汽轮发电机组轴系的扭振的研究

２００２年第２期　（惠第Ⅺ期）　汽轮发电机组轴系的扭振的研究　贵州电力设计研究院冯英李越男［５５￣０Ｃｒ２】　摘要汽轮发电机组的轴系扭振是电力系统故障和运行方式变化弓Ｉ起的。近年来国内外一些运行的太机组中，　多次出现过联轴器螺栓被切断事故，并有明显剪切疲劳特征。为保证汽轮发电机组长期安全运行，要求对机组振　动进行监测和验算，严格控制在允许范围内。　美键词轴系扭振疲劳强度共振　汽轮发电机组的轴系扭振是电力系统故障和运　行方式变化引起的如三相不平衡、短路、非同期井冈　等都可能引起发电机气隙扭矩变化．形成电力谐振。　若谐振频率与汽轮发电机组轴系扭振频率合拍或起　耦台作用，就会引起轴系扭振。所以说扭振起因在　电气系统，而反应却在汽轮发电机轴系上。轴系扭　振与电网和单机容量增大，轴系增长以及超高压、远　距离输电有关。　和电力系统中，除了有正常频率的电流外，还会出现　电气谐振引起的频率为　的自激电流。（　：　，。√　——电网频率，５０或６０Ｈｚ）因此，在发电　机气隙中产生频率分别为　和　的两个旋转磁场，　两个旋转磁场相互作用产生交变扭矩，如果此扭矩　交变频率与轴系的某一固有扭振频率相等，就会导　致汽轮发电机组轴系扭振。由于轴系扭振阻尼很　电网与汽轮发电机组的非正常运行方式　电网与汽轮发电机组的非正常运行方式归结为　！类：　小，故一旦扭振发生，对轴系安全就构成严重威胁。　（２）超同步共振（Ｓｕｐｅｒ—Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）　超同步共振又称倍频共振，这是交变扭矩等于　两倍电网频率的共振，由电力系统三相负荷不平衡、　各种不对称短路及断线故障等原因所致。这些原因　都可能使发电机定子绕组中产生负序电流　由负序　电流形成的负序旋转磁场与转子旋转磁场之间有相　对运动，在发电机气隙中产生频率为２ｆ０得交变扭　（１）第一类非正常运行方式　如失磁异步运行，电压及频率偏差，强行励磁，　正压运行以及调峰运行等。这类运行方式不易激起　轴系扭振，危险性较小。　（２）第二类非正常运行方式　如失步振荡，汽门快关，甩负荷，线路单相、二相　或三相突然短路，单相快速复台闸，非同期并网等。　这类运行方式引起发电机气隙中电磁力矩突变，使　发电机力矩与汽轮机输入力矩之间不平衡，形成轴　系扭振。这时轴系截面上的交变切应力迅速增大，　导致轴或转子零件疲劳寿命消耗增加，甚至使机组　损坏。　（３）第三类非正常运行方式　矩作用在轴系上。如果该交变扭矩频率与轴系中某　固有扭振频率相等，就会引起轴系扭振。　如果汽轮机转子上长叶片的自振频率因与叶轮　一耦台作用而有所下降，与超同步共振频率相等，就会　发生叶片断裂事故。　（３）短路　若在发电厂近距离（包括发电机端）发生二相或　三相短路而被迅速切除，以及不同相位并阉等都会　激起轴系扭振。短路使两个电压系统出现的相位差　又使发电机产生一个冲击性暂态电磁扭矩，使轴系　如超同步共振，次同步共振，二相或三相快速复　合闸等。这类运行方式的危险性最大，甚至一次事　在短路时激起的扭振基础上附加一个新的扭振。若　两个扭振同时叠加，即在最坏条件下叠加，就会形成　一＾啦就使轴的疲劳寿命消耗达１００％，导致断轴事故。　２几种危险的扭振　（Ｉ）次同步共振（Ｓｕｂｓｙａｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）　个极大的扭矩，甚至使轴系中最大切应力远远超　过材料的承受能力，致使轴系断裂。　实践证明，异步自激导致汽轮发电机组轴系扭　的－　Ｊ能性最大。发生异步自激时，在发电机定子　３汽轮发电机轴系的扭振监测和验算　对于大容量汽轮发电机应充分注意轴可能受到　‘２１・　维普资讯 http://www.cqvip.com

２　堙年第２靠　《贵州屯力技术’　（怠第　期、　围１轴系扭振的强度验算　额定应力方法　轴实际扣矩　应力寿命曲境　轴的形状．　Ｒ寸　表面情况　过戊力　平均鹿力的影响　局部应力方法　轴宴辱扭矩　在应力集中　处簸定应力　在应力集中　处■窟应力　轴的蓐状。　空变戊力　庙壹　应力藕疆分成对的平　均空壹计算方法　（Ｒ５ｎ　ｃ　ｋ）　材料质量的丹敢度　｛　ｅ＿　应力寿由曲垃　尺寸　在妊口试样　的癌劳寿曹ｒ　袁呵情况　每冼空壹的　寿命清耗　无映口试样　的癣劳寿由　过应力　平均应力的髟响　材料质量的分靛度　围２轴系的扭力疲劳强度验算方法　的各种不同的电气扰动的影响　轴系扭振的强度验　算详见框图１。　其特征如Ｆ：　（３）验算疲劳强度，即在扭振响应分析的复杂　波形下的振动分量和平均分量，采用扭力疲劳强度　（¨在现场进行测定，采用阻尼系数，进行轴系　高精度的扭振响应分析。　（２）验算轴的静力强度，以确定在扭振响应分　析的峰值应力之下不致产生塑性应变。　曲线和线性损伤定理，以确定轴的累计疲劳损伤和　使用寿命。轴的扭力疲劳强度验算方法见图２。　４结论　汽轮发电机组的振动大小是反映机组设计制　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００２年第２期　《贵州电力技术》　（总茅３２期　贵州电力数字同步网建设研究　贵州电力调度通信局唐琪［５５０００２］　摘要结合贵州电力通信网的实际情况论述在贵州电力系统建设数字同步网的必要胜及如何台理地建设贵州　电力数字同步网。介绍利用ＳＤＨ的再定时功能来解决ＳＤＨ的２Ｍｂ￣／ｓ　ＰＤＨ支路不能传送定时基准的问题　建设数字同步网的必要性　同步是指信号之间在频率或相位上保持某种严　格的特定关系，也就是使通信网内运行的所有数字　设备工作在一个相同的平均速率上。　数字同步网的基本功能是准确地将同步信息从　基准时针向同步网各同步节点传递，从而调节网内　各时钟以建立并保持同步，满足通信网传递业务信　息所需的传输和交换性能要求。　Ａ３３ＶＩ技术、ＳＤＨ网络、七号信令网、自动化传输　网络、计算机通信网等的正常运行都要依赖与时钟　同步：计费系统、变电站综台自动化系统、故障录波　系统、雷电观察系统也都离不开准确的时钟同步系　统：　的问题：一是时钟站点的等级及其布放；二是局间定　时基准传输链路的选择和提取利用。　参照邮电技术规定《数字同步网的规划方法与　组织原则》并结合贵州电力通信网现有的网络结构　和发展情况以及各站对定时的要求，将贵卅ｌ电力数　字同步网分为３级，各级同步节点配置相应等级的　时钟。同步网采用等级主从同步方式，区域基准时　钟（ＬＰＲ）为同步网内最高等级时钟，网内其它时钟　均跟踪ＬＰＲ。低等级时钟通过定时基准传输链路恢　复高等级时钟的定时信号，滤出定时信号中的抖动　和漂移，并将定时信号分配给需同步的设备使用。　贵卅ｌ省调为一级中心，设置高等级的铷原子钟　加ＧＰＳ，建成区域基准时钟（ＬＰＲ），作为整个数字同　步网的定时基准，以ＧＰＳ和国凋的基准时钟＜ＰＲＣ）　信号作为参考信号。考虑到由国调ＰＲＣ到贵州省　调ＬＰＲ的定时基准传输链路较长，传输质量较差，　可以首先同步于ＧＰＳ定时信号，在ＧＰＳ信号不可用　时则同步于国凋ＰＲＣ。遵义供电局、普定变、都匀供　电局为二级中心，配置二级节点时钟（铷钟），提供区　据９６年江苏省电信局对长途局进行建设ＢＩＴＳ　前和建没ＢＩＴＳ后对比测试：南通局滑码从２０次／日　降为０次／日；信令接续变快；会议电视消除了频繁　的马赛克效果；因特网的掉线率有一定改善；ＤＤＮ　除去北京方向每天有２—３次滑码外，其他方向均无　滑码　域时钟源。铜仁供电局作为端局，距离省调较远且　传输链路中介入的网络节点较多，可配置三级节点　时钟（高稳定晶体钟）。如图１所示。如考虑将来的　发展，也可配置二级节点时钟。　为适应当前我省电力通信网络发展的需要，提　高各种业务在网上的运行质量，必须解决网络同步　的问题　建设数字同步网对保证贵州电力通信网的　正常运行和提高服务质量都有十分重要的意义。　数字同步网局间定时基准信号的传输有３种方　式：①采用ＰＤＨ　２Ｍｂｉｔ／ｓ专线传送定时信号；②采用　２合理地建设贵州电力数字同步网　。＿＿　・一ＰＤＨ　２Ｍｂｉｔ／ｓ业务电路传送定时信号；③采用ＳＤＨ　－　－…－　‘　＿　－一＿●　ｈ　～－　＿ｎ　＿－－●－－　－－●＿－　建设贵州电力数字同步网主要有两方面决定性　¨’－－　～－　’＿　－　＿　＿　～　＿　～　＿＿　－　－－　－　～－　－‘　－－－　造、安装检修及运行管理等方面的综合指标。为保　证汽轮发电机组长期安全运行，要求对机组振动严　格控制在允许范围内。对扭振没有统一的标准，但　要求轴系各阶扭振频率避开５０、１００　ｒｕ（对３ＯＯＯ　ｒ／　参考文献　１重庆大学，西安交通大学，东南大学和华北电力学院台　编汽轮机原理水利电力出版社，１９９２　２丁文镜工程中的自激振动吉林教育出版社，１９８８．　ｍｉｎ机组），及扭振频率应避开（０．９—１．１）倍和（１．９　２．１）倍工作频率（５０　Ｉ－Ｉｚ）这两个范围，以避免扭振　—３吴厚钰透平零件结构和强度计算机械工业出版社，　１９８２．　（收稿日期：２００１１２３０）　共振．　．２３・