一种计算发电机组甩负荷转子初始加速度的方法

摘要

本发明实施例提供一种计算发电机组甩负荷转子初始加速度的方法，包括：在大型汽轮机发电机组甩负荷试验时，断开汽轮发电机出口主开关，转速开始飞升，同时触发电超速保护信号从而引起电超速保护电磁阀动作；采集汽轮发电机组转子的甩负荷转速飞升曲线；针对汽轮发电机组转子，从所采集的甩负荷转速飞升曲线上按其预设采样间隔自转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭时间间隔内选取转速飞升数据；所选取的转速飞升数据分组依次进行一阶线性拟合，根据拟合结果求解转子初始加速度a

说明书

技术领域

本发明涉及发电领域，具体涉及一种计算发电机组甩负荷转子初始加速度的方法。

背景技术

大型汽轮发电机转子，由高中压转子、低压转子以及发电机转子通过联轴器连接，其几何形状复杂，质量分布也不均匀，制造厂较难给出一个转子转动惯量准确值，因此主要通过常规法甩负荷试验方法进行测取。采用现有技术方法对蒙西电网已有机组甩负荷试验转子转动惯量进行计算，其结果如图6、图7所示，计算偏差在0.02％-34.15％之间，误差太大，不确定性高，可用性低。

转速测量过程中存在多个测量环节误差及环境噪声(比如电磁干扰之类的)，对测量结果影响较大；而且手动绘制初始转速飞升速率的切线误差很大且引入人为因素的不确定性，对于转子转动惯量的计算结果有很大影响。

发明内容

本发明实施例提供一种计算发电机组甩负荷转子初始加速度的方法，在甩负荷时，采取转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭时间范围内转速飞升数据，按照采样间隔逐点进行线性拟合求解转子初始加速度，初始加速度更接近真实值；由初始加速度计算转子转动惯量，转子转动惯量计算值与设计值偏差较小。

为达上述目的，本发明实施例提供一种计算发电机组甩负荷转子初始加速度的方法，包括：

在大型汽轮机发电机组甩负荷试验时，断开汽轮发电机出口主开关，转速开始飞升，同时触发电超速保护信号从而引起电超速保护电磁阀动作，泄放危急继动油，继而引起调节汽阀关闭，汽轮机进汽量迅速降至零；

采集汽轮发电机组转子的甩负荷转速飞升曲线；

针对汽轮发电机组转子，从所采集的甩负荷转速飞升曲线上按其预设采样间隔自转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭时间间隔内选取转速飞升数据；其中，延时是指发电机出口开关断开至电超速保护电磁阀动作泄放危急继动油所产生的延时；

对所选取的转速飞升数据进行分组并依次对每组转速飞升数据进行一阶线性拟合，根据拟合结果求解转子初始加速度a

本发明实施例还提供一种计算发电机组甩负荷转子初始加速度的系统，包括：

第一数据采集单元，用于在大型汽轮机发电机组甩负荷试验的开始阶段，采集汽轮发电机组转子的甩负荷转速飞升曲线；所述大型汽轮机发电机组甩负荷试验的开始阶段是指：断开汽轮发电机出口主开关，转速开始飞升，同时触发电超速保护信号从而引起电超速保护电磁阀动作，泄放危急继动油，继而引起调节汽阀关闭，汽轮机进汽量迅速降至零；

第二数据采集单元，用于针对汽轮发电机组转子，从所采集的甩负荷转速飞升曲线上按其预设采样间隔自转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭时间间隔内选取转速飞升数据；其中，延时是指发电机出口开关断开至电超速保护电磁阀动作泄放危急继动油所产生的延时；

初始加速度计算单元，用于对所选取的转速飞升数据进行分组并依次对每组转速飞升数据进行一阶线性拟合，根据拟合结果求解转子初始加速度a

本发明实施例还提供一种发电机组甩负荷转子转动惯量的方法，包括：

在大型汽轮机发电机组甩负荷试验时，断开汽轮发电机出口主开关，转速开始飞升，同时触发电超速保护信号从而引起电超速保护电磁阀动作，泄放危急继动油，继而引起调节汽阀关闭，汽轮机进汽量迅速降至零；

采集汽轮发电机组转子的甩负荷转速飞升曲线，以及采集计算转动惯量的其他相关参数，所述计算转动惯量的其他相关参数包括：甩负荷前机组功率、发电机效率；

针对汽轮发电机组转子，从所采集的甩负荷转速飞升曲线上按其预设采样间隔自转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭时间间隔内选取转速飞升数据；其中，延时是指发电机出口开关断开至电超速保护电磁阀动作泄放危急继动油所产生的延时；

对所选取的转速飞升数据进行分组并依次对每组转速飞升数据进行一阶线性拟合，根据拟合结果求解转子初始加速度a

通过转子初始加速度a

上述技术方案具有如下有益效果：在甩负荷时，采取转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭时间范围内转速飞升数据，按照采样间隔逐点进行线性拟合求解转子初始加速度，初始加速度更接近真实值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种计算发电机组甩负荷转子初始加速度的方法流程图；

图2是本发明实施例的所采集的甩负荷转速飞升曲线；

图3是本发明实施例的某东汽CJK350-24.2/566/566甩负荷试验转子初始加速度的采集数据与拟合曲线；

图4是本发明实施例的汽轮机CJK350/353-24.2/1.5/566/566甩负荷试验转子初始加速度的采集数据与拟合曲线；

图5是本发明实施例的汽轮机LZN-5.7/0.58甩负荷试验转子初始加速度的采集数据与拟合曲线；

图6是现有技术的转子初始加速度的采集数据与拟合曲线方法；

图7是现有技术的转子转动惯量与出厂设计值的比对图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，结合本发明的实施例，提供一种计算发电机组甩负荷转子初始加速度的方法，包括：

S101：在大型汽轮机发电机组甩负荷试验时，断开汽轮发电机出口主开关，转速开始飞升，同时触发电超速保护信号从而引起电超速保护电磁阀动作，泄放危急继动油，继而引起调节汽阀关闭，汽轮机进汽量迅速降至零；

S102：采集汽轮发电机组转子的甩负荷转速飞升曲线；

S103：针对汽轮发电机组转子，从所采集的甩负荷转速飞升曲线上按其预设采样间隔自转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭时间间隔内选取转速飞升数据；其中，延时是指发电机出口开关断开至电超速保护电磁阀动作泄放危急继动油所产生的延时；

S104：对所选取的转速飞升数据进行分组并依次对每组转速飞升数据进行一阶线性拟合，根据拟合结果求解转子初始加速度a

在甩负荷时，采取转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭时间范围内转速飞升数据，按照采样间隔逐点进行线性拟合求解转子初始加速度，初始加速度更接近真实值；由初始加速度计算转子转动惯量，转子转动惯量计算值与设计值偏差较小，即：通过转子初始加速度a

优选地，共选取了连续的n个采样间隔的转速飞升数据；其中，n等于转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭的总时间与预设采样间隔之商；

步骤104中，所述对所选取的转速飞升数据进行分组并依次对每组转速飞升数据进行一阶线性拟合，具体包括：

S1041：按采样时间顺序，将第1个采样间隔内的所有转速飞升数据作为第1组数据，将前2个采样间隔内的所有转速飞升数据作为第2组数据，依次类推，将前n个采样间隔内的所有转速飞升数据作为第n组数据，共得到n组数据；

S1042：对每组内的所有转速数据分别进行一阶线性拟合，形成n条一阶线性拟合曲线。

优选地，步骤104中，所述根据拟合曲线求解转子初始加速度a

S1043：自第1条一阶线性拟合曲线开始依次求解每条一阶线性拟合曲线的斜率，将斜率作为该时间段内的瞬时加速度；将各瞬时加速度的平均值作为转子初始加速度a

优选地，在所述求解每条一阶线性拟合曲线的斜率，将斜率作为该时间段内的瞬时加速度之后，还包括：

S105：自第1条一阶线性拟合曲线相应的瞬时加速度开始，依次将各瞬时加速度依据绘制在坐标图上；

S106：根据坐标图，删除甩负荷初期由于转子转速剧烈变化和半速涡动所造成的瞬时加速度上下剧烈波动的值，选择瞬时加速度逐渐趋于平稳的值；将所选择的趋于平稳的瞬时加速度值求平均值得到转子初始加速度a

优选地，为各种汽轮机发电机组设置相应的采样间隔，所述采样间隔使得能够使得在不同汽轮机发电机组的延时内获取相应预设数量的转速飞升数据。

优选地，大型汽轮机发电机组甩负荷试验包括：对汽轮机发电机组分别进行甩50％额定负荷试验及甩100％额定负荷试验。

优选地，通过转子初始加速度a

本发明还提供一种计算发电机组甩负荷转子初始加速度的系统，包括：

第一数据采集单元21，用于在大型汽轮机发电机组甩负荷试验的开始阶段，分别采集汽轮发电机组转子的甩负荷转速飞升曲线；所述大型汽轮机发电机组甩负荷试验的开始阶段是指：断开汽轮发电机出口主开关，转速开始飞升，同时触发电超速保护信号从而引起电超速保护电磁阀动作，泄放危急继动油，继而引起调节汽阀关闭，汽轮机进汽量迅速降至零；

第二数据采集单元22，用于针对汽轮发电机组转子，从所采集的甩负荷转速飞升曲线上按其预设采样间隔自转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭时间间隔内选取转速飞升数据；其中，延时是指发电机出口开关断开至电超速保护电磁阀动作泄放危急继动油所产生的延时；

初始加速度计算单元23，用于对所选取的转速飞升数据进行分组并依次对每组转速飞升数据进行一阶线性拟合，根据拟合结果求解转子初始加速度a

优选地，共选取了连续的n个采样间隔的转速飞升数据；其中，n等于转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭的总时间与预设采样间隔之商；

所述初始加速度计算单元23包括：

数据分组子单元231，用于按采样时间顺序，将第1个采样间隔内的所有转速飞升数据作为第1组数据，将前2个采样间隔内的所有转速飞升数据作为第2组数据，依次类推，将前n个采样间隔内的所有转速飞升数据作为第n组数据，共得到n组数据；

拟合子单元232，用于对每组内的所有转速数据分别进行一阶线性拟合，形成n条一阶线性拟合曲线。

优选地，所述初始加速度计算单元23包括：

初始加速度计算子单元，用于自第1条一阶线性拟合曲线开始依次求解每条一阶线性拟合曲线的斜率，将斜率作为该时间段内的瞬时加速度，将各瞬时加速度的平均值作为转子初始加速度a

优选地，还包括：

绘制单元24，用于在所述求解每条一阶线性拟合曲线的斜率，将斜率作为该时间段内的瞬时加速度之后，自第1条一阶线性拟合曲线相应的瞬时加速度开始，依次将各瞬时加速度依据绘制在坐标图上；

数据筛选单元25，用于根据坐标图，删除甩负荷初期由于转子转速剧烈变化和半速涡动所造成的瞬时加速度上下剧烈波动的值，选择瞬时加速度逐渐趋于平稳的值；将所选择的趋于平稳的瞬时加速度值求平均值得到转子初始加速度a

优选地，为各种汽轮机发电机组设置相应的采样间隔，所述采样间隔使得能够使得在不同汽轮机发电机组的延时内获取相应预设数量的转速飞升数据。

优选地，大型汽轮机发电机组甩负荷试验包括：对汽轮机发电机组分别进行甩50％额定负荷试验及甩100％额定负荷试验。

优选地，通过转子初始加速度a

本发明还提供一种发电机组甩负荷转子转动惯量的方法，包括：

S301：在大型汽轮机发电机组甩负荷试验时，断开汽轮发电机出口主开关，转速开始飞升，同时触发电超速保护信号从而引起电超速保护电磁阀动作，泄放危急继动油，继而引起调节汽阀关闭，汽轮机进汽量迅速降至零；

S302：采集汽轮发电机组转子的甩负荷转速飞升曲线，以及采集计算转动惯量的其他相关参数，所述计算转动惯量的其他相关参数包括：甩负荷前机组功率、发电机效率；

S303：针对汽轮发电机组转子，从所采集的甩负荷转速飞升曲线上按其预设采样间隔自转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭时间间隔内选取转速飞升数据；其中，延时是指发电机出口开关断开至电超速保护电磁阀动作泄放危急继动油所产生的延时；

S304：对所选取的转速飞升数据进行分组并依次对每组转速飞升数据进行一阶线性拟合，根据拟合结果求解转子初始加速度a

S305：通过转子初始加速度a

优选地，共选取了连续的n个采样间隔的转速飞升数据；其中，n等于转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭的总时间与预设采样间隔之商；

步骤304中，所述对所选取的转速飞升数据进行分组并依次对每组转速飞升数据进行一阶线性拟合，具体包括：

S3041：按采样时间顺序，将第1个采样间隔内的所有转速飞升数据作为第1组数据，将前2个采样间隔内的所有转速飞升数据作为第2组数据，依次类推，将前n个采样间隔内的所有转速飞升数据作为第n组数据，共得到n组数据；

S3042：对每组内的所有转速数据分别进行一阶线性拟合，形成n条一阶线性拟合曲线。

优选地，步骤304中，所述根据拟合曲线求解转子初始加速度a

S3042：自第1条一阶线性拟合曲线开始依次求解每条一阶线性拟合曲线的斜率，将斜率作为该时间段内的瞬时加速度，将各瞬时加速度的平均值作为转子初始加速度a

优选地，在所述求解每条一阶线性拟合曲线的斜率，将斜率作为该时间段内的瞬时加速度之后，还包括：

S306：自第1条一阶线性拟合曲线相应的瞬时加速度开始，依次将各瞬时加速度绘制在坐标图上；

S307：根据坐标图，删除甩负荷初期由于转子转速剧烈变化和半速涡动所造成的瞬时加速度上下剧烈波动的值，选择瞬时加速度逐渐趋于平稳的值；将所选择的趋于平稳的瞬时加速度值求平均值得到转子初始加速度a

优选地，为各种汽轮机发电机组设置相应的采样间隔，所述采样间隔使得能够使得在不同汽轮机发电机组的延时内获取相应预设数量的转速飞升数据。

优选地，大型汽轮机发电机组甩负荷试验包括：对汽轮机发电机组分别进行甩50％额定负荷试验及甩100％额定负荷试验。

优选地，通过转子初始加速度a

优选地，所述对大型汽轮机发电机组不同工况包括：超临界、一次中间再热、双缸双排汽、单轴、七级回热、间接空冷、凝汽式汽轮机。

转动惯量设计值是汽轮机厂家的设计值，但由于各种原因存在无法确认转动惯量设计值是多少，所以需要甩负荷试验来计算转动惯量。不同的转子转动惯量对电力系统稳定器参数整定计算的影响及对发电机振荡的抑制效果也不尽相同。所以需要通过负荷试验获取相关数据来计算转动惯量值。

本发明涉及一种计算发电机组甩负荷转子最大加速度(转子初始加速度)的方法、以及采用该转子最大加速度计算发电机转子转动惯量。对(大型)汽轮机发电机组的不同工况分别行甩50％甩负荷试验及100％甩负荷试验，试验前机组带额定负荷稳定运行，各主辅设备、系统运行良好，超速试验，阀门关闭时间及严密性试验合格，高低压旁路暖管备用。通过甩负荷计算初始加速的示例如下：

第一示例，某东汽CJK350-24.2/566/566超临界、一次中间再热、双缸双排汽、单轴、七级回热、间接空冷、凝汽式汽轮机分别进行甩50％甩负荷试验及100％甩负荷试验。机组甩负荷时，运行人员强制断开汽轮机发电机出口主开关，产生的电超速保护信号将引起电超速保护电磁阀动作，泄放危急继动油，继而引起调节汽阀关闭，汽轮机进汽量迅速降至零。延时一段时间后，电超速保护电磁阀复位，危急继动油压重新建立，调节汽阀逐渐开至所需要的位置。且在机组甩负荷开始时转速飞升。其中，延时是指发电机出口开关断开至电超速保护电磁阀动作泄放危急继动油所产生的延时。

对甩负荷转速飞升数据，以转速开始飞升为时间起点，比如转速由额定转速3000转开始加速飞升，选取调节汽阀延迟关闭时间内的数据点，如图2，数据采样频率为2000Hz，即采样间隔为0.5ms，不同机组的采样率可能不一样。每0.5ms对增加的数据点重新进行一阶线性拟合，求解(转子最大加速度)转子初始加速度a

式中，J—转子转动惯量，kg/m

采取对转速开始飞升至调节汽阀延迟关闭时间范围内转速飞升数据共0.25s按照采样间隔逐点进行线性拟合求解转子最大加速度的方法，如表1。进一步，由图3可知，在转速飞升的初始阶段，调节汽阀尚未关闭，转速剧烈变化，经过0.05s之后，转子加速度逐渐趋于平稳，直至调节汽阀开始关闭即0.25s求解该时间段的转子加速度平均值，即可代表转子初始加速度(即转子最大加速度)，机组50％甩负荷及100％甩负荷转子转动惯量计算值与设计值偏差分别为1.08％和1.52％，转子转动惯量计算值与设计值偏差较小，通过转子初始加速度a

按照转子转动惯量计算原理来说，在调节汽阀延迟关闭时间间隔内的转子初始加速度应该为一常数，因为这段时间进汽量没有发生变化，但是由于转子半速涡动等造成的干扰，转速是一个来回波动上升的状态，造成转子加速度也是来回波动，所以将这部分干扰值去掉，可以看到随着时间轴的增长，随着拟合数据的增加，转子初始加速度逐渐趋于一个平稳值，且取调节汽阀延迟关闭时间间隔内的数据，调节汽阀尚未关闭，进汽量也尚未发生变化，因此取稳态平均值来表征转子初始加速度。通过本发明的求解初始加速度的方法使得转子转动惯量计算值更精确。

表1采样数据拟合曲线(100％甩负荷，采样间隔0.5ms,采样率2000Hz)

表2特征值计算结果(包铝03采样间隔0.5ms,采样率2000Hz)

第二示例，某东方汽轮机有限公司生产的CJK350/353-24.2/1.5/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、三缸双排汽、间接空冷、七级回热、抽汽空冷凝汽式汽轮机分别进行甩50％甩负荷试验及100％甩负荷试验，按照转子转动惯量计算原理，在调节汽阀延迟关闭时间内转速飞升曲线应趋于直线上升，转子加速度应为常数，但是通过对转速飞升试验数据进行分析可知，在发电机并网开关断开之后，转子飞升加速度是一个由巨变再到平稳的过程，因此，在人工选取时间间隔计算转子加速度的过程中应避开转速剧烈变化的时间段内的数据，这样才可以减小计算误差。瞬时加速度拟合如表3所示，转子加速度a

表3采样数据拟合曲线(机组100％甩负荷，采样间隔0.001s,采样率1000Hz)

表4特征值计算结果(双欣02采样间隔0.001s，采样率1000Hz)

第三示例，某南京汽轮机厂生产的LZN-5.7/0.58型双压，单轴，单缸，冲动，凝汽式汽轮机转子加速度a

表5特征值计算结果(苏里格01/02采样间隔0.2ms,采样率5000Hz)

对大型汽轮机机组进行甩负荷试验，能够检验调节系统动态特性是否符合设计及运行要求，根据甩负荷试验数据还能计算动态超调量、转子时间常数及转子转动惯量等特征值。并且转子转动惯量在测功法甩负荷试验计算飞升转速以及研究电力系统稳定器参数整定计算、动态特性和系统的安全性等方面均具有重要意义。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。