一种核电机组轴系扭振在线监测系统及监测方法与流程

1.本发明涉及一种核电机组监测系统，具体讲涉及一种核电机组轴系扭振在线监测系统及监测方法。


背景技术：

2.扭转振动是旋转机械中普遍存在的一种形式的机械振动，它本质上是由于转子并非绝对刚体，而存在弹性，因而在以平均转速的旋转过程中，各弹性部件间会因各种原因而产生不同大小、不同相位的瞬时转速起伏，形成沿旋转方向的来回扭动。若扭转幅度过大，剪切应力超过弹性限度，材料就会开始出现裂纹，裂纹逐渐发展，终将导致材料断裂的恶性事故。
3.为了提高长距离输电线路的输送能力和稳定极限，电网广泛釆用了串联补偿和高压直流输电技术。当输电线路串联电容补偿后，处于平衡状态的电力系统受到扰动时，在一定条件下电气系统与发电机组相互耦合彼此互激，从而危害发电机轴系安全、造成发电机轴系的疲劳损伤或扭振破坏。另一方面，随着电力工业的迅速发展，单机容量不断增大，轴系长度加长，轴系截面积相对下降，这也较易导致机组轴系扭振现象的发生。机组轴系扭振严重时可使轴系的某些截面产生过大的交变扭应力，导致轴系冲击力或疲劳累积性损坏，直接威胁机组的安全运行。
4.核能是当前应用最为广泛的新型能源之一，具有清洁无污染、能量密度高、综合成本低、无供电间隙性等优点，且目前技术已相对比较成熟。核电厂相对于普通的发电厂其安全稳定运行的意义更为重大，核电机组和普通的汽轮组机械原理类似，同样存在着轴系扭振的风险，因此及时准确的对核电机组进行轴系扭振在线监测具有非常重要的意义。
5.现有的机组轴系扭振监测方法按测量信号的不同分为机械量测量和电气量测量两种测量方法。基于机械量测量是通过在发电机轴系两端装设齿轮片的方法实现的，这种方法的原理是利用电磁感应原理快速测量轴系的瞬时速度和轴系的机械位移偏差，从而判断是否发生了轴系扭振。
6.目前，大型汽轮发电机组普遍采用齿轮式磁电传感器进行机械量发电机转子角速度测量。基于电气量测量的机组轴系扭振监测装置一般测量三相瞬时电流值，测量信号经过滤波处理，得到其中的次同步频段信号。用于机组轴系扭振监测装置在国内外已经有所应用，但是主要存在以下问题：
7.(1)设备固定安装无法移动，接线不方便，无法用于临时性的试验场景；
8.(2)在线监测设备因实时性要求计算精度有待提高，离线设备计算量大，两者缺乏互为验证的手段；
9.(3)仅能实现监测和告警功能，不能实现数据的长期海量存储和精准分析功能。


技术实现要素：

10.基于上述问题本发明提供了一种核电机组轴系扭振在线监测系统及监测方法，用
于对核电机组轴系扭振的准确监测，具有海量暂态数据和扭振模态数据的存储和分析功能，为分析诱发轴系扭振原因、解决办法等提供数据，为核电机组安全可靠运行提供保障
11.一种核电机组轴系扭振在线监测系统，包括多个数据采集单元、数据集中处理单元和扭振分析主站；所述数据集中处理单元分别与数据采集单元和扭振分析主站通信连接；
12.所述数据采集单元安装于核电机组轴系上；用于采集核电机组的电压和/或电流信号并发送给数据集中处理单元；
13.所述数据集中处理单元，用于对接收的多个电压和电流信号进行分析处理，并将分析处理后的数据上传至所述扭振分析主站；
14.所述扭振分析主站，用于对接收的数据进行分析及显示。
15.优选的，所述核电机组的电压和/或电流信号包括：机组三相电压信号、机电三相电流信号、励磁电压信号、励磁电流信号、转速脉冲信号中的一种或几种。
16.优选的，所述数据集中处理单元包括：
17.滤波单元，用于对所述数据采集单元采集的信号进行滤波处理；
18.adc处理单元，用于对所述滤波单元处理后的信号进行adc处理，将连续的模拟量转换为离散的数字量，并形成暂态录波；
19.数字处理单元，用于对所述数字量进行功率计算、加窗、插值、离散傅里叶变换处理；
20.计算单元，用于计算出多个幅值最大的扭振模态。
21.优选的，所述数据集中处理单元和所述扭振分析主站之间利用以太网的通信方式进行数据传输。
22.优选的，所述扭振分析主站包括显示器和报警单元；
23.所述报警单元用于对所述接收的数据进行分析，当所述暂态录波超过预设的扭振定值预警定值时记录日志并发出告警信息；
24.所述显示器用于显示存储的数据及告警信息。
25.优选的，所述扭振分析主站还包括存储单元，用于对所述暂态录波和所述扭振模态进行存储。
26.一种核电机组轴系扭振在线监测方法，所述方法包括：
27.数据采集单元采集核电机组的电压和/或电流信号，并发送给数据集中处理单元；
28.所述数据集中处理单元对接收的多个电压和电流信号进行分析处理，并将分析处理后的数据上传至扭振分析主站；
29.所述扭振分析主站对接收的数据进行分析及显示。
30.优选的，所述数据采集单元采集核电机组的电压和/或电流信号，并发送给数据集中处理单元包括：
31.数据采集单元采集核电机组三相电压信号、机电三相电流信号、励磁电压信号、励磁电流信号、转速脉冲信号中的一种或几种，并将信号通过网络交换机传输到数据集中处理单元。
32.优选的，所述数据集中处理单元对接收的多个电压和电流信号进行分析处理，并将分析处理后的数据上传至扭振分析主站，包括：
33.数据集中处理单元对接收到的信号进行滤波处理，并对滤波处后的信号进行adc处理，将连续的模拟量转换为离散的数字量，并形成暂态录波；
34.对所述数字量进行功率计算、加窗、插值、离散傅里叶变换处理，计算出多个幅值最大的扭振模态；
35.将形成的暂态录波和最大扭振模态通过以太网上传至扭振分析主站进行存储和分析。
36.优选的，所述方法还包括：当所述暂态录波超过预设的扭振定值预警定值时记录日志并发出告警信息。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
38.1、本发明提供的一种核电机组轴系扭振在线监测系统，包括多个数据采集单元、数据集中处理单元和扭振分析主站；所述数据集中处理单元分别与数据采集单元和扭振分析主站通信连接；所述数据采集单元安装于核电机组轴系上；用于采集核电机组的电压和/或电流信号并发送给数据集中处理单元；所述数据集中处理单元，用于对接收的多个电压和电流信号进行分析处理，并将分析处理后的数据上传至所述扭振分析主站；所述扭振分析主站，用于对接收的数据进行分析及显示。解决了原有的同类监测设备安装接线复杂、监测不准确的问题。
39.2、本发明提供的技术方案不仅能实现监测和告警功能，还能实现数据的长期海量存储和精准分析功能，为分析诱发轴系扭振原因、解决办法等提供数据，为核电机组安全可靠运行提供保障。
附图说明
40.图1为本发明的实施例中在线监测系统的结构示意图；
41.图2为本发明实施例中在线监测系统扭振分析流程图。
具体实施方式
42.本发明公开了一种核电机组轴系扭振在线监测系统及监测方法，该装置实现了可以实现对核电机组电气信号、机械信号的高速采集，系统具有信号接入方便、可移动、配置灵活、记录时间长、多种信号综合分析互为校核的特点。系统可以完成对核电机组轴系扭振的准确监测，为分析诱发轴系扭振原因、解决办法等提供数据，为核电机组安全可靠运行提供保障。
43.实施例1：
44.一种核电机组轴系扭振在线监测系统，如图1所示：包括多个数据采集单元、数据集中处理单元和扭振分析主站；所述数据集中处理单元分别与数据采集单元和扭振分析主站通信连接；
45.所述数据采集单元安装于核电机组轴系上；用于采集核电机组的电压和/或电流信号并发送给数据集中处理单元；
46.所述数据集中处理单元，用于对接收的多个电压和电流信号进行分析处理，并将分析处理后的数据上传至所述扭振分析主站；
47.所述扭振分析主站，用于对接收的数据进行分析及显示。
48.扭振分析主站与数据集中处理单元通过以太网连接并进行数据传输；授时单元与数据采集单元通过光纤或485电缆进行连接，授时单元是针对自动化系统中的计算机、控制装置等进行校时的高科技产品，授时单元从gps/北斗卫星上获取标准的时间信号，将这些信息通过各种接口类型来传输给自动化系统中需要时间信息的设备(计算机、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置、远动rtu)，这样就可以达到整个系统的时间同步。如果授时单元失效会导致不能对装置对时，同时一段时间后影响同步采样精度，对测量精度尤其是角度测量有影响。授时单元还可以替换为统一irig-b分发模块；统一irig-b分发模块，用于分发时间信息及其时钟质量信息。数据采集单元通过网络交换机与数据集中处理单元连接；数据采集单元可以设置多个，并且能够采集机组三相电压信号、机电三相电流信号、励磁电压信号、励磁电流信号、转速脉冲信号，数据采集单元将采集的信号通过网络交换机传输到数据集中处理单元，数据集中处理单元可以实现对多个电气和机械接入量的扭振分析。
49.系统由数据采集单元、数据集中处理单元、后台分析主站系统组成，系统所有设备可以安装在一面移动式推拉屏柜上，电流采集采用开口式电流钳，接线方便，方便移动和测量。
50.数据采集单元采集核电机组三相电压信号、机电三相电流信号、励磁电压信号、励磁电流信号、转速脉冲信号中的一种或几种，并将信号通过网络交换机传输到数据集中处理单元。
51.数据集中处理单元可以实现对多个电气和机械接入量的扭振分析如图2所示：
52.所述数据集中处理单元包括：
53.滤波单元，用于对所述数据采集单元采集的信号进行滤波处理；
54.adc处理单元，用于对所述滤波单元处理后的信号进行adc处理，将连续的模拟量转换为离散的数字量，并形成暂态录波；
55.数字处理单元，用于对所述数字量进行功率计算、加窗、插值、离散傅里叶变换处理；
56.计算单元，用于计算出多个幅值最大的扭振模态。
57.数据集中处理单元的分析方法主要为fft+hanning窗+双谱线插值方法，数据集中处理单元对接收到的信号进行滤波处理，并对滤波处后的信号进行adc处理，将连续的模拟量转换为离散的数字量，并形成暂态录波；
58.对所述数字量进行功率计算、加窗、插值、离散傅里叶变换处理，计算出多个幅值最大的扭振模态；
59.将形成的暂态录波和最大扭振模态通过以太网上传至扭振分析主站进行存储和分析。
60.主要接入信号包括机组三相电压信号、三相电流信号、励磁电压信号、励磁电流信号、转速脉冲信号，对于每个接入量和计算的功率信息可以给出前4个幅值最大的扭振模态，包含扭振模态的频率、幅值、角度、幅值占比(与基波量相比)。
61.所有扭振模态数据支持实时显示、实时趋势图，可以支持长期存储，支持24小时数据浏览功能，并可自动查询幅值最大值、最小值和平均值。
62.系统具备暂态数据不间断录波功能，数据通过采集单元采集后上传后台主站，暂
态数据支持存储7天，循环覆盖，暂态数据可以用于使用第三方工具对已测的系统扭振模态进行比对和校核功能。
63.扭振分析主站通过设置扭振定值预警定值，当发生定值越限时记录日志、发出告警信息，日志可存储1000条并可以进行快速查询。
64.实施例2：
65.可移动式核电机组轴系扭振综合在线监测系统，在某大型核电站进行了现场试验。该核电站汽轮机额定功率为1755mw，汽轮机的轴长达75米，轴系存在扭振的风险较高。现场在线监测系统，主要对发电机机端电压、定子电流、励磁电压、励磁电流进行了实时监测，并成功检测出了上述电气量中异常的次同步分量。通过对相关录波进行fft分析，可定量分析发电机相关电气量的次同步分量。
66.实施例3
67.基于同一发明构思的本发明还提供了一种核电机组轴系扭振在线监测方法，所述方法包括：
68.数据采集单元采集核电机组的电压和/或电流信号，并发送给数据集中处理单元；
69.所述数据集中处理单元对接收的多个电压和电流信号进行分析处理，并将分析处理后的数据上传至扭振分析主站；
70.所述扭振分析主站对接收的数据进行分析及显示。
71.优选的，所述数据采集单元采集核电机组的电压和/或电流信号，并发送给数据集中处理单元包括：
72.数据采集单元采集核电机组三相电压信号、机电三相电流信号、励磁电压信号、励磁电流信号、转速脉冲信号中的一种或几种，并将信号通过网络交换机传输到数据集中处理单元。
73.优选的，所述数据集中处理单元对接收的多个电压和电流信号进行分析处理，并将分析处理后的数据上传至扭振分析主站，包括：
74.数据集中处理单元对接收到的信号进行滤波处理，并对滤波处后的信号进行adc处理，将连续的模拟量转换为离散的数字量，并形成暂态录波；
75.对所述数字量进行功率计算、加窗、插值、离散傅里叶变换处理，计算出多个幅值最大的扭振模态；
76.将形成的暂态录波和最大扭振模态通过以太网上传至扭振分析主站进行存储和分析。
77.优选的，所述方法还包括：当所述暂态录波超过预设的扭振定值预警定值时记录日志并发出告警信息。
78.本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
79.本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
80.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
81.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
82.以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，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，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。