机组轴系扭振智能测量系统研究

　　1　引　　言

　　通常电厂发生轴段多处断裂等重大事故的原因,多数是由于大型汽轮发电机组轴系机电耦合振荡致使轴系扭振所造成。国内外近年来因扭振引起的机组轴系损坏高达30多起,造成了巨大经济损失,扭振问题已成为当今世界各国发展大机组必须解决的问题[1]。通过扭振信号来监测主轴的运行状态可以防止灾害事故的发生,可以对轴及其相关部件进行损伤检测和故障诊断,从而保证机组的安全经济运行,具有极其重要的现实意义[122]。测量扭振主要有2类方法[128]:一类是直接测量法,另一类是间接测量法。其中直接测量法又分为接触测量法与非接触测量法:接触测量法是在轴上贴应变片测量剪应变或者在轴上切向安装压电加速度计,这种方法需要在轴上安装传感器等测量装置,有时不得不破坏轴的原来结构,这在许多场合下是不允许的,因此这种方法不适用于汽轮机组轴系的振动测量;而非接触测量法不需要在轴上安置特殊装置,利用轴上已有的等分结构,测量准备工作较少,测量过程也不干扰轴的正常运转,它最适合扭振的长期监测之用,将成为大型旋转机械扭振测量和监测的主要方法。非接触测量法有多种,例如脉冲时序法[1]、光电编码器测量法、激光测扭法[3]。

　　时间脉冲法测量轴系扭振,是利用磁电式传感器获取安装在轴上的等分或不等分齿轮产生的系列脉冲串,从中分析得到轴系扭振信号[1]。利用晶振产生的时钟对各脉冲间隔进行计数,确定每一脉冲间隔的时间,并与无扭振时平稳角速度的脉冲间隔进行比较,从而获得转轴的扭振信息。

　　光电码盘测量法使用高密度增量式光电编码器,在轴端附近固定一个支架,编码器通过弹簧片固定在支架上,通过传感器产生脉冲,脉冲的时间间隔反映了轴瞬时角速度的大小,从而获得扭振信息[627]。这种方法难以消除横振的影响,且不适用于高温、污染严重的场合,不适用于汽轮机组轴系的振动测量。

　　间接测量法是根据扰动前机端电压、机端电流的测量值计算稳态运行时汽轮机输入机械转矩;根据扰动期间机端电压、机端电流的测量值再现扰动期间发电机电磁转矩[425,8]。假定汽轮机输入机械转矩不变,以扰动期间发电机电磁转矩作为激励,求电网扰动引起的轴系各段扭力矩;该方法的最大特点是结构简单,只需要测量机端电压和机端电流,其余工作都是由软件完成,除了需要将机端所用常规电流互感器换为空芯线圈CT外,不需附加别的传感器,因而实用、价廉。

　　本文提出了一种新型智能化扭振采集系统,这一系统兼具脉冲时序法及间接测量法的优点,不仅能够测量扭振信号而且能够提供三相电流、电压信号等机组状态参数,具有测量精度高、成本低、控制参数现场可编程设置、使用场合可适用性等特点。