一種發電機軸系扭振分量提取設備和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及提取發電機軸系扭振分量的技術，具體地，涉及一種發電機軸系扭振 分量提取設備和方法。
【背景技術】
[0002] 發電機組軸系的主要功能是傳遞扭矩，負載、驅動力及其它外界變化都會造成扭 振，扭振產生的動應力會導致軸的疲勞損壞。對于火電機組來說，扭振問題主要體現在次同 步振蕩上，次同步振蕩是電力系統穩定的一個重要問題，發電機的次同步振蕩問題會造成 汽輪發電機組的軸系損壞。因而，實施有效補償措施來消除扭振分量的影響，以保持發電機 組的運行穩定是非常重要的，所以，亟需一種能夠準確測量發電機組軸系扭振分量的方式。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種發電機軸系扭振分量提取設備和方法，用于解決準確測 量發電機組軸系扭振分量的問題。
[0004] 為了實現上述目的，本發明提供了一種發電機軸系扭振分量提取設備，該設備包 括：測速裝置，用于測量發電機的轉速，得到轉速信號；轉速板卡，通過擴展測量周期的測 量方式得到多個轉速信號的頻率，并對所述多個轉速信號的頻率進行合成及光電轉換，得 到光轉速信號；以及數據處理器，用于對所述光轉速信號進行處理，得到扭振分量。
[0005] 相應地，本發明還提供了一種發電機軸系扭振分量提取方法，該方法包括：測量發 電機的轉速，得到轉速信號；通過擴展測量周期的測量方式得到多個轉速信號的頻率，并對 所述多個轉速信號的頻率進行合成及光電轉換，得到光轉速信號；以及對所述光轉速信號 進行處理，得到扭振分量。
[0006] 通過上述技術方案，本發明通過對擴展測量周期的測量方式得到的多個轉速信號 的頻率進行處理來得到扭振分量，大大提高了轉速信號的測量精度，從而可以準確地測量 發電機組軸系扭振分量。
[0007] 本發明的其它特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0008] 附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：
[0009] 圖1是本發明提供的發電機軸系扭振分量提取設備的框圖；
[0010] 圖2是本發明提供的測量被測信號的周期的示意圖；
[0011] 圖3是本發明【具體實施方式】提供的發電機軸系扭振分量提取設備的框圖；以及
[0012] 圖4是本發明提供的發電機軸系扭振分量提取方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0013] 以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描 述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0014] 圖1是本發明提供的發電機軸系扭振分量提取設備的框圖，如圖1所示，該設備包 括測速裝置、轉速板卡和數據處理器。測速裝置用于測量發電機的轉速，得到轉速信號；轉 速板卡通過擴展測量周期的測量方式得到多個轉速信號的頻率，并對該多個轉速信號的頻 率進行合成及光電轉換，得到光轉速信號；數據處理器用于對該光轉速信號進行處理，得到 扭振分量。
[0015] 本領域技術人員應當理解，轉速信號為信號脈沖，因而可以通過轉速信號的頻率 來表不發電機的轉速。
[0016] 其中，擴展測量周期的操作包括：分別以每個測量周期為起點測量連續的M個測 量周期所持續的時間，然后根據多個所測量的持續時間，確定多個所述轉速信號的頻率，其 中每個周期為兩相鄰脈沖間的間隔時間，M為正整數。也就是說，例如，從第1個測量周期 至第M個測量周期的時間為一周期測量值（這里周期測量值即為M個測量周期所持續的時 間），從第2個測量周期至第M+1個測量周期的時間為一周期測量值，這樣在第M個測量周 期之后的每個測量周期均可以得到一個M個測量周期的測量值。顯然，測量M個測量周期 比測量1個測量周期的誤差小M倍。
[0017] 下面結合圖2具體分析測量1個測量周期與測量M個測量周期之間的誤差的區 另IJ。在測量1個測量周期的情況下，如圖2所示，
[0018] Tx=NT0 (1)
[0019] 其中，Tx為被測信號1的周期，T。為同步信號2的脈沖周期，通過公式（1)得到的 被測信號的周期T x的誤差為：
[0020] ΔΤΧ= T。· ΔΝ+Ν · T。 （2)
[0021] 則相對誤差為：
[0022]
:( 3 )
[0023] 以上公式（3)中第二項
實際上是系統的時基誤差，時基誤差通常取決于系統 的晶振頻率穩定度，而與被測信號的頻率無關，此外，由于時基誤差在10 6~10 9之間，所以 在所要求的相對誤差未接近該范圍時可以忽略該部分，從而，相對誤差為：
[0024]
(4)
[0025] 此外，量化誤差ΔΝ= ±1(在實際情況中，往往ΔΝ彡1)，代入公式（4)，得到
[0026]
(5；
[0027] 通過公式（5)可以看出，計時次數N的大小基本決定了相對誤差
的大小，所 以，顯然N越大越好。
[0028] 通過公式⑴可以得到：
[0029]
(6)
[0030] 在公式（6)中，T。由系統時鐘確定，而1\則隨被測周期數量而變，因而可以通過增 大T x來增大N，然而T x無法隨意改變，所以可以通過測量多個T .來解決這個問題，也就是采 用周期擴展法來解決這個問題。
[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] 通過公式⑶并代入公式（5)可以得到：
[0037]
(9)
[0038] 可以看出，在測量M個1；的情況下，計時次數Ν'也隨之為N的M倍，從而使相對 誤差縮小為原來的1/Μ。所以只要選取合適的Μ，就能滿足所要求的相對誤差，進而實現被 測頻域內的等精度測量。
[0039] 但是考慮到測量的實時性，M不可能無限大，因為Ν'越大，則所需的時間越長。
[0040] 圖3是本發明【具體實施方式】提供的發電機軸系扭振分量提取設備的框圖。如圖3 所示，測速裝置包括磁阻測速傳感器和轉速測速板，其中，磁阻測速傳感器通過轉速探頭測 量得到表示發電機的轉速的交流電壓信號；轉速測速板用于根據所述表示發電機的轉速的 交流電壓信號得到轉速信號。
[0041] 磁阻測速傳感器輸出的交流電壓信號為接近正弦波的交流電壓信號，該信號的頻 率為發電機的轉速與測速齒輪的乘積，因而，轉速測速板通過磁阻測速傳感器所輸出的交 流電壓信號的頻率就可以得到發電機的轉速。其中，包括轉速探頭的磁阻測速傳感器發出 電轉速信號，并通過航空插頭接入轉速測速板。
[0042] 如圖3所示，轉速板卡包括模擬信號預處理單元、FPGA(現場可編程門陣列）、 DDS (直接數字式頻率合成器）、光電轉換單元。轉速板卡放置于發電機組附近的轉速柜內， 轉速板卡可以測量測速裝置的一路信號，輸出兩路完全相同的光轉速信號，分配到不同的 控制器使用，用于冗余功能。一路光轉速信號包括兩個光信號，其中一個光信號（W信號） 包含轉速信息，即轉速信號，另一個光信號（Μ信號）包含了轉速測量、轉換及其傳送的狀態 信息，即設備和光纜監視信息。
[0043] 其中，模擬信號預處理單元用于對測速裝置（具體為圖3中的轉速測速板）得到 的轉速信號進行模數轉換，得到數字化的轉速信號，該模擬信號預處理單元包括了保護、濾 波、過零等電