核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统，核电汽轮发电机组连接升压变压器，升压变压器连接输电线路一端，输电线路另一端接入无穷大母线系统；考核评估系统包括三处故障点：出口故障点，位于发电机组和升压变压器之间；近处故障点，位于输电线路靠近升压变压器的一端；输电线路故障点，位于输电线路上；分别在上述三处故障点及相角差误并列的电气扰动工况下，计算核电汽轮发电机组轴系考核截面的扭振疲劳寿命损耗；将计算结果与设定的标准比较，从而对核电汽轮发电机组轴系扭振进行评估。本发明专利技术还提供了一种核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估方法。本发明专利技术提供的系统及方法兼具通用性和实用性，可以更全面、更接近实际情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发电设备成套设计
，具体涉及一种核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统及方法。
技术介绍
电力系统短路故障以及发电机组误同期合闸、线路重合闸等操作，会对发电机组产生较为剧烈的暂态扭矩冲击作用，激发轴系扭振，引起扭振疲劳寿命损耗，危及发电机组轴系的安全。因此，在大容量汽轮发电机组轴系设计时，都要进行扭振安全的考核评估。目前，国内设备制造厂基本上仍沿用火电机组轴系扭振考核计算的技术和经验，对核电机组进行轴系扭振考核计算，主要以机端两相短路和三相短路为考核工况，把电力系统的扰动作用简化为一个短路力矩方程，在此基础上采用汽轮发电机组轴系扭振计算程序进行扭振响应计算和扭应力考核评估。不过，已有研究表明，发电机组在快速自动重合闸以及误同期合闸并网等工况下引起的轴系最大扭应力和疲劳寿命损耗，可能比机端两相短路或三相短路工况对应的数值要大；因此，仅采用短路力矩方程进行轴系扭振安全考核评估，有一定的局限性(“电力系统大扰动对百万千瓦级核电半速机组轴系扭振的影响评估”，汽轮机技术，2012，54(4)：290-292，294)。大容量核电机组对设备安全性有更高的要求，在进行轴系扭振考核评估时，有必要考虑更全面、更复杂的因素。但是，目前国内外还缺少兼具通用性和实用性、且更全面接近实际情况的核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统及方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种兼具通用性和实用性、且更全面接近实际情况的核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供一种核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统，其特征在于：核电汽轮发电机组连接升压变压器，升压变压器连接输电线路一端，输电线路另一端接入无穷大母线系统；考核评估系统包括三处故障点：A、出口故障点，位于发电机组和升压变压器之间；B、近处故障点，位于输电线路靠近升压变压器的一端；C、输电线路故障点，位于输电线路上；分别在以下电气扰动工况下，计算核电汽轮发电机组轴系考核截面的扭振疲劳寿命损耗：1)所述出口故障点处两相/三相短路故障；2)所述近处故障点处两相/三相短路故障及清除；3)90°/120°/135°/180°相角差误并列；4)一回输电线路单相短路故障及重合闸成功/不成功；将上述计算结果与设定的标准比较，从而对核电汽轮发电机组轴系扭振进行评估。优选地，所述输电线路总电抗为接入点戴维南等值电抗。更优选地，所述输电线路总电抗为如采用双回输电线路则每回电抗为优选地，所述近处故障点处两相/三相短路故障的清除分两种情况：1、清除时间小于150ms；2、清除时间大于150ms但小于临界清除时间。优选地，所述考核截面包括轴系各个轴承的轴颈部位以及采用红套联轴器的主轴部位。优选地，所述考核评估系统的特性参数有：发电机的额定电压UGN、额定功率PGN和功率因数cosφ；升压变压器两侧绕组的额定电压ULN和UHN，升压变压器额定容量STN，升压变压器短路电抗XT；输电线路额定电压UN，系统短路电流IS。更优选地，所述系统短路电流IS取值为40～60kA，升压变压器短路电抗XT取值为0.10～0.18pu，升压变压器额定电压ULN＝UGN、UHN＝(1.05～1.10)UN，升压变压器额定容量STN＝(1.15～1.25)PGN。本专利技术还提供了一种核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估方法，采用上述的核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统，包括以下步骤：步骤1、收集发电机组扭振研究的机电模型参数；步骤2、建立考核评估系统及电气扰动的模型，仿真计算各个考核工况下考核截面的扭矩响应；步骤3、根据扭矩响应曲线和疲劳寿命曲线，计算各个工况下考核截面的扭振疲劳寿命损耗；步骤4、根据考核截面的扭振疲劳寿命损耗评估轴系扭振安全性；如评估结果是安全的，则通过考核；如评估结果不是安全的，则需对轴系扭振优化设计并重新进行考核评估。优选地，所述步骤1中，发电机组扭振研究的机电模型参数包括：1)发电机组的额定转速、额定电压、额定功率和功率因数；2)发电机电磁模型参数，包括：直轴/交轴的同步电抗、瞬变电抗和超瞬变电抗，直轴/交轴的开路/短路的瞬变时间常数、超瞬变时间常数，负序电抗和零序电抗，保梯电抗，定子漏抗，定子线圈每相电阻，转子线圈电阻和自感；3)发电机组轴系扭振分析用结构尺寸，计算得到等效模型，即等效的轴段单元的长度、外径、内径、附加惯量以及轴系的材料密度和弹性模量，由此计算得到的等效轴段的转动惯量和扭转刚度；4)汽轮机各级的功率及对应轴段的序号，由此计算得到的轴系的力矩分配系数；5)考核截面的外径、内径及对应轴段的序号，考核截面材料的抗拉强度极限和抗拉屈服极限，考核截面的疲劳寿命曲线；考核截面设定为轴系各个轴承的轴颈部位。优选地，所述步骤2中，仿真计算的时间步长取20～100μs，数据保存时间步长取200～1000μs，仿真时间到扰动后5～20s。更优选地，所述考核截面的扭矩响应曲线通常是不发散的。优选地，所述步骤3中，扭振疲劳寿命损耗计算方法采用雨流计数法和Miner累积损伤理论。优选地，所述步骤4中，轴系扭振安全性的评估依据是：发生一次出口故障点处两相/三相短路故障的最大疲劳寿命损耗小于1％～3％，发生一次近处故障点处两相/三相短路故障当清除时间小于150ms时最大疲劳寿命损耗小于3％～10％、当清除时间大于150ms但小于临界清除时间时最大疲劳寿命损耗小于5％～15％，发生一次误并列的最大疲劳寿命损耗小于7％～20％，发生一次单相重合闸的最大疲劳寿命损耗远小于0.1％。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：1、本专利技术所建立的核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统更加接近于核电机组实际扰动情况，提供了明确的系统参数确定方法，适合核电汽轮发电机组轴系设计校核。、2、本专利技术所提供的核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估方法通过多种典型电气扰动下轴系疲劳寿命损耗分析来评估轴系扭振安全性，比目前依据机端短路力矩方程的考核计算更全面、更接近实际激振情况。3、本专利技术所提供的核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统，对于越接近负荷中心的大容量机组越适合，核电机组往往靠近大负荷中心，故此评估系统更适合于具有此类负荷特征的核电机组，而依据本专利技术所提供考核评估方法计算的扭振疲劳寿命损耗往往要偏保守性些，这是对特别注重安全性的核电工业界是重要的和易于接受的。4、本专利技术提供的核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统及方法同样适合于常规火电机组汽轮发电机组，兼具通用性和实用性。附图说明图1为本实施例提供的核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统结构图；图2为本实施例提供的核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估方法流程框图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本实施例用于对一台1400MW半速核电汽轮发电机组轴系扭振进行考核评估，考核评估系统结构如图1所示，即一台1400MW半速核电汽轮发电机组经过升压变压器和双回500kV输电线路，接入无穷大母线系统。升压变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统，其特征在于：核电汽轮发电机组连接升压变压器，升压变压器连接输电线路一端，输电线路另一端接入无穷大母线系统；考核评估系统包括三处故障点：A、出口故障点，位于发电机组和升压变压器之间；B、近处故障点，位于输电线路靠近升压变压器的一端；C、输电线路故障点，位于输电线路上；分别在以下电气扰动工况下，计算核电汽轮发电机组轴系考核截面的扭振疲劳寿命损耗：1)所述出口故障点处两相/三相短路故障；2)所述近处故障点处两相/三相短路故障及清除；3)90°/120°/135°/180°相角差误并列；4)一回输电线路单相短路故障及重合闸成功/不成功；将上述计算结果与设定的标准比较，从而对核电汽轮发电机组轴系扭振进行评估。

【技术特征摘要】
1.一种核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统，其特征在于：核电汽轮发电机组连接升压变压器，升压变压器连接输电线路一端，输电线路另一端接入无穷大母线系统；考核评估系统包括三处故障点：A、出口故障点，位于发电机组和升压变压器之间；B、近处故障点，位于输电线路靠近升压变压器的一端；C、输电线路故障点，位于输电线路上；分别在以下电气扰动工况下，计算核电汽轮发电机组轴系考核截面的扭振疲劳寿命损耗：1)所述出口故障点处两相/三相短路故障；2)所述近处故障点处两相/三相短路故障及清除；3)90°/120°/135°/180°相角差误并列；4)一回输电线路单相短路故障及重合闸成功/不成功；将上述计算结果与设定的标准比较，从而对核电汽轮发电机组轴系扭振进行评估。2.如权利要求1所述的一种核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统，其特征在于：所述输电线路总电抗为接入点戴维南等值电抗。3.如权利要求1所述的一种核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统，其特征在于：所述近处故障点处两相/三相短路故障的清除分两种情况：1、清除时间小于150ms；2、清除时间大于150ms但小于临界清除时间。4.如权利要求1所述的一种核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统，其特征在于：所述考核截面包括轴系各个轴承的轴颈部位以及采用红套联轴器的主轴部位。5.如权利要求1所述的一种核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统，其特征在于：所述考核评估系统的特性参数有：发电机的额定电压UGN、额定功率PGN和功率因数cosφ；升压变压器两侧绕组的额定电压ULN和UHN，升压变压器额定容量STN，升压变压器短路电抗XT；输电线路额定电压UN，系统短路电流IS。6.如权利要求5所述的一种核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估系统，其特征在于：所述系统短路电流IS取值为40～60kA，升压变压器短路电抗XT取值为0.10～0.18pu，升压变压器额定电压ULN＝UGN、UHN＝(1.05～1.10)UN，升压变压器额定容量STN＝(1.15～1.25)PGN。7.一种核电汽轮发电机组轴系扭振考核评估方法，其特征在于：采用如权利要求1～6任一项所述的核电汽轮发电机组轴系扭振考...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙庆，蒋俊，王西田，李汪繁，钟小萍，王秀瑾，
申请(专利权)人：上海发电设备成套设计研究院，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31