大容量冲击负荷对发电机组的影响

Ｄｉａｎｑｉｇｏｎｇｃｈｅｎｇ　ｙｕ　Ｚｉｄｏｎｇｈｕａ￣．电气Ｔ程与自动化麓　！　！！！！！！！！！！！！！　！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！星　大容量冲击负荷对发电机组的影响　郭晓亮马利双　（６１７６９部队，黑尼　Ｅ哈尔滨１５００３９）　摘要：人容量冲击负荷的运行对发电机组运行的安全稳定造成了不良的影响。主要从冲击负荷投入和退出运行时产生的对发电机组轴系　的钎态扭矩冲击的角度，浅析了如何评估冲击负荷对发电机组的影响，提出了利用轴系疲劳损耗和电磁功率变化量进行评估的方法。　关键词：冲击负荷；发电机；影响；评估　１　前言　３冲击负荷对机组影响的评估　随着现代工业的发展，大容量非线性负荷不断增加，且其分布　在电气行业中已经仃很多人进行过订关冲击负荷对发电机组　越来越广泛。这类负荷在运行中具有非常强的随机性和冲击性，在　端电压和频率的影响的研究，而且．国家标准ＧＢ７０６４－－８６《汽轮发　其启动阶段所产生的瞬时功率往往可以达到额定功率的数倍甚至　电机通用技术条件》中有明确规定：发电机在额定功率因数、电压　数十倍，造成电网的瞬时过载，极大地影响了电网的供电质量，同　变动±５％和频率变动±２％时应能连续输出额定功率。因此冲击　时也威胁着对其供电的发电机组的正常运行。大容量冲击负荷投　负荷对发电机组的电磁系统造成的影响可以参考国家电能质量标　入或退出电网所引起的功率突变，一方面可能导致发电机组母线　准进行评估，这里就不ｌ冉赘述了。下面将主要分析冲击负荷接入电　上的电压和机组频率发生较大波动，诱发发电机组励磁系统的保　网时所引发的机组轴系扭振对发电机组运行状态的影响。　护动作；另一方面，冲击负荷接入系统时所弓ｉ起的巨大仃功冲击反　３．１　轴系的疲劳寿命损耗　作用于发电机组，会对发电机组造成剧烈的暂态扭矩冲击，其力学　作为评估冲击负荷对发电机组轴系扭振影响的直接指标，疲　作用可能激发轴系上的一系列扭振模态的振荡响应，危及发电机　劳寿命损耗的估算可以依据表现轴系特性的Ｓ—Ｎ曲线（应力一　组的安全运行。因此，大容量的冲击负荷在电网中运行会对发电机　循环曲线）进行评估，如图１所示，该曲线的基本含义是：轴截面在　组造成什么样的影响，如何评估和应对这种影响就成为～个值得　经过大小为Ｓ　的扭应力作用Ｎ次后，会发生疲劳破坏，产生裂纹，　认真思考的课题。　甚至是完全断裂。当１１－足够大时，Ｓ　所引发的疲劳损耗可以忽略不　２冲击负荷对发电机组影响的评估指标　计，即存在最小扭应力Ｓ　引发轴系的疲劳损耗，一股可以将其称　之为轴系疲劳极限。轴系疲劳寿命损耗是按照Ｍｉｎｅｒ线性累计损　当冲击负荷作用于电网时，由于发电机组和电网之问的相互　伤理论进行估算的ｌ２］，所以可以认为在扭应力Ｓ　的一次作用下　作用，可以将整个电力系统作为一个“弹性”整体进行考虑，可以认　所产生的疲劳寿命损耗为１／Ｎ，在经过ＩＴ１次循环冲击后，其疲劳　为，距负载端的电气距离越近所承受的冲击就越大，反之则越小。　损耗为ｍ／Ｎ。轴系的疲劳损耗具有非常强的隐蔽性，在单次扰动　当负荷运行的瞬间，发电机组将按照其承受的冲击功率的大小和　的冲击下机组的主轴一般不会出现严重的损坏，但当多次的冲击　机组运行惯性的大小开始一个非正常的暂态电磁过程…。通过这　引起的疲劳损耗累加存一起，超过了轴系所能承受的最大限度时，　一过程来分析冲击负荷对发电机组的影响时，我们可以从２个方　轴系才会发生突然的损坏或者断裂。在实际的应用中，发电机组轴　面进行考虑：第一，当冲击负荷接入电网时，电网中所产生的无功　系的疲劳损耗涉及到的因素很多，而且作用机理相当复杂，如轴系　和有功功率的突然上升会造成发电机组机端电雎的下降和频率　的材料特性、加工条件、载荷类型、载荷历程以及工作环境等各种　（电球转速）的波动，机组的励磁系统和调速系统会因此发生相应　因素都会在不同程度上影响发电机组轴系的疲劳损耗，因此，对于　的动作，通过提升电　和稳定频率，来抑制由于负荷接入带来的这　在复杂载荷条件下的发电机组轴系的疲劳损耗进行估算是一个相　种变化，因此，评估冲击负荷对发电机组的影响可以将发电机组的　当复杂的问题。　机端电Ｊ玉和频率的变化作为评估指标之一；第二，就发电机组而　言，原动机所产生的机械功率的变化是相对平缓的，是一个渐变的　过程，而当负荷接入电网时，电磁功率的变化是瞬时的，可以看作　是～个跳变，所以将发电机组电磁功率的变化作为评价冲击负荷　对发电机组的影响的一项指标也是具有一定的实用意义的。　上述２项评估指标是从电气系统的角度出发考查发电机组的　反应而确定的，主要依据是发电机组的电气参数的变化。而对于发　屯机组而言，任何的电气冲击最终都将反映在其机械系统上，冲击　可承受循环次数　负荷所产生的最直接的机械响应就是其引发的暂态扭矩冲击，在　图１　Ｓ—Ｎ曲线　这种冲击下发电机组的轴系出现扭振效果，进而产生较大的轴系　冲击性负荷在电网中的作用是具有常态性的，对于发电机组　扭应力，轴系在应力作用下发生疲劳，最终会导致机组轴系寿命的　而言，应对冲击性负荷的影响应该属于一种有计划的运行操作。在　损耗。所以，轴系疲劳寿命损耗可以比较准确地反映出轴系所承受　冲击负荷引发的发电机组轴系疲劳损耗的评估方面，国内外一直　的扭振冲击，也就可以将轴系疲劳损耗作为评估冲击负荷对发电　以来都未形成统一标准。国际大电网会议组织（ｃＩＧＲＥ）曾提出过　机组影响的指标，这样就可以反映出发电机组所承受的机械冲击，　一个针对汽轮发电机组轴系设计的建议，在建议中提到：有计划地　从而更直接地体现出负荷对机组的影响。所以将发电机组轴系疲　运行操作不应引起轴系疲劳损耗　］。也就是说要使发电机组在冲　劳损耗作为评价冲击负荷对发电机组的影响的一项指标具有相当　击性负荷的作用下保持运行的安全稳定就应该使负荷对发电机组　高的使用价值。　轴系造成的冲击损耗趋近于０。通过对轴系的Ｓ—Ｎ曲线的分析，　从力矩的角度考虑，应该定义轴系最大　（下转第１２３页）　机电信息２０１０年第３Ｏ期总第２７６期１２１　Ｄｉａｎｑｉｇｏｎｇｃｈｅｎｇ　ｙｕ　ｚｉｄ０ｎｇｈｕａ◆电气工程与自动化薹　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．｜ＩＩ　散后，利用小波变换对数字信号进行处理，实现对谐波的精确测　定，从而改变利用离散傅立叶变换进行处理受到局限的不利局面。　首先，小波，殳换具有自动“凋焦”性。小波可以看作是一个双窗函　数，对一信号进行小波变换相当于从这一时频窗内的信息捉取信　（４）装设隔离变压器。存重要的配电系统中，把隔离变压器就　地装设　每一个配电盘上，可以有效地防ｌ｝：３Ｎ次谐波电流从线　路传回电源，使谐波电流与配电系统相隔离。此外，存三相四线式　供电系统中，应适当增大中性线导线的截面积，要求至少与相线的　号。对于分析低频信息，这时时窗自动变宽，可对信号的低频分量　截面积相等，这样可以有效地防Ｊ卜谐波电流对中性线的危害。隔离　做概貌分析；对于检测高频信息，时窗变窄，可对信号的高频分量　变压器要适当提高其额定值，否则也会产生电压畸变和过热。　做细致的观测；其次，小波变换处理频域信息是按频带方式，而不　是按频点的方式进行处理，因此信号频率的微小波动　会对处理　［参考文献］　［１］程浩忠，张志刚，朱子述．电能质量［Ｍ］．北京：清华人学出版社，　２００６　产生很大的影响，并不要求对信号进行整周期采样。　４谐波的抑制措施　［２］王兆安．凿波抑制和尢功功率补偿［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００６　（１）增加换流装置的相数。电力系统主要的谐波源之一是换流　［３］罗安．电网谐波治理和无功补偿技术及装备［Ｍ］．北京：机械工业　装置，该装置在其直流侧和交流侧产生的特征谐波次数分别为ｐｋ　工业出，２００６　和ｐｋ±１（ｐ为整流相数或脉动数，ｋ为正整数），当脉动数由ｐ＝６增　３Ｊ￣－Ｕ　ｐ＝１２时，可以有效地消除幅值较大的低频项，从而大大降低　谐波电流的有效值。　（２）增设动态无功补偿装置。动态无功补偿装置（静ｔｌ：同步补　偿装置、静止无功补偿装置）可以补偿负荷快速变动的尢功需求，　滤出系统谐波、改善功率因数、减少向系统注入的谐波电流，降低　三相电压不平衡度，稳定母线电压等，从而提高电力系统承受谐波　的能力。此外，在谐波源处通常装设无功补偿装置。　（３）装设滤波装置。滤波装置分为有源滤波和无源滤波；有源　滤波装置是主动地预防谐波电流的产生，其原理是产生与相位相　收稿日期：２０１０—０９—１７　反的电流、负荷电流中的谐波分量大小相等来消除谐波。而尢源滤　作者简介：郭清元（１９７２一），男，广东人，电力调度工程师，研究方　波装置则由电抗器、电容器和电阻器组成，通过涧谐滤波，可有效　向：电网节能、安全町靠运行等。　地减轻谐波对电气设备的危害。　（上接第１２１页）　安全力矩Ｔ　，只要Ｔ一小于轴系疲劳极　所刈Ｊ、、　门Ｊ　／Ｊ力矩Ｔ　，　冲击负荷是正常运行负荷的一个组成部分，其运行具有常态性，而　就可以满足上述要求，即：　Ｈ随着冲击负荷的不断增多，可能会出现多个负荷同时对机组产　Ｔ一＜Ｔ　生冲击的情况，这种情况下所产生的冲击有可能超过机组轴系的　３．２机组电磁功率变化　疲劳极限，长期运行中，多次冲击累加所产生的影响就不能忽略　以疲劳寿命损耗作为评估指标对发电机组的扭振影响进行评　了，尤其在机组的轴系局部应力较为集中的情况下，更应该对这种　估时，需要采集非常详细的机械参数来确定机组的轴系疲劳极限，　影响加以重视。　而在实际应用过程中，这类参数的获取往往比较困难，也就存一定　随着工业的发展，冲击负荷将会越加频繁地出现在电网中，其　程度上限制了该评估方法的推广和使用。因此，在实践巾大多数的　对发电机组轴系的影响也会更加明显。作为发电机组运行管理人　单位会依据电磁功率的变化来评估冲击负荷对发电机组的影响。　员，应该充分重视冲击负荷对机组运行安全性方面的影响，从收集　由于冲击类负荷对机组的影响主要体现在负荷投入时的功率快速　机组轴系参数确定合理的轴系疲劳极限，以及加强轴系扭振监测　上升和结束时的功率快速下降的工况下，因此存评估冲击负荷，尤　和探伤检修２方面入手，加强冲击负荷对机组运行安全影响方面　其是大容量的冲击类负荷对发电机组的影响时，不仅要关注机组　的研究。　电磁功率变化率，同时还应考查机组电磁功率的变化量。国内的发　电机组技术协议中规定：发电机组应能承受ｌＯ％负荷阶跃而不影　［参考文献］　响其稳定运行。因此，定义功率的变化量为△Ｐｅ，只要保证△Ｐｅ小　［１］全国电压电流等级和频率标准化技术委员会．电压电流频率和电　于负荷总量的１０％即可满足发电机组稳定运行的要求，即：　能质量国家标准应用手册［ｓ］．北京：中国电力出版社，２００１　ＡＰｅ＜０．１ｐ．ｕ．　［２］张学延，黄秀珠，孙岱霞．局部应力应变法估算汽轮发电机组轴系　４结语　扭转疲劳寿命［Ｊ］．热力发电，１９９４（６）：ｌ２～１７　［３］ＣＩＧＲＥ　ＷＧ　１　１．叭Ｒｅｐｏｒｔ．Ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｔｏｒｓｉｏｎａｌ　ｓｔｒｅｓｓｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　冲击性负荷对发电机组的主要影响是对轴系的暂态扭矩冲　ｓｈａｆｔ　ｌｉｎｅｓ　ｏｆ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ．Ｓｅｃｔｉｏｎ　３：Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ　击，因此，应合理确定其疲劳极限，使轴系所承受的最大力矩小于　叨．Ｅｌｅｃｔｒａ，１９９２０￣：２７￣３２　其疲劳极限所对应的力矩；如果无法准确地获取机组轴系的疲劳　极限，也可以依据电磁功率的变化进行评估，将０．１ｐ＿ｕ＿作为电磁功　率的变化上限。当负荷对机组的冲击超出预设上限时，就应对负荷　收稿日期：２０１０—０９—１９　的接入和运行的方式进行调整，以保证机组的运行安全。　作者简介：郭晓亮（１９８４一），男，辽宁康平人，助理工程师，研究方　冲击负荷对机组的一次作用产生的影响是比较小的，但由于　向：电力系统分析、电气系统维护。　机电信息２０１０年第３Ｏ期总第２７６期１２３