выбираются, например, как функция самых низких резонансных частот fрез, подлежащих обнаружению, и разрешающей способности Δf по частоте, требуемой для определения амплитуды крутильных колебаний на подсинхронных резонансных частотах fрез крутильных колебаний.
сб. дан.
В самом деле, при данной частоте f сбора данных и данном числе N выборок, соответствующих периоду  дискретизации, самая низкая частота, которая может быть обнаружена путем анализа спектра, составляет .
сб. дан.
Более того, при данной частоте f сбора данных, наивысшее разрешение по частоте, которое может быть получено, составляет . Это значит, что анализ спектра, проведенный по N выборкам, приведет к определению амплитуды изменения скорости валопровода 2 на обнаруженных частотах  где i от 1 до N/2.
Поэтому N выбирают, например, достаточно большим, так что  меньше, чем самая низкая резонансная частота валопровода 2.
i
i
i
Помимо этого, число N выборок предпочтительно выбрано достаточно большим, так что разрешение Δf по частоте по меньшей мере равно точности подсинхронных резонансных частот fрез крутильных колебаний, хранимых в памяти 24, так что каждая из подсинхронных резонансных частот fрез крутильных колебаний равна одной из обнаруженных частот fобн.
сб. дан.
i
Например, при частоте f сбора данных, составляющей 50 Гц, соответствующей скорости измерения через каждые 20 мс, число выборок N = 100 обеспечивает частоты обнаружения fобн = i*0,5, где i от 1 до 50, что обеспечивает такие низкие частоты обнаружения, как 0,5 Гц, и разрешающую способность по частоте 0,5 Гц.
i
Z
i
Однако число N выборок альтернативно может быть выбрано меньшим, т.е., таким, что  будет выше, чем самая низкая резонансная частота валопровода 2 и/или разрешающая способность Δf по частоте будет ниже, чем точность подсинхронных резонансных частот fрез крутильных колебаний. В этом случае может быть применена процедура дополнения нулями путем добавления некоторого числа N выборок с нулевыми значениями таким образом, что  будет ниже, чем самая низкая резонансная частота валопровода 2 и по меньшей мере равно точности подсинхронных резонансных частот fрез крутильных колебаний. Следовательно, использование добавления нулей обеспечивает получение более высокого разрешения, чем разрешение, которое могло бы быть получено с помощью N выборок, а значит и увеличение разрешения по частоте для данного периода дискретизации и данной частоты сбора данных.
0
Эти N выборок образуют дискретный сигнал, указывающий на изменение скорости валопровода 2 в течение периода Т дискретизации.
0
Модуль 30 анализа выполнен с возможностью анализа изменений скорости вращения валопровода 2 в течение времени Т дискретизации путем выполнения анализа спектра на этом сигнале.
0
i
i
i
В частности, модуль 30 анализа выполнен с возможностью определения спектра частот изменения скорости вращения валопровода в течение периода Т дискретизации. Этот спектр частот для каждой обнаруживаемой частоты fобн, такой, что fобн = i*Δf, где i от 1 до N/2, содержит амплитуду Aобн изменения скорости вращения на этой частоте.
Модуль 30 анализа предпочтительно выполнен с возможностью применения одной или нескольких обработок к набору из N выборок перед осуществлением анализа спектра.
Например, предшествующие анализу обработки включают в себя вычитание из каждой из выборок среднего значения скорости вращения по набору из N выборок, чтобы удалить составляющую постоянного тока из сигнала. Это среднее значение является, например, средним значением скорости вращения по набору из N выборок или по некоторому поднабору выборок.
i
вала
Предшествующие анализу обработки могут дополнительно включать в себя стадию фильтрации нижних частот для удаления из сигнала тех частот, которые выше подсинхронных резонансных частот fрез крутильных колебаний. Таким образом, частоту отсечки фильтра нижних частот выбирают, например, равной синхронной частоте f валопровода 2.
Предшествующие анализу обработки могут дополнительно включать в себя стадию организации окна, содержащую применение функции-окна к сигналу, например, окна Хэмминга или окна Ханна. Эта стадия организации окна предназначена для снижения вероятности возникновения просачивания спектральных составляющих и снижения потерь из-за гребешковых искажений растра.
И, наконец, предшествующие анализу обработки могут содержать дополнение нулями, если это необходимо.
Z
анализа
Анализ спектра осуществляют, например, путем применения быстрого преобразования Фурье (БПФ) к набору из N выборок (или N+N выборок, если используется дополнение нулями), после применения вышеупомянутых предшествующих анализу обработок. Модуль 32 принятия решения выполнен с возможностью приема из модуля 30 анализа спектра частот изменения скорости вращения валопровода 2 в каждый момент t осуществления анализа.
i
i1
i2
i
Помимо этого, модуль 32 принятия решения выполнен с возможностью извлекать из первой зоны 27 памяти 24 значений подсинхронных резонансных частот fрез крутильных колебаний валопровода 2 и двух пороговых значений A и A амплитуды, связанных с каждой из резонансных частот fрез.
i
i
i
i
i
i
Для каждой подсинхронной резонансной частоты fрез крутильных колебаний модуль 32 принятия решения выполнен с возможностью извлекать из спектра частот амплитуду A изменения скорости вращения валопровода 2 на этой резонансной частоте fрез или на ближайшей частоте в спектре, т.е., частоте fобн, такой, что |fобн - fрез| < Δf.
i
i
i
Вместе с тем, если разрешение Δf по частоте по меньшей мере равно точности подсинхронных резонансных частот fрез крутильных колебаний, то каждая из подсинхронных резонансных частот fрез крутильных колебаний равна одной из обнаруживаемых частот fобн.
i
i1
i2
i
i
i1
i2
Модуль 32 принятия решения дополнительно выполнен с возможностью сравнивать амплитуду A с соответствующими пороговыми значениями A и A для каждой резонансной частоты fрез крутильных колебаний и генерировать сигнал тревоги, если по меньшей мере одна из амплитуд A переходит через по меньшей мере один из пороговых значений A и A.
Этот сигнал тревоги зависит от того, произошел ли переход через один или оба пороговых значения.
i
i1
i2
i
i
Если по меньшей мере одна амплитуда A выше, чем соответствующее нижнее пороговое значение A, но ниже, чем верхнее пороговое значение A, то модуль 32 принятия решения выполнен с возможностью генерировать и посылать сигнал тревоги в блок 9 управления для запуска понижения мощности генератора 5 путем частичного закрытия клапана 10. В самом деле, это снижение может приводить к развязке между электрическим резонансом в сетчатой сети 7 и частотой fрез, что в результате может стать причиной уменьшения амплитуды A со временем. Это понижение представляет собой, например, понижение мощности генератора 5 на 50 %.
Однако это уменьшение, если оно возникает, не является мгновенным.
сб. дан.
сб. дан
Так, если сигнал тревоги уже послан в блок 9 управления в пределах заранее заданного периода, предшествовавшего t, то сигнал тревоги, посланный в момент t, не приведет к понижению мощности генератора 5.
i
i2
Если по меньшей мере одна амплитуда A переходит через соответствующее верхнее пороговое значение A, то модуль 32 принятия решения выполнен с возможностью посылать сигнал отключения в блок 9 управления, чтобы запустить отключение паровой турбины 3 путем закрытия клапана 10.
Теперь, со ссылками на фиг. 2, будет описан способ контроля подсинхронных крутильных колебаний в валопроводе 2, осуществляемый системой 1.
i
i1
i2
Способ содержит стадию 100 инициализации, содержащую сохранение значений подсинхронных резонансных частот fрез крутильных колебаний валопровода 2 и соответствующих пороговых значений A и Aамплитуды в первой зоне 27 памяти 24. Стадия инициализации дополнительно содержит конфигурирование модуля 30 анализа с целью задания параметров анализа спектра, который должен быть выполнен, включая предшествующие анализу обработки, которые должны быть применены.
сб. дан
анализа
0
Стадия 100 инициализации дополнительно содержит выбор частоты f сбора данных, скоростей f осуществления анализа и времени T дискретизации (или, эквивалентным образом, числа N выборок) для модуля 30 анализа.
сб. дан
анализа
0
Поэтому стадия 100 инициализации дополнительно содержит конфигурирование модуля 30 анализа в соответствии с выбранными частотой f сбора данных, скоростью f анализа и временем T дискретизации.
Затем проводят стадию 110 измерения посредством устройства 11 для измерения скорости.
изм
изм
В течение стадии 110 измерения, устройство 11 для измерения скорости измеряет скорость вращения валопровода 2 во множестве моментов t измерения с частотой f измерения для выдачи значений скорости, указывающих на скорость вращения валопровода 2 в течение некоторого периода времени, и, таким образом, указывающих на изменение скорости вращения валопровода 2 в течение этого периода времени.
изм
В каждый момент t измерения, устройство 11 для измерения скорости проводит этап 112 измерения скорости вращения валопровода 2.
изм
изм
Каждый этап 112 измерения содержит обнаружение датчиком (датчиками) 12 движения зубчатого колеса 14 в течение периода Tизмерения, и измерение средней скорости вращения зубчатого колеса 14 в течение периода T измерения, исходя из этого обнаруживаемого движения.
Значения скорости, определенные таким образом, сохраняются с помощью устройства 11 для измерения скорости.
изм
изм
Этап 112 измерения проводят итеративно во множестве моментов t измерения с частотой f измерения.
сб. дан.
Стадия 110 сбора данных дополнительно содержит этап 114 извлечения посредством блока 20 анализа в каждый момент t сбора данных последнего значения скорости, определенного и сохраненного с помощью устройства 11 для измерения скорости, и сохранения этого значения скорости в буферной памяти 28.
Способ дополнительно содержит стадию 120 контроля.
0
Каждая стадия 120 контроля содержит этап 122 анализа, на котором модуль 30 анализа определяет и анализирует изменение измеряемой скорости валопровода 2 в течение заранее заданного периода Т дискретизации путем проведения анализа спектра этого изменения.
0
С этой целью модуль 30 анализа извлекает из буферной памяти 28 набор из N выборок, соответствующих последним N выборкам, принятым из устройства 11 для измерения скорости. Эти N выборок образуют сигнал, указывающий на изменение скорости валопровода в течение периода Т дискретизации.
0
Затем модуль 30 анализа осуществляет анализ спектра сигнала, образованного этими N выборками, и определяет спектр частот изменения скорости валопровода за время Т дискретизации.
i
i
Z
i
Определенный таким образом спектр частот для каждой частоты fобн, такой, что fобн = i*Δf, где i от 1 до N/2 (или (N+N)/2, если используется дополнение нулями), содержит амплитуду Aобн изменения скорости на этой частоте.
Z
Анализ спектра осуществляют, например, с помощью модуля 30 анализа путем применения одной или более предшествующих анализу обработок и последующего применения быстрого преобразования Фурье (БПФ) к набору из N (или N + N) выборок.
анализа
анализа
Стадию 120 анализа осуществляют итеративно с помощью блока 20 анализа во множестве моментов t осуществления анализа с частотой f осуществления анализа как только число выборок, хранимых во второй зоне 28 памяти 24 достигает N.
Каждая стадия 120 контроля дополнительно содержит этап 124 сравнения. Этап 124 сравнения проводят с помощью модуля 32 принятия решения, чтобы обнаружить подсинхронные крутильные колебания с амплитудой, превышающей по меньшей мере одно из соответствующих пороговых значений амплитуды, что позволяет предпринять действия во избежание повреждения или даже поломки валопровода 2, которые могли бы стать результатом этих колебаний.
анализа
Этап 124 сравнения содержит принятие модулем 32 принятия решения спектра частот изменения скорости валопровода, определяемого модулем 30 анализа в момент t осуществления анализа.
i
i
i
i
i
i
Затем для каждой подсинхронной резонансной частоты fрез крутильных колебаний валопровода 2, хранимой в первой зоне 27 памяти 24, модуль 32 принятия решения извлекает из спектра частот амплитуду A изменения скорости валопровода на этой резонансной частоте fрез или на ближайшей частоте в спектре, т.е., частоте fобн, такой, что |fобн - fрез| < Δf.
i
i
i1
i2
Затем для каждой резонансной частоты fрез крутильных колебаний модуль 32 принятия решения сравнивает обнаруженную таким образом амплитуду A с соответствующими пороговыми значениями А и А.
i
i1
i2
Если по меньшей мере одна амплитуда Авыше, чем по меньшей мере одно из соответствующих пороговых значений А и А, то модуль 32 принятия решения посылает сигнал тревоги в блок 9 управления.
Этот сигнал тревоги зависит от того, произошел ли переход через одно или оба пороговых значения.
i
i1
i2
Если по меньшей мере одна амплитуда A выше, чем соответствующее нижнее пороговое значение А, но ниже, чем верхнее пороговое значение A, то на этапе 126 подачи сигнала тревоги модуль 32 принятия решения генерирует сигнал тревоги, предназначенный для запуска понижения мощности генератора 5, и посылает сигнал тревоги в блок 9 управления.
анализа
Если блок 9 управления не принял сигнал тревоги в пределах заранее заданного периода, предшествовавшего t, то тогда блок 9 управления предписывает понижение мощности генератора 5 путем частичного закрытия клапана 10.
i
i2
Если по меньшей мере одна амплитуда A выше, чем соответствующее верхнее пороговое значение A, то модуль 32 принятия решения на этапе 130 отключения генерирует сигнал отключения, предназначенный для запуска останова паровой турбины 3, и посылает этот сигнал отключения в блок 9 управления.
Затем блок 9 управления отключает паровую турбину 3, закрывая клапан 10.
Таким образом, система и способ в соответствии с изобретением обеспечивают надежное обнаружение крутильных колебаний, возникающих на любой из подсинхронных частот валопровода, что позволяет предпринять корректирующие действия во избежание повреждений валопровода, которые могли бы стать результатом этих колебаний.
В частности, непосредственное измерение скорости вращения валопровода обеспечивает надежную оценку крутильных колебаний валопровода. Кроме того, это измерение может быть проведено, когда паровая турбина находится в эксплуатации, и поэтому обеспечивается непрерывный контроль валопровода. Это измерение также требует лишь одной точки измерения.
Помимо этого, поскольку датчики скорости обычно уже используются в паровых турбинах для контроля синхронной частоты валопровода, систему и способ в соответствии с изобретение можно реализовать на этих паровых турбинах без привлечения дополнительных затрат и без необходимости дополнительного технического обслуживания.
Кроме того, сравнение амплитуды каждого крутильного колебания с двумя пороговыми значениями обеспечивает адаптацию корректирующего действия к избытку амплитуды крутильных колебаний, так что останов паровой турбины, вообще говоря, необязателен.
Должно быть ясно, что возможные варианты осуществления, представленные выше, не являются ограничительными.
В соответствии с другими вариантами осуществления анализ спектра осуществляется посредством таких методов анализа спектра, как оконное преобразование Фурье (ОПФ), метод Прони, преобразование Гильберта или посредством разложения сигнала сигнал на импульсы.
Помимо этого, анализ спектра также может включать в себя последующие обработки, осуществляемые на полученных амплитудах, например, масштабирование.
Кроме того, устройство для измерения скорости может содержать лишь один датчик, а используемые датчики могут быть магнитными датчиками, отличающимися от датчиков на эффекте Холла, такими, как индуктивные датчики или оптические датчики.
Помимо этого, в соответствии с одной альтернативой зубчатое колесо размещают у задней оконечности валопровода.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления каждая подсинхронная резонансная частота крутильных колебаний связана с более чем двумя пороговыми значениями амплитуды, а модуль 32 принятия решения выполнен с возможностью генерировать и посылать сигнал тревоги в зависимости от того, через какое из пороговых значений амплитуды происходит переход.
i3
i1
i2
i
Например, каждая подсинхронная резонансная частота крутильных колебаний связана с третьим пороговым значением A амплитуды, которое ниже, чем пороговые значения A или A, упомянутые выше, а модуль 32 принятия решения выполнен с возможностью генерировать визуальный и/или звуковой сигнал тревоги без понижения мощности генератора 5, когда амплитуда A выше, чем третье пороговое значение, но ниже, чем первое и второе пороговые значения.
Хотя изобретение подробно описано в связи лишь с ограниченным количеством вариантов осуществления, должно быть абсолютно ясно, что изобретение не ограничивается такими раскрытыми вариантами осуществления. Наоборот, изобретение может быть модифицировано так, чтобы оно включало в себя любое количество разновидностей, изменений, замен или эквивалентных расположений, которые не описаны до сих пор, но которые находятся в рамках существа и объема притязаний изобретения. Кроме того, хотя описаны различные варианты осуществления изобретения, следует понимать, что аспекты изобретения могут включать в себя лишь некоторые из описанных вариантов осуществления. Соответственно, изобретение следует считать ограничиваемым не вышеизложенным описанием, а лишь объемом притязаний прилагаемой формулы изобретения.
Перечень номеров позиций
1 система
2 валопровод
3 паровая турбина
3a передняя оконечность
3b задняя оконечность
4 ступени
4а ступень высокого давления
4b ступень промежуточного давления
4с ступень низкого давления
5 генератор
6 возбуждение
7 решетчатая сеть
8 центр управления
9 блок управления
10 клапан
11 устройство для измерения скорости
12 датчики
14 зубчатое колесо
15 трансформатор напряжения
20 блок анализа
22 соединение
24 память
26 процессор
27 первая зона памяти
28 буферная память
30 модуль анализа
32 модуль принятия решения
100 стадия инициализации
110 стадия сбора данных
112 этап измерения
114 этап принятия
120 стадия контроля
122 этап анализа
124 этап сравнения
126 этап подачи сигнала тревоги
130 этап отключения