一種發(fā)電機(jī)軸系扭振分量提取設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及提取發(fā)電機(jī)軸系扭振分量的技術(shù)，具體地，涉及一種發(fā)電機(jī)軸系扭振 分量提取設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)電機(jī)組軸系的主要功能是傳遞扭矩，負(fù)載、驅(qū)動(dòng)力及其它外界變化都會(huì)造成扭 振，扭振產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致軸的疲勞損壞。對(duì)于火電機(jī)組來(lái)說(shuō)，扭振問(wèn)題主要體現(xiàn)在次同 步振蕩上，次同步振蕩是電力系統(tǒng)穩(wěn)定的一個(gè)重要問(wèn)題，發(fā)電機(jī)的次同步振蕩問(wèn)題會(huì)造成 汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系損壞。因而，實(shí)施有效補(bǔ)償措施來(lái)消除扭振分量的影響，以保持發(fā)電機(jī) 組的運(yùn)行穩(wěn)定是非常重要的，所以，亟需一種能夠準(zhǔn)確測(cè)量發(fā)電機(jī)組軸系扭振分量的方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)電機(jī)軸系扭振分量提取設(shè)備和方法，用于解決準(zhǔn)確測(cè) 量發(fā)電機(jī)組軸系扭振分量的問(wèn)題。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種發(fā)電機(jī)軸系扭振分量提取設(shè)備，該設(shè)備包 括：測(cè)速裝置，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，得到轉(zhuǎn)速信號(hào)；轉(zhuǎn)速板卡，通過(guò)擴(kuò)展測(cè)量周期的測(cè) 量方式得到多個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率，并對(duì)所述多個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率進(jìn)行合成及光電轉(zhuǎn)換，得 到光轉(zhuǎn)速信號(hào)；以及數(shù)據(jù)處理器，用于對(duì)所述光轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行處理，得到扭振分量。
[0005] 相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種發(fā)電機(jī)軸系扭振分量提取方法，該方法包括：測(cè)量發(fā) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速，得到轉(zhuǎn)速信號(hào)；通過(guò)擴(kuò)展測(cè)量周期的測(cè)量方式得到多個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率，并對(duì) 所述多個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率進(jìn)行合成及光電轉(zhuǎn)換，得到光轉(zhuǎn)速信號(hào)；以及對(duì)所述光轉(zhuǎn)速信號(hào) 進(jìn)行處理，得到扭振分量。
[0006] 通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過(guò)對(duì)擴(kuò)展測(cè)量周期的測(cè)量方式得到的多個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào) 的頻率進(jìn)行處理來(lái)得到扭振分量，大大提高了轉(zhuǎn)速信號(hào)的測(cè)量精度，從而可以準(zhǔn)確地測(cè)量 發(fā)電機(jī)組軸系扭振分量。
[0007] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具 體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0009] 圖1是本發(fā)明提供的發(fā)電機(jī)軸系扭振分量提取設(shè)備的框圖；
[0010] 圖2是本發(fā)明提供的測(cè)量被測(cè)信號(hào)的周期的示意圖；
[0011] 圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的發(fā)電機(jī)軸系扭振分量提取設(shè)備的框圖；以及
[0012] 圖4是本發(fā)明提供的發(fā)電機(jī)軸系扭振分量提取方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描 述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0014] 圖1是本發(fā)明提供的發(fā)電機(jī)軸系扭振分量提取設(shè)備的框圖，如圖1所示，該設(shè)備包 括測(cè)速裝置、轉(zhuǎn)速板卡和數(shù)據(jù)處理器。測(cè)速裝置用于測(cè)量發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，得到轉(zhuǎn)速信號(hào)；轉(zhuǎn) 速板卡通過(guò)擴(kuò)展測(cè)量周期的測(cè)量方式得到多個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率，并對(duì)該多個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻 率進(jìn)行合成及光電轉(zhuǎn)換，得到光轉(zhuǎn)速信號(hào)；數(shù)據(jù)處理器用于對(duì)該光轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行處理，得到 扭振分量。
[0015] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，轉(zhuǎn)速信號(hào)為信號(hào)脈沖，因而可以通過(guò)轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率 來(lái)表不發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0016] 其中，擴(kuò)展測(cè)量周期的操作包括：分別以每個(gè)測(cè)量周期為起點(diǎn)測(cè)量連續(xù)的M個(gè)測(cè) 量周期所持續(xù)的時(shí)間，然后根據(jù)多個(gè)所測(cè)量的持續(xù)時(shí)間，確定多個(gè)所述轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率，其 中每個(gè)周期為兩相鄰脈沖間的間隔時(shí)間，M為正整數(shù)。也就是說(shuō)，例如，從第1個(gè)測(cè)量周期 至第M個(gè)測(cè)量周期的時(shí)間為一周期測(cè)量值（這里周期測(cè)量值即為M個(gè)測(cè)量周期所持續(xù)的時(shí) 間），從第2個(gè)測(cè)量周期至第M+1個(gè)測(cè)量周期的時(shí)間為一周期測(cè)量值，這樣在第M個(gè)測(cè)量周 期之后的每個(gè)測(cè)量周期均可以得到一個(gè)M個(gè)測(cè)量周期的測(cè)量值。顯然，測(cè)量M個(gè)測(cè)量周期 比測(cè)量1個(gè)測(cè)量周期的誤差小M倍。
[0017] 下面結(jié)合圖2具體分析測(cè)量1個(gè)測(cè)量周期與測(cè)量M個(gè)測(cè)量周期之間的誤差的區(qū) 另IJ。在測(cè)量1個(gè)測(cè)量周期的情況下，如圖2所示，
[0018] Tx=NT0 (1)
[0019] 其中，Tx為被測(cè)信號(hào)1的周期，T。為同步信號(hào)2的脈沖周期，通過(guò)公式（1)得到的 被測(cè)信號(hào)的周期T x的誤差為：
[0020] ΔΤΧ= T。· ΔΝ+Ν · T。 （2)
[0021] 則相對(duì)誤差為：
[0022]
:( 3 )
[0023] 以上公式（3)中第二項(xiàng)
實(shí)際上是系統(tǒng)的時(shí)基誤差，時(shí)基誤差通常取決于系統(tǒng) 的晶振頻率穩(wěn)定度，而與被測(cè)信號(hào)的頻率無(wú)關(guān)，此外，由于時(shí)基誤差在10 6~10 9之間，所以 在所要求的相對(duì)誤差未接近該范圍時(shí)可以忽略該部分，從而，相對(duì)誤差為：
[0024]
(4)
[0025] 此外，量化誤差ΔΝ= ±1(在實(shí)際情況中，往往ΔΝ彡1)，代入公式（4)，得到
[0026]
(5；
[0027] 通過(guò)公式（5)可以看出，計(jì)時(shí)次數(shù)N的大小基本決定了相對(duì)誤差
的大小，所 以，顯然N越大越好。
[0028] 通過(guò)公式⑴可以得到：
[0029]
(6)
[0030] 在公式（6)中，T。由系統(tǒng)時(shí)鐘確定，而1\則隨被測(cè)周期數(shù)量而變，因而可以通過(guò)增 大T x來(lái)增大N，然而T x無(wú)法隨意改變，所以可以通過(guò)測(cè)量多個(gè)T .來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，也就是采 用周期擴(kuò)展法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
[0031] 令：Tx' =MTx (7)
[0032] 其中，M= 1，2, 3,……。
[0033] 將公式⑴代入公式（7)中，可以得到：
[0034] Tx，= MTx= MNT。= Ν，· T。(8)
[0035] 在公式（8)中，令 Ν' = ΜΝ。
[0036] 通過(guò)公式⑶并代入公式（5)可以得到：
[0037]
(9)
[0038] 可以看出，在測(cè)量M個(gè)1；的情況下，計(jì)時(shí)次數(shù)Ν'也隨之為N的M倍，從而使相對(duì) 誤差縮小為原來(lái)的1/Μ。所以只要選取合適的Μ，就能滿(mǎn)足所要求的相對(duì)誤差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)被 測(cè)頻域內(nèi)的等精度測(cè)量。
[0039] 但是考慮到測(cè)量的實(shí)時(shí)性，M不可能無(wú)限大，因?yàn)棣?越大，則所需的時(shí)間越長(zhǎng)。
[0040] 圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的發(fā)電機(jī)軸系扭振分量提取設(shè)備的框圖。如圖3 所示，測(cè)速裝置包括磁阻測(cè)速傳感器和轉(zhuǎn)速測(cè)速板，其中，磁阻測(cè)速傳感器通過(guò)轉(zhuǎn)速探頭測(cè) 量得到表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的交流電壓信號(hào)；轉(zhuǎn)速測(cè)速板用于根據(jù)所述表示發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的 交流電壓信號(hào)得到轉(zhuǎn)速信號(hào)。
[0041] 磁阻測(cè)速傳感器輸出的交流電壓信號(hào)為接近正弦波的交流電壓信號(hào)，該信號(hào)的頻 率為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與測(cè)速齒輪的乘積，因而，轉(zhuǎn)速測(cè)速板通過(guò)磁阻測(cè)速傳感器所輸出的交 流電壓信號(hào)的頻率就可以得到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其中，包括轉(zhuǎn)速探頭的磁阻測(cè)速傳感器發(fā)出 電轉(zhuǎn)速信號(hào)，并通過(guò)航空插頭接入轉(zhuǎn)速測(cè)速板。
[0042] 如圖3所示，轉(zhuǎn)速板卡包括模擬信號(hào)預(yù)處理單元、FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）、 DDS (直接數(shù)字式頻率合成器）、光電轉(zhuǎn)換單元。轉(zhuǎn)速板卡放置于發(fā)電機(jī)組附近的轉(zhuǎn)速柜內(nèi)， 轉(zhuǎn)速板卡可以測(cè)量測(cè)速裝置的一路信號(hào)，輸出兩路完全相同的光轉(zhuǎn)速信號(hào)，分配到不同的 控制器使用，用于冗余功能。一路光轉(zhuǎn)速信號(hào)包括兩個(gè)光信號(hào)，其中一個(gè)光信號(hào)（W信號(hào)） 包含轉(zhuǎn)速信息，即轉(zhuǎn)速信號(hào)，另一個(gè)光信號(hào)（Μ信號(hào)）包含了轉(zhuǎn)速測(cè)量、轉(zhuǎn)換及其傳送的狀態(tài) 信息，即設(shè)備和光纜監(jiān)視信息。
[0043] 其中，模擬信號(hào)預(yù)處理單元用于對(duì)測(cè)速裝置（具體為圖3中的轉(zhuǎn)速測(cè)速板）得到 的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字化的轉(zhuǎn)速信號(hào)，該模擬信號(hào)預(yù)處理單元包括了保護(hù)、濾 波、過(guò)零等電