CN112858906A - 一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，包括如下步骤：S1、信号收集，收集发电机转速信息；S2、滤波处理，转速信号收集后，用低通滤波器滤波，留下基频附近及以下的转速信号；S3、在转速信号正常处理的基础上，还要把发电机电压、电流作为发电机运行的条件纳入考量；S4、在发电机运行过程中，如果转速信号远超过正常运行的范围，监测装置作转速异常的报警，不再进行扭振疲劳累计。本发明通过对转速信号的处理，排除了高频信号、以及信号电路干扰造成的误差；降低了因为各种操作或干扰引起的疲劳累计误叠加，增强了系统疲劳计算值的准确性，降低了电机因误报而引起的停运、检查的成本。

Description

一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法

技术领域

本申请涉及电气工程及其自动化技术领域，尤其涉及一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法。

背景技术

输电线路的串联电容补偿、直流输电、加装不当的电力系统稳定器、发电机励磁系统、可控硅控制系统和电液调节系统的反馈作用等，均有可能诱发次同步机电共振。由于汽轮机和发电机转子惯性较大，对轴系本身的低阶扭转模态十分敏感，呈低周高应力的受力状态，这种机电共振直接威胁机组安全可靠运行，因此,扭振监控设备应运而生。

目前能够实现实时持续监视扭振的设备，主要是通过测齿法，测量汽轮机的转速，通过转速变化来计算汽轮机的低频振荡状态。根据汽轮机的电压、电流计算截面的应力，根据轴系的物理构造建立轴系模型，来计算各种扭振状态对电机轴系的疲劳损耗程度。将每一次扰动引起的疲劳损耗累计起来，当这一累计值达到危险状态时，监控设备会发出对汽轮机的报警或停机保护提醒。

然而目前应用在工程中的扭振监控设备，用转速信号计算出疲劳值后，都是直接进行疲劳累计，却忽略了高频的信号干扰，以及在转速超出基频范围后，由异常的转速信号算出的扭振值，并不再适用于当前基于基频建立的发电机轴系模型。造成了疲劳值错误累计，缩短了发电机停运检查的时间，降低了效益，增加了成本，因此，我们提出一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，本发明通过对转速信号的处理，排除了高频信号、以及信号电路干扰造成的误差；以发电机运行状态作为扭振累计计算的必要条件，完全去除了在发电机停运状态下，任何状况引起的干扰，也避免了电机启动时，转速阶跃变化引起的大幅度疲劳值叠加；利用转速范围的限定，排除了转速信号传播路径故障、人为操作异常的影响，并对用户起到提醒的作用；降低了因为各种操作或干扰引起的疲劳累计误叠加，增强了系统疲劳计算值的准确性，降低了电机因误报而引起的停运、检查的成本。

本申请实施例采用下述技术方案：

一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，包括如下步骤：

S1、信号收集，收集发电机转速信息；

S2、滤波处理，转速信号收集后，用低通滤波器滤波，留下基频附近及以下的转速信号；

S3、在转速信号正常处理的基础上，还要把发电机电压、电流作为发电机运行的条件纳入考量；

S4、在发电机运行过程中，如果转速信号远超过正常运行的范围，监测装置作转速异常的报警，不再进行扭振疲劳累计。

优选的，步骤S2中所述的滤波处理主要采用扭振监控设备针对次同步震荡，高频的谐波不适用于针对低频振荡建立的轴系扭振模型，除去高频信号的影响，同时防止了从转速信号采样到使用过程中存在的高频干扰。

优选的，步骤S3中，在发电机未运行时，如果有虚拟的信号、干扰进入信号处理系统，依然有扭振疲劳累计，由于汽轮没有运转，就不会有任何真实的疲劳累计，将发电机发出与额定状态相当的电压、电流，并持续一段时间，作为发电机正常运行的标志，纳入信号处理逻辑，防止了停机状态中，任何因维修、测试或干扰引起的影响。

优选的，步骤S4中出现转速信号的传递路径出现问题，这时的转速信号已经没有意义，报告转速异常时。

优选的，步骤S4中出现发电机的转速单方向的增高或降低，超出了正常运行范围，不是由扰动引起的低频振荡状态，而是由发电机自行进行的调速行为，由于转速偏离基频范围，轴系扭振模型也不再适用，监测装置应报告转速异常，不再进行疲劳累计计算。

优选的，步骤S4中出现发电机的转速单方向的增高或降低时，若转速的变化是扩散形态的，即扭振不断扩大，监测装置会在这一过程中发出扭振扩散的报警，同时进行扭振疲劳累计值的计算。

优选的，步骤S4中通过转速信号进行扭振幅值的计算，若扭振幅值处于不断增加的状态，装置作扭振发散警报，同时进行疲劳累计计算。

优选的，所述扭振幅值没有超过限定范围，则判断发电机的转速是否处于要求范围内；转速超过限定范围，装置作转速超限报警。

优选的，步骤S3中通过电压、电流信号及其持续性，判断电机的运行状态后，若发电机处于运行状态，进行转速信号的后续处理，否则疲劳累计值锁定，不再增加。

优选的，步骤S2中所述的所述低通滤波器允许从直流到某个截止频率的信号通过，将通用滤波器二阶传递函数的高通和带通系数均设为零，即得到一个二阶低通滤波器传递方式：对于高于f0的频率，信号按该频率平方的速率下降；在频率f0处，阻尼值使输出信号衰减。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

1、通过转速信号的处理，排除了高频信号、以及信号电路干扰造成的误差；

2、以发电机运行状态作为扭振累计计算的必要条件，完全去除了在发电机停运状态下，任何状况引起的干扰。也避免了电机启动时，转速阶跃变化引起的大幅度疲劳值叠加；

3、利用转速范围的限定，排除了转速信号传播路径故障、人为操作异常的影响，并对用户起到提醒的作用；

4、降低了因为各种操作或干扰引起的疲劳累计误叠加，增强了系统疲劳计算值的准确性，降低了电机因误报而引起的停运、检查的成本

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法逻辑图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，包括如下步骤：

S1、信号收集，收集发电机转速信息；

S2、滤波处理，转速信号收集后，用低通滤波器滤波，留下基频附近及以下的转速信号；

S3、在转速信号正常处理的基础上，还要把发电机电压、电流作为发电机运行的条件纳入考量；

S4、在发电机运行过程中，如果转速信号远超过正常运行的范围，监测装置作转速异常的报警，不再进行扭振疲劳累计。

其中，步骤S2中所述的滤波处理主要采用扭振监控设备针对次同步震荡，高频的谐波不适用于针对低频振荡建立的轴系扭振模型，除去高频信号的影响，同时防止了从转速信号采样到使用过程中存在的高频干扰。

其中，步骤S3中，在发电机未运行时，如果有虚拟的信号、干扰进入信号处理系统，依然有扭振疲劳累计，由于汽轮没有运转，就不会有任何真实的疲劳累计，将发电机发出与额定状态相当的电压、电流，并持续一段时间，作为发电机正常运行的标志，纳入信号处理逻辑，防止了停机状态中，任何因维修、测试或干扰引起的影响。

其中，步骤S4中出现转速信号的传递路径出现问题，这时的转速信号已经没有意义，报告转速异常时。

其中，步骤S4中出现发电机的转速单方向的增高或降低，超出了正常运行范围，不是由扰动引起的低频振荡状态，而是由发电机自行进行的调速行为，由于转速偏离基频范围，轴系扭振模型也不再适用，监测装置应报告转速异常，不再进行疲劳累计计算。

其中，步骤S4中出现发电机的转速单方向的增高或降低时，若转速的变化是扩散形态的，即扭振不断扩大，监测装置会在这一过程中发出扭振扩散的报警，同时进行扭振疲劳累计值的计算。

其中，步骤S4中通过转速信号进行扭振幅值的计算，若扭振幅值处于不断增加的状态，装置作扭振发散警报，同时进行疲劳累计计算。

其中，所述扭振幅值没有超过限定范围，则判断发电机的转速是否处于要求范围内；转速超过限定范围，装置作转速超限报警。

其中，步骤S3中通过电压、电流信号及其持续性，判断电机的运行状态后，若发电机处于运行状态，进行转速信号的后续处理，否则疲劳累计值锁定，不再增加。

其中，步骤S2中所述的所述低通滤波器允许从直流到某个截止频率的信号通过，将通用滤波器二阶传递函数的高通和带通系数均设为零，即得到一个二阶低通滤波器传递方式：对于高于f0的频率，信号按该频率平方的速率下降；在频率f0处，阻尼值使输出信号衰减。

本发明的原理：首先对一台发电机的转速、电压、电流信号传入扭振计算系统，转速信号首先进行低通滤波器处理，消除高频振荡以及干扰的影响；

用电压、电流信号及其持续性，判断电机的运行状态后，如果发电机处于运行状态，进行转速信号的后续处理，否则疲劳累计值锁定，不再增加；

在确定发电机处于运行状态之后，用转速信号进行扭振幅值的计算，如果扭振幅值处于不断增加的状态，装置作扭振发散警报，同时进行疲劳累计计算；

扭振幅值没有超过限定范围，则判断发电机的转速是否处于要求范围内，转速超过限定范围，装置作转速超限报警，以提醒在转速信号传递过程中硬件存在的异常，或者由于人为操作引起的转速偏移；

当转速值处于正常范围内时，监测装置会对疲劳值进行正常的累计计算。

综上，本发明通过对转速信号的处理，排除了高频信号、以及信号电路干扰造成的误差；以发电机运行状态作为扭振累计计算的必要条件，完全去除了在发电机停运状态下，任何状况引起的干扰，也避免了电机启动时，转速阶跃变化引起的大幅度疲劳值叠加；利用转速范围的限定，排除了转速信号传播路径故障、人为操作异常的影响，并对用户起到提醒的作用；降低了因为各种操作或干扰引起的疲劳累计误叠加，增强了系统疲劳计算值的准确性，降低了电机因误报而引起的停运、检查的成本。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、信号收集，收集发电机转速信息；

S2、滤波处理，转速信号收集后，用低通滤波器滤波，留下基频附近及以下的转速信号；

S3、在转速信号正常处理的基础上，还要把发电机电压、电流作为发电机运行的条件纳入考量；

S4、在发电机运行过程中，如果转速信号远超过正常运行的范围，监测装置作转速异常的报警，不再进行扭振疲劳累计。

2.根据权利要求1所述的一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，其特征在于：步骤S2中所述的滤波处理主要采用扭振监控设备针对次同步震荡，高频的谐波不适用于针对低频振荡建立的轴系扭振模型，除去高频信号的影响，同时防止了从转速信号采样到使用过程中存在的高频干扰。

3.根据权利要求1所述的一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，其特征在于：步骤S3中，在发电机未运行时，如果有虚拟的信号、干扰进入信号处理系统，依然有扭振疲劳累计，由于汽轮没有运转，就不会有任何真实的疲劳累计，将发电机发出与额定状态相当的电压、电流，并持续一段时间，作为发电机正常运行的标志，纳入信号处理逻辑，防止了停机状态中，任何因维修、测试或干扰引起的影响。

4.根据权利要求1所述的一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，其特征在于：步骤S4中出现转速信号的传递路径出现问题，这时的转速信号已经没有意义，报告转速异常时。

5.根据权利要求4所述的一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，其特征在于：步骤S4中出现发电机的转速单方向的增高或降低，超出了正常运行范围，不是由扰动引起的低频振荡状态，而是由发电机自行进行的调速行为，由于转速偏离基频范围，轴系扭振模型也不再适用，监测装置应报告转速异常，不再进行疲劳累计计算。

6.根据权利要求5所述的一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，其特征在于：步骤S4中出现发电机的转速单方向的增高或降低时，若转速的变化是扩散形态的，即扭振不断扩大，监测装置会在这一过程中发出扭振扩散的报警，同时进行扭振疲劳累计值的计算。

7.根据权利要求1所述的一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，其特征在于：步骤S4中通过转速信号进行扭振幅值的计算，若扭振幅值处于不断增加的状态，装置作扭振发散警报，同时进行疲劳累计计算。

8.根据权利要求7所述的一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，其特征在于：所述扭振幅值没有超过限定范围，则判断发电机的转速是否处于要求范围内；转速超过限定范围，装置作转速超限报警。

9.根据权利要求1所述的一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，其特征在于：步骤S3中通过电压、电流信号及其持续性，判断电机的运行状态后，若发电机处于运行状态，进行转速信号的后续处理，否则疲劳累计值锁定，不再增加。

10.根据权利要求1所述的一种消除电机转速扰动对疲劳累计影响的方法，其特征在于：步骤S2中所述的所述低通滤波器允许从直流到某个截止频率的信号通过，将通用滤波器二阶传递函数的高通和带通系数均设为零，即得到一个二阶低通滤波器传递方式：对于高于f0的频率，信号按该频率平方的速率下降；在频率f0处，阻尼值使输出信号衰减。

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