汽輪機(jī)組產(chǎn)生軸系扭振有哪些影響？
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閱讀：88發(fā)布時(shí)間：2024-12-17
汽輪機(jī)組產(chǎn)生軸系扭振有哪些影響？
從原則上講，電力系統(tǒng)出現(xiàn)的各種較嚴(yán)重的電氣擾動和切合操作都會引起大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振，從而產(chǎn)生交變應(yīng)力并導(dǎo)致軸系疲勞或損壞，只是其影響程度隨運(yùn)行條件、電氣擾動和切合操作方式、頻率（次數(shù)）等不同而異。其中影響較大的可歸納為以下四個方面：
1. 電力系統(tǒng)故障與切合操作對軸系扭振的影響
通常的線路開關(guān)切合操作，特別是功率的突變和頻繁的變化；手動、自動和非同期并網(wǎng)；輸出線路上各種類型的短路和重合閘等都會激發(fā)軸系的扭振并造成疲勞損傷。
2. 發(fā)電廠近距離短路和切除對軸系扭振的影響
發(fā)電廠近距離（包括發(fā)電機(jī)端）二相或三相短路并切除以及不同相位的并網(wǎng)，都會導(dǎo)致很高的軸系扭轉(zhuǎn)機(jī)械應(yīng)力。例如在發(fā)電機(jī)發(fā)生三相短路時(shí)，短路處電壓下降接近于零，于是在短路持續(xù)時(shí)間內(nèi)，一方面與短路前有功負(fù)荷對應(yīng)的同步電磁轉(zhuǎn)矩接近于零，同時(shí)發(fā)電機(jī)因短路并以振蕩形式出現(xiàn)的暫態(tài)電磁轉(zhuǎn)距將激發(fā)起整個軸系的扭轉(zhuǎn)振動。
3. 電力系統(tǒng)次同步振蕩對軸系扭振的影響
在電力系統(tǒng)高壓遠(yuǎn)距離輸電線路上，當(dāng)采用串聯(lián)補(bǔ)償電容用以提高輸電能力時(shí)，該電容器同被補(bǔ)償?shù)妮旊娋€路的電感，將構(gòu)成L-C回路（略去回路電阻）并產(chǎn)生諧振。當(dāng)電網(wǎng)頻率與上述的諧振頻率的差值與軸系某一機(jī)械固有扭振頻率相同或接近時(shí)，則上述的電氣諧振與機(jī)械扭振合拍并相互激勵，從而給機(jī)組軸系的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。由于電氣諧振頻率低于電網(wǎng)頻率，通常稱為次同步振蕩。
4. 電力系統(tǒng)負(fù)序電流對軸系扭振的影響
發(fā)電機(jī)定子繞組中的負(fù)序電流可由三相負(fù)荷不平衡、各種不對稱短路、斷線故障引起。負(fù)序電流相當(dāng)于一個外力源，因此由負(fù)序電流產(chǎn)生的軸系扭振有別于上述的自激扭振，并稱之為強(qiáng)迫扭振。負(fù)序電流在電機(jī)中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的勵磁磁場相互作用，并產(chǎn)生交變轉(zhuǎn)矩作用在軸系上，如果這一交變轉(zhuǎn)矩的頻率同機(jī)組軸系某一個固有的扭振頻率重合，就會激發(fā)起軸系的扭振。
預(yù)防和抑制軸系扭振的措施
可以從設(shè)計(jì)制造、運(yùn)行方式，機(jī)—電配合、在線監(jiān)測等幾個方面針對不同的情況采取相應(yīng)的措施。
1.設(shè)計(jì)制造
是指包括汽輪發(fā)電機(jī)軸系扭振頻率、繞組的設(shè)計(jì)、選材、工藝和機(jī)械加工以及輸電系統(tǒng)的線路的結(jié)構(gòu)方式、繼電保護(hù)、控制手段以及串聯(lián)電容補(bǔ)償方式的設(shè)計(jì)與選擇等。
例如：軸系的結(jié)構(gòu)尺寸和剛度要考慮避免機(jī)—電諧振合拍，使軸系固有的扭振頻率避開對應(yīng)出現(xiàn)的諧振頻率，一般倍頻要求避開±7HZ，工頻要求避開±15HZ。電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)如需采用串聯(lián)電容補(bǔ)償方式，在考慮滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)，還要考慮避開可能出現(xiàn)的激發(fā)軸系扭振的諧振頻率或采取相應(yīng)的抑制措施。
2. 運(yùn)行方式
是指在滿足輸電的條件下，盡量避免采用前述的可能導(dǎo)致高軸系扭振應(yīng)力的運(yùn)行方式。例如，盡量避免使機(jī)組輸出的有功功率發(fā)生±0.5（標(biāo)么值）突變量的正常線路的切合操作（包括甩負(fù)荷）。
3. 在線監(jiān)測
是利用機(jī)組扭振在線監(jiān)測裝置準(zhǔn)確測量系統(tǒng)沖擊所造成的軸系扭振的損傷國外的一些大型汽輪發(fā)電機(jī)組，根據(jù)系統(tǒng)的需要所配備的扭振在線監(jiān)測裝置（簡稱TSA，于1977年在歐洲投入使用），是防止機(jī)組出現(xiàn)過大扭應(yīng)力和疲勞損傷的有效手段。
對于運(yùn)行人員來說，軸系扭振不象機(jī)組的橫向機(jī)械振動那樣易于感受和發(fā)現(xiàn)，但應(yīng)注意遇到電力系統(tǒng)大的擾動如發(fā)電機(jī)短路、機(jī)組甩負(fù)荷等可能造成的軸系扭振損壞。
經(jīng)驗(yàn)證明：在軸系扭振造成軸系某些部件損壞時(shí)，都伴隨著機(jī)組振動的變化。嚴(yán)格監(jiān)視機(jī)組的振動變化，尤其是機(jī)組受到電力系統(tǒng)重大擾動時(shí)引起的振動變化，在一定程度上可以監(jiān)督軸系的扭振造成的軸系損壞。
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