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汽輪機(jī)組產(chǎn)生軸系扭振有哪些影響?

時間:2024/12/2閱讀:39
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汽輪機(jī)組產(chǎn)生軸系扭振有哪些影響?
 

從原則上講,電力系統(tǒng)出現(xiàn)的各種較嚴(yán)重的電氣擾動和切合操作都會引起大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振,從而產(chǎn)生交變應(yīng)力并導(dǎo)致軸系疲勞或損壞,只是其影響程度隨運行條件、電氣擾動和切合操作方式、頻率(次數(shù))等不同而異。其中影響較大的可歸納為以下四個方面:

 

1. 電力系統(tǒng)故障與切合操作對軸系扭振的影響

 

通常的線路開關(guān)切合操作,特別是功率的突變和頻繁的變化;手動、自動和非同期并網(wǎng);輸出線路上各種類型的短路和重合閘等都會激發(fā)軸系的扭振并造成疲勞損傷。

 

2. 發(fā)電廠近距離短路和切除對軸系扭振的影響

 

發(fā)電廠近距離(包括發(fā)電機(jī)端)二相或三相短路并切除以及不同相位的并網(wǎng),都會導(dǎo)致很高的軸系扭轉(zhuǎn)機(jī)械應(yīng)力。例如在發(fā)電機(jī)發(fā)生三相短路時,短路處電壓下降接近于零,于是在短路持續(xù)時間內(nèi),一方面與短路前有功負(fù)荷對應(yīng)的同步電磁轉(zhuǎn)矩接近于零,同時發(fā)電機(jī)因短路并以振蕩形式出現(xiàn)的暫態(tài)電磁轉(zhuǎn)距將激發(fā)起整個軸系的扭轉(zhuǎn)振動。

 

3. 電力系統(tǒng)次同步振蕩對軸系扭振的影響

 

在電力系統(tǒng)高壓遠(yuǎn)距離輸電線路上,當(dāng)采用串聯(lián)補(bǔ)償電容用以提高輸電能力時,該電容器同被補(bǔ)償?shù)妮旊娋€路的電感,將構(gòu)成L-C回路(略去回路電阻)并產(chǎn)生諧振。當(dāng)電網(wǎng)頻率與上述的諧振頻率的差值與軸系某一機(jī)械固有扭振頻率相同或接近時,則上述的電氣諧振與機(jī)械扭振合拍并相互激勵,從而給機(jī)組軸系的安全運行構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。由于電氣諧振頻率低于電網(wǎng)頻率,通常稱為次同步振蕩。

 

4. 電力系統(tǒng)負(fù)序電流對軸系扭振的影響

 

發(fā)電機(jī)定子繞組中的負(fù)序電流可由三相負(fù)荷不平衡、各種不對稱短路、斷線故障引起。負(fù)序電流相當(dāng)于一個外力源,因此由負(fù)序電流產(chǎn)生的軸系扭振有別于上述的自激扭振,并稱之為強(qiáng)迫扭振。負(fù)序電流在電機(jī)中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的勵磁磁場相互作用,并產(chǎn)生交變轉(zhuǎn)矩作用在軸系上,如果這一交變轉(zhuǎn)矩的頻率同機(jī)組軸系某一個固有的扭振頻率重合,就會激發(fā)起軸系的扭振。



 

預(yù)防和抑制軸系扭振的措施

可以從設(shè)計制造、運行方式,機(jī)—電配合、在線監(jiān)測等幾個方面針對不同的情況采取相應(yīng)的措施。

 

1.設(shè)計制造

 

是指包括汽輪發(fā)電機(jī)軸系扭振頻率、繞組的設(shè)計、選材、工藝和機(jī)械加工以及輸電系統(tǒng)的線路的結(jié)構(gòu)方式、繼電保護(hù)、控制手段以及串聯(lián)電容補(bǔ)償方式的設(shè)計與選擇等。

 

例如:軸系的結(jié)構(gòu)尺寸和剛度要考慮避免機(jī)—電諧振合拍,使軸系固有的扭振頻率避開對應(yīng)出現(xiàn)的諧振頻率,一般倍頻要求避開±7HZ,工頻要求避開±15HZ。電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計如需采用串聯(lián)電容補(bǔ)償方式,在考慮滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定的同時,還要考慮避開可能出現(xiàn)的激發(fā)軸系扭振的諧振頻率或采取相應(yīng)的抑制措施。

 

2. 運行方式

 

是指在滿足輸電的條件下,盡量避免采用前述的可能導(dǎo)致高軸系扭振應(yīng)力的運行方式。例如,盡量避免使機(jī)組輸出的有功功率發(fā)生±0.5(標(biāo)么值)突變量的正常線路的切合操作(包括甩負(fù)荷)。

 

3. 在線監(jiān)測

 

是利用機(jī)組扭振在線監(jiān)測裝置準(zhǔn)確測量系統(tǒng)沖擊所造成的軸系扭振的損傷國外的一些大型汽輪發(fā)電機(jī)組,根據(jù)系統(tǒng)的需要所配備的扭振在線監(jiān)測裝置(簡稱TSA,于1977年在歐洲投入使用),是防止機(jī)組出現(xiàn)過大扭應(yīng)力和疲勞損傷的有效手段。

 

對于運行人員來說,軸系扭振不象機(jī)組的橫向機(jī)械振動那樣易于感受和發(fā)現(xiàn),但應(yīng)注意遇到電力系統(tǒng)大的擾動如發(fā)電機(jī)短路、機(jī)組甩負(fù)荷等可能造成的軸系扭振損壞。

 

經(jīng)驗證明:在軸系扭振造成軸系某些部件損壞時,都伴隨著機(jī)組振動的變化。嚴(yán)格監(jiān)視機(jī)組的振動變化,尤其是機(jī)組受到電力系統(tǒng)重大擾動時引起的振動變化,在一定程度上可以監(jiān)督軸系的扭振造成的軸系損壞。


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