Способ и система для контроля подсинхронных крутильных колебаний валопровода паровой турбины Российский патент 2019 года по МПК F01D21/14 F01D21/00 G01H1/10 

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.

При нормальной работе валопровод 2 вращается с данной синхронной частотой f_валa, 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_валa 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).

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_i, ниже синхронной частоты f_валa 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.

В частности, устройство 11 для измерения скорости выполнено с возможностью измерения скорости вращения валопровода 2 в моменты t_изм измерения с частотой f_изм измерения и выдачи значения скорости, указывающего на измеренную скорость в каждый момент t_изм 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.

Каждый датчик 12 способен обнаруживать движение зубчатого колеса 14 в течение данного периода T_изм 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_изм 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.

В частности, блок 20 анализа выполнен с возможностью проверять устройство 11 для измерения скорости в моменты t_{сб. дан.} сбора данных с частотой f_{сб. дан.} сбора данных, так чтобы в каждый из моментов t_{сб. дан.} сбора данных извлекать последнее значение скорости, определенное устройством 11 для измерения скорости. Таким образом, частота f_изм измерения предпочтительно выше частоты f_{сб. дан.} сбора данных.

Выбор частоты t_{сб. дан.} 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_{сб. дан.} сбора данных, составляет f_{сб. дан.}/2.

Например, если синхронная частота f_вала валопровода составляет 25 Гц, то частота f_{сб. дан.} сбора данных должна составлять по меньшей мере 50 Гц, чтобы сделать возможным обнаружение подсинхронных частот вплоть до 25 Гц.

Частоту t_{сб. дан.} сбора данных также выбирают как функцию разрешающей способности Δf по частоте, требуемой для определения амплитуды крутильных колебаний на синхронных резонансных частотах fрез_i 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.

Память 24 содержит первую зону 27 для хранения значений подсинхронных резонансных частот fрез_i крутильных колебаний валопровода 2 и, для каждой из частот fрез_i, двух пороговых значений амплитуды, обозначенных символами А_i1 и A_i2, соответственно.

Подсинхронные резонансные частоты fрез_i крутильных колебаний валопровода 2 заранее заданы, например, посредством экспериментов или моделирований.

Пороговые значения А_i1 и A_i2 амплитуд 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_i выше этого порогового значения.

Например, нижнее пороговое значение А_i1 - это амплитуда крутильных колебаний с частотой fрез_i, в течение которых будет генерироваться сигнал тревоги, а верхнее пороговое значение A_i2 - это амплитуда крутильных колебаний с частотой fрез_i, в течение которых будет генерироваться сигнал отключения.

Пороговое значение A_i равно, например, 1 об/мин для каждой частоты fрез_i паровой турбины с угловой скоростью вращения 1500 об/мин. Это пороговое значение соответствует амплитуде крутильных колебаний, выше которой валопровод может быть поврежден.

Пороговое значение A_i2 равно, например, 2 об/мин для каждой частоты fрез_i паровой турбины с угловой скоростью вращения 1500 об/мин. Это пороговое значение соответствует амплитуде крутильных колебаний, выше которой возможна поломка валопровода.

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_{сб. дан.} сбора данных и скорость валопровода, принимаемую из устройства 11 для измерения скорости в этот момент t_{сб. дан.} сбора данных. Процессор 26 содержит модуль 30 анализа и модуль 32 принятия решения.

Модуль 30 анализа выполнен с возможностью анализа значений скорости, хранимых в памяти 24, и формирования сигнала скорости в течение периода Т₀ дискретизации для определения амплитуды крутильных колебаний валопровода 2 посредством осуществления анализа спектра сигнала скорости в течение этого периода Т₀ дискретизации.

В частности, модуль 30 анализа выполнен с возможностью осуществления этого анализа в моменты t_{анализа} осуществления анализа с частотой f_{анализа} осуществления анализа. Частота f_{анализа} осуществления анализа равна, например, частоте f_{сб. дан.} сбора данных.

С этой целью, модуль 30 анализа выполнен с возможностью извлекать набор из N выборок из памяти 24 в каждый момент t_{анализа} анализа, так что . Эти N выборок соответствуют последним N значениям скорости, извлеченным из устройства 10 для измерения скорости и хранившимся в буферной памяти 28.

Эти N сигналов скорости указывают на изменения во времени, происходящие в скорости валопровода в течение периода Т₀ дискретизации.

Изменения в скорости валопровода, возникающие на подсинхронных резонансных частотах fрез_i крутильных колебаний, соответствуют крутильным колебаниям валопровода 2.

Число N выборок, а значит и период Т₀ дискретизации, выбираются, например, как функция самых низких резонансных частот fрез_i, подлежащих обнаружению, и разрешающей способности Δf по частоте, требуемой для определения амплитуды крутильных колебаний на подсинхронных резонансных частотах fрез_i крутильных колебаний.

В самом деле, при данной частоте f_{сб. дан.} сбора данных и данном числе N выборок, соответствующих периоду дискретизации, самая низкая частота, которая может быть обнаружена путем анализа спектра, составляет .

Более того, при данной частоте f_{сб. дан.} 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.

Помимо этого, число N выборок предпочтительно выбрано достаточно большим, так что разрешение Δf по частоте по меньшей мере равно точности подсинхронных резонансных частот fрез_i крутильных колебаний, хранимых в памяти 24, так что каждая из подсинхронных резонансных частот fрез_i крутильных колебаний равна одной из обнаруженных частот fобн_i.

Например, при частоте f_{сб. дан.} сбора данных, составляющей 50 Гц, соответствующей скорости измерения через каждые 20 мс, число выборок N = 100 обеспечивает частоты обнаружения fобн_i = 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.

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_i крутильных колебаний. В этом случае может быть применена процедура дополнения нулями путем добавления некоторого числа N_Z 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_i 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.

Эти N выборок образуют дискретный сигнал, указывающий на изменение скорости валопровода 2 в течение периода Т₀ дискретизации.

Модуль 30 анализа выполнен с возможностью анализа изменений скорости вращения валопровода 2 в течение времени Т₀ дискретизации путем выполнения анализа спектра на этом сигнале.

В частности, модуль 30 анализа выполнен с возможностью определения спектра частот изменения скорости вращения валопровода в течение периода Т₀ дискретизации. Этот спектр частот для каждой обнаруживаемой частоты fобн_i, такой, что fобн_i = i*Δf, где i от 1 до N/2, содержит амплитуду Aобн_i 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.

Предшествующие анализу обработки могут дополнительно включать в себя стадию фильтрации нижних частот для удаления из сигнала тех частот, которые выше подсинхронных резонансных частот fрез_i крутильных колебаний. Таким образом, частоту отсечки фильтра нижних частот выбирают, например, равной синхронной частоте f_вала 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.

Анализ спектра осуществляют, например, путем применения быстрого преобразования Фурье (БПФ) к набору из N выборок (или N+N_Z 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_{анализа} осуществления анализа.

Помимо этого, модуль 32 принятия решения выполнен с возможностью извлекать из первой зоны 27 памяти 24 значений подсинхронных резонансных частот fрез_i крутильных колебаний валопровода 2 и двух пороговых значений A_i1 и A_i2 амплитуды, связанных с каждой из резонансных частот fрез_i.

Для каждой подсинхронной резонансной частоты fрез_i крутильных колебаний модуль 32 принятия решения выполнен с возможностью извлекать из спектра частот амплитуду A_i изменения скорости вращения валопровода 2 на этой резонансной частоте fрез_i или на ближайшей частоте в спектре, т.е., частоте fобн_i, такой, что |fобн_i - fрез_i| < Δf.

Вместе с тем, если разрешение Δf по частоте по меньшей мере равно точности подсинхронных резонансных частот fрез_i крутильных колебаний, то каждая из подсинхронных резонансных частот fрез_i крутильных колебаний равна одной из обнаруживаемых частот fобн_i.

Модуль 32 принятия решения дополнительно выполнен с возможностью сравнивать амплитуду A_i с соответствующими пороговыми значениями A_i1 и A_i2 для каждой резонансной частоты fрез_i крутильных колебаний и генерировать сигнал тревоги, если по меньшей мере одна из амплитуд A_i переходит через по меньшей мере один из пороговых значений A_i1 и A_i2.

Этот сигнал тревоги зависит от того, произошел ли переход через один или оба пороговых значения.

Если по меньшей мере одна амплитуда A_i выше, чем соответствующее нижнее пороговое значение A_i1, но ниже, чем верхнее пороговое значение A_i2, 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_i, что в результате может стать причиной уменьшения амплитуды A_i со временем. Это понижение представляет собой, например, понижение мощности генератора 5 на 50 %.

Однако это уменьшение, если оно возникает, не является мгновенным.

Так, если сигнал тревоги уже послан в блок 9 управления в пределах заранее заданного периода, предшествовавшего t_{сб. дан.}, то сигнал тревоги, посланный в момент t_{сб. дан}, не приведет к понижению мощности генератора 5.

Если по меньшей мере одна амплитуда A_i переходит через соответствующее верхнее пороговое значение A_i2, 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.

Способ содержит стадию 100 инициализации, содержащую сохранение значений подсинхронных резонансных частот fрез_i крутильных колебаний валопровода 2 и соответствующих пороговых значений A_i1 и A_i2 амплитуды 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.

Стадия 100 инициализации дополнительно содержит выбор частоты f_{сб. дан} сбора данных, скоростей f_{анализа} осуществления анализа и времени T₀ дискретизации (или, эквивалентным образом, числа N выборок) для модуля 30 анализа.

Поэтому стадия 100 инициализации дополнительно содержит конфигурирование модуля 30 анализа в соответствии с выбранными частотой f_{сб. дан} сбора данных, скоростью f_{анализа} анализа и временем T₀ дискретизации.

Затем проводят стадию 110 измерения посредством устройства 11 для измерения скорости.

В течение стадии 110 измерения, устройство 11 для измерения скорости измеряет скорость вращения валопровода 2 во множестве моментов t_изм измерения с частотой f_изм 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.

В каждый момент t_изм измерения, устройство 11 для измерения скорости проводит этап 112 измерения скорости вращения валопровода 2.

Каждый этап 112 измерения содержит обнаружение датчиком (датчиками) 12 движения зубчатого колеса 14 в течение периода T_изм измерения, и измерение средней скорости вращения зубчатого колеса 14 в течение периода T_изм измерения, исходя из этого обнаруживаемого движения.

Значения скорости, определенные таким образом, сохраняются с помощью устройства 11 для измерения скорости.

Этап 112 измерения проводят итеративно во множестве моментов t_изм измерения с частотой f_изм измерения.

Стадия 110 сбора данных дополнительно содержит этап 114 извлечения посредством блока 20 анализа в каждый момент t_{сб. дан.} 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.

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 Т₀ дискретизации путем проведения анализа спектра этого изменения.

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 Т₀ дискретизации.

Затем модуль 30 анализа осуществляет анализ спектра сигнала, образованного этими N выборками, и определяет спектр частот изменения скорости валопровода за время Т₀ дискретизации.

Определенный таким образом спектр частот для каждой частоты fобн_i, такой, что fобн_i = i*Δf, где i от 1 до N/2 (или (N+N_Z)/2, если используется дополнение нулями), содержит амплитуду Aобн_i изменения скорости на этой частоте.

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_Z) выборок.

Стадию 120 анализа осуществляют итеративно с помощью блока 20 анализа во множестве моментов t_{анализа} осуществления анализа с частотой f_{анализа} 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.

Этап 124 сравнения содержит принятие модулем 32 принятия решения спектра частот изменения скорости валопровода, определяемого модулем 30 анализа в момент t_{анализа} осуществления анализа.

Затем для каждой подсинхронной резонансной частоты fрез_i крутильных колебаний валопровода 2, хранимой в первой зоне 27 памяти 24, модуль 32 принятия решения извлекает из спектра частот амплитуду A_i изменения скорости валопровода на этой резонансной частоте fрез_i или на ближайшей частоте в спектре, т.е., частоте fобн_i, такой, что |fобн_i - fрез_i| < Δf.

Затем для каждой резонансной частоты fрез_i крутильных колебаний модуль 32 принятия решения сравнивает обнаруженную таким образом амплитуду A_i с соответствующими пороговыми значениями А_i1 и А_i2.

Если по меньшей мере одна амплитуда А_i выше, чем по меньшей мере одно из соответствующих пороговых значений А_i1 и А_i2, 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.

Если по меньшей мере одна амплитуда A_i выше, чем соответствующее нижнее пороговое значение А _i1, но ниже, чем верхнее пороговое значение A_i2, 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.

Если блок 9 управления не принял сигнал тревоги в пределах заранее заданного периода, предшествовавшего t_{анализа}, то тогда блок 9 управления предписывает понижение мощности генератора 5 путем частичного закрытия клапана 10.

Если по меньшей мере одна амплитуда A_i выше, чем соответствующее верхнее пороговое значение A_i2, 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.

Например, каждая подсинхронная резонансная частота крутильных колебаний связана с третьим пороговым значением A_i3 амплитуды, которое ниже, чем пороговые значения A_i1 или A_i2, 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_i 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

Способ контроля подсинхронных крутильных колебаний валопровода паровой турбины, содержащий этапы: измерения (112) 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 (122) анализа спектра упомянутого сигнала, чтобы определить для по меньшей мере одной данной частоты амплитуду изменения упомянутой скорости вращения на упомянутой данной частоте; сравнения (124) упомянутой амплитуды с по меньшей мере одним заранее заданным пороговым значением амплитуды для упомянутой частоты; генерации (126) сигнала тревоги, если упомянутая амплитуда превышает по меньшей мере одно заранее заданное пороговое значение амплитуды. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ контроля подсинхронных крутильных колебаний валопровода (2) паровой турбины (4), содержащий этапы:

- измерения (112) скорости вращения упомянутого валопровода (2) в течение периода времени (Т₀) и генерации, исходя из измеренной скорости вращения, сигнала, указывающего на упомянутую скорость вращения в течение упомянутого периода времени (Т₀);

- осуществления (122) анализа спектра упомянутого сигнала, чтобы определить амплитуду (A_i) изменения упомянутой скорости вращения для по меньшей мере одной частоты (fрез_i);

- сравнения (124) упомянутой амплитуды (A_i) с по меньшей мере двумя заранее заданными пороговыми значениями (A_i1, A_i2) амплитуды для упомянутой по меньшей мере одной частоты (fрез_i), причем упомянутые по меньшей мере два заранее заданные пороговые значения амплитуды содержат нижнее заранее заданное пороговое значение (A_i1) амплитуды и верхнее заранее заданное пороговое значение (A_i2) амплитуды;

- генерации (126) сигнала тревоги, когда упомянутая амплитуда (A_i) ниже нижнего заранее заданного порогового значения (A_i1) амплитуды и выше верхнего заранее заданного порогового значения (A_i2) амплитуды для упомянутой по меньшей мере одной частоты (fрез_i);

приема сигнала тревоги блоком управления, и

частичного закрытия клапана блоком управления на основании сигнала тревоги для управления количеством пара, подаваемого в турбину, когда значение упомянутой амплитуды (Ai) находится между верхним заранее заданным пороговым значением (A_i2) амплитуды и нижним заранее заданным пороговым значением (A_i1) амплитуды.

2. Способ по п. 1, причем:

- этап (122) осуществления анализа спектра содержит определение амплитуды (A_i) изменения упомянутой скорости вращения для каждой частоты из множества частот (fрез_i),

- этап (124) сравнения содержит сравнение амплитуды (A_i), определенной для каждой частоты из множества частот (fрез_i), с упомянутым по меньшей мере одним из заранее заданных пороговых значений (A_i1, A_i2) амплитуды для каждой частоты из множества частот (fрез_i), а

- этап (126) генерации содержит генерацию сигнала тревоги, когда амплитуда (A_i), определенная для частоты (fрез_i) из множества частот (fрез_i), превышает упомянутое по меньшей мере одно из заранее заданных пороговых значений (A_i1, A_i2) амплитуды для упомянутой частоты (fрез_i).

3. Способ по п. 2, причем каждая частота из множества частот (fрез_i) является резонансной частотой подсинхронных колебаний валопровода (2).

4. Способ по п. 2, причем этап (124) сравнения содержит сравнение упомянутой амплитуды (A_i), определенной для каждой частоты из множества частот (fрез_i), с нижним заранее заданным пороговым значением (A_i1) амплитуды и верхним заранее заданным пороговым значением (A_i2) амплитуды для каждой частоты из множества частот (fрез_i).

5. Способ по п. 4, причем этап генерации содержит генерацию (126) сигнала тревоги первого типа, когда упомянутая амплитуда (A_i), определенная для частоты (fрез_i) из множества частот (fрез_i), выше, чем нижнее пороговое значение (A_i1) амплитуды, и ниже, чем верхнее пороговое значение (A_i2) амплитуды для упомянутой частоты (fрез_i).

6. Способ по п. 5, причем упомянутая паровая турбина вращает генератор (5), и при этом способ дополнительно содержит этап понижения мощности, генерируемой генератором (5), после того как сгенерирован сигнал тревоги первого типа.

7. Способ по п. 5, причем этап генерации содержит генерацию сигнала тревоги второго типа, отличающегося от упомянутого сигнала тревоги первого типа, когда амплитуда (A_i), определенная для частоты (fрез_i) из множества частот (fрез_i), выше, чем верхнее заранее заданное пороговое значение (A_i2) амплитуды для упомянутой частоты (fрез_i).

8. Способ по п. 7, дополнительно содержащий отключение упомянутой паровой турбины после того, как сгенерирован сигнал тревоги второго типа.

9. Способ по п. 1, причем этап (112) измерения содержит измерение скорости вращения упомянутого валопровода (2) во множестве моментов (t_изм) измерения в течение упомянутого периода времени (Т₀).

10. Способ по п. 9, причем этап (112) измерения содержит измерение датчиком (12) средней скорости вращения упомянутого валопровода (2) в течение периода (Т_изм) измерения, предшествующего упомянутому множеству моментов (t_изм) измерения.

11. Способ по п. 10, причем измерение датчиком (12) содержит обнаружение движения зубчатого колеса (14), установленного на упомянутом валопроводе (2), в течение упомянутого периода (Т_изм) измерения.

12. Способ по п. 10, причем упомянутый датчик является бесконтактным датчиком.

13. Способ по п. 1, причем этап осуществления анализа спектра содержит применение быстрого преобразования Фурье (БПФ) к упомянутому сигналу.

14. Система для контроля подсинхронных крутильных колебаний валопровода (2) паровой турбины (4), содержащая:

- устройство (11) для измерения скорости, выполненное с возможностью измерения скорости вращения упомянутого валопровода (2) в течение периода времени (Т₀) и генерирования, исходя из измеренной скорости вращения, значений скорости, образующих сигнал, указывающий на упомянутую скорость вращения в течение упомянутого периода времени (Т₀);

- блок (20) анализа, выполненный с возможностью осуществлять анализ спектра упомянутого сигнала и определять амплитуду (A_i) изменения упомянутой скорости вращения для по меньшей мере одной частоты (fрез_i), причем упомянутый блок (20) анализа дополнительно выполнен с возможностью сравнивать упомянутую амплитуду (A_i) с по меньшей мере двумя заранее заданными пороговыми значениями (A_i1, A_i2) амплитуды для упомянутой по меньшей мере одной частоты (fрез_i), причем упомянутые по меньшей мере два заранее заданные пороговые значения амплитуды содержат нижнее заранее заданное пороговое значение (A_i1) амплитуды и верхнее заранее заданное пороговое значение (A_i2) амплитуды, и генерировать сигнал тревоги, когда упомянутая амплитуда (A_i) ниже нижнего заранее заданного порогового значения (A_i1) амплитуды и выше верхнего заранее заданного порогового значения (A_i2) амплитуды, и

блок управления, выполненный с возможностью частичного закрытия клапана при получении сигнала тревоги, для управления количеством пара, подаваемого в турбину, когда значение упомянутой амплитуды (A_i) находится между верхним заранее заданным пороговым значением (A_i2) амплитуды и нижним заранее заданным пороговым значением (A_i1) амплитуды.

15. Система по п. 14, причем упомянутое устройство (11) для измерения скорости содержит по меньшей мере один датчик (12) скорости.