水力发电机的振动和气隙监测

水力发电机的振动和气隙监测

一、水轮发电机的振动和气隙监测(论文文献综述)

范宇宏[1](2021)在《水轮发电机组轴系横/轴向耦合振动特性分析》文中提出在国家电力系统规模扩大化和能源结构形式多样化的背景下,风能、太阳能等随机可再生能源将会更多地被电力系统所消纳。随着水电在电力系统所占比重不断增加,其对电网安全稳定运行所带来的影响也日益突出,相应水力发电机组的安全稳定运行成为水利水电工程领域关注的热点问题。深入分析水轮发电机组的振动机制将能更好地确保其运行稳定性,有效减轻甚至避免振动故障给机组带来的潜在危害。本文以水轮发电机组轴系为研究对象,采用转子动力学理论和有限元分析方法,对机组转子-轴承系统在机械及电磁外激励作用下的动力特性进行了分析,论文主要研究内容如下:(1)针对以往利用有限元方法建立机组轴系模型多未考虑轴向自由度的情况,本文以单节点4自由度Euler梁为基础,将轴向位移纳入轴系整体,推导并建立了相应的单节点5自由度水电机组转子-轴承有限元模型,从而为后续展开轴系在多振源激励下的动态特性研究提供模型基础。(2)针对由机械、电磁因素引起的定、转子碰摩问题,构建了考虑动静偏心影响的不平衡磁拉力模型。在此基础上,利用Newmark-β和Newton-Raphson相结合方法,同时借助Poincaré映射图、轴心轨迹图、时域图和频谱图等非线性分析手段对机组轴系在多振源激励下的振动特性进行了研究,对比了有无轴向自由度及轴向电磁力对系统横向振动特性的影响。本文研究成果可为水轮发电机组轴系振动研究提供参考。

马优[2](2021)在《700MW等级斜立筋水轮发电机组不平衡磁拉力振动数学模型的建立与验证试验研究》文中指出我国水能资源丰富,水电装机容量为世界第一,并且有大量大型水轮发电机组,其中多数为700MW等级水轮发电机组,如三峡、小湾、龙滩、溪洛渡、向家坝、糯扎渡等大型水电站。700MW等级水轮发电机制造技术为我国通过三峡工程引入,目前已经消化吸收,并且实现了自主创新,水轮发电机的单机容量已达1000MW。700MW及以上的大容量水轮发电机组大多都采用斜立筋结构定子机座,此结构形式能有效抵消热应力,保证定子系统的同心度,防止定子铁芯叠片翘曲。但是降低了定子系统径向刚度,使得产生了定子系统机械电磁耦合作用引起的稳定性问题。本文以华能澜沧江水电股份有限公司小湾电厂的水轮发电机组为例,建立了有限元模型与非线性薄短圆柱壳模型,计算结果与稳定性试验结果对比,有限元模型计算误差分别为5.68%与5.23%,非线性薄短圆柱壳模型计算误差分别为1.81%与11.2%,计算结果基于稳定性试验结果,对水轮发电机组的运行、检修具有实用和指导性意义。具体研究内容如下:(1)进行了小湾电厂某机组的变转速、变励磁、变负荷工况下的稳定性试验,得知定子系统的振动偏大的主要原因为机械-电磁耦合产生的不平衡磁拉力;定子系统在稳定运行时,其轴向振动很小,建立模型时可以忽略;且定子机座与定子铁芯水平振动幅值相当,在研究径向振动时,可以视为整体。(2)建立了有限元分析模型,完善了有限元分析的计算流程,可以利用谐响应耦合中的相位信息,得到振动幅值时域图,相比于瞬态计算,大大减小了时间。(3)用有限元模型验证了定子系统在定位筋连接刚度变化时定子系统模态变化情况,当定位筋连接刚度趋于无穷大时,定子系统模态会趋于稳定,此时模型可以反应定子系统稳定运行状态。本模型计算时,线性摄动模态分析了空载与满负荷工况下,静态电磁拉力与负荷转矩对定子系统模态的影响,空载下静态电磁拉力降低了系统的低阶固有频率,对高阶固有频率的影响不大,负荷转矩作用对固有频率影响不大。(4)建立了非线性薄短圆柱壳模型,分析了不平衡磁拉力与定子系统径向振动位移的耦合作用,建立了不平衡磁拉力与圆柱壳振动位移耦合的非线性方程。以额定励磁工况计算了定子系统的非线性振动,此工况下无切向力作用,且忽略轴向振动变化,可将偏微分方程简化为常微分方程。在同样工况与激励下,非线性模型计算结果远大于有限元模型计算结果。在实际运行时,机组振动该情况会由于非线性特征迅速恶化。非线性分析中,定子系统刚度减小会使得非线性振动频率减小。有限元模型与非线性薄短圆柱壳模型计算结果均表明,定子系统振动运行与研究的关注点主要为低频振动。

陈翔[3](2020)在《水电机组非平稳振动信号特征提取方法研究》文中进行了进一步梳理水力发电作为目前世界上开发规模最大的清洁能源,已经被各个国家广泛应用。然而水电机组的结构复杂,机组的运行工况也比较恶劣,机组的安全稳定运行涉及到水力、机械和电气等多个方面的影响,是一个水-机-电耦合的多源非线性系统。机组也极容易出现各种设备故障,从而影响机组的稳定运行,且机组的振动信号具有较强的非线性,使得水电机组的故障特征信号提取比较困难。因此,研究水电机组非平稳振动信号的特征提取方法对机组运行维护和保障电网的安全稳定运行具有重要意义。为此,本文首先分析了水电机组引起振动的机理原因和几种典型的故障,重点研究了水电机组振动故障分类和机组所发生故障的振动特点,最后对机组的转子不平衡故障、转子不对中故障、定转子间出现的碰摩故障、尾水管发生的偏心涡带和极频振动等五个典型水轮发电机组故障进行分析,从而为后续的水电机组故障特征提取奠定理论基础。其次,针对当前水电机组特征提取方法中存在的故障早期微弱特征信号和渐变特征信号提取困难的问题,本文提出了一种基于变分模态分解(VMD,variational mode decomposition)的敏感特征分量提取方法。首先采用VMD对机组的振动信号进行分解;为了抑制噪声干扰,实现特征分量的精确提取,然后在互信息的基础上构造敏感系数,并选取敏感系数较大的分量作为信号的敏感分量;最后,对得到的敏感分量进行频谱分析,分析敏感分量中包含的有效信息并找出信号的特征频率。仿真分析和实例验证表明,本文提出的方法可以较为准确地提取出故障早期的微弱特征信号、低频信号及突变信号等特征信号,具有一定的实际应用价值。最后,针对单一通道的特征提取方法无法全面的获取故障特征信息,故障分析结果往往存在误判或漏判的问题,提出了一种基于二维经验模态分解(Bivariate empirical mode decomposition,BEMD)和全矢包络技术(full vector spectrum,FVS)的特征提取方法。首先采用正交采样技术获得机组的正交振动信号,并对其进行BEMD分解,得到含有相位信息的固有模态函数;为了得到敏感的模态分量,在互信息的基础上构造敏感系数,然后计算各个模态分量的敏感系数,选取敏感系数较大的模态作为敏感分量;最后采用全矢包络技术融合选取的敏感模态分量,得到相应的全矢包络谱,从而得到全面、准确的机组特征分量。仿真分析和实例验证表明,该方法可以全面准确地提取出机组的故障特征分量,具有一定的实际应用价值。

王罗[4](2020)在《水轮发电机励磁绕组匝间短路故障特征分析与故障识别》文中提出近年来我国可再生能源发展迅速,水力发电由于具有管理运行灵活和技术成熟等优势在可再生能源中占有重要地位,水轮发电机的装机容量和发电量逐年增加。大型水轮发电机结构复杂,且兼顾发电及电网调峰任务,运行负担较重,机组故障率呈上升态势。水轮发电机的励磁绕组长期伴随转子高速旋转,容易发生匝间短路故障。励磁绕组匝间短路初期故障特征不明显,如不及时处理故障可能会引发转子接地等更严重的故障,影响水轮发电机安全稳定运行。对于水轮发电机励磁绕组匝间短路故障目前缺少有效的在线监测方法,因此深入研究励磁绕组匝间短路的故障特征,提出准确性高的识别方法,对水轮发电机组具有重要意义。本文对水轮发电机励磁绕组匝间短路故障的励磁电流、温度场、热应力等特征进行详细研究,结合电气量分析研究水轮发电机匝间短路辨识,在多特征研究的基础上提出信息融合诊断方法,在水轮发电机匝间短路故障在线诊断的基础上提高励磁绕组短路故障的识别准确性。主要工作和取得的成果如下:水轮发电机绕组匝间短路转子电流及标准电流的计算分析。分析了励磁绕组发生匝间短路后水轮发电机励磁电流的情况,基于电机原理建立了电压,有功无功等的电气参数的数学模型,推导水轮发电机运行监测量与励磁电动势的关系式。提出了励磁电流计算的空载曲线反向计算法,通过反向计算空载特性曲线,得到水轮发电机励磁绕组正常条件下某特定运行状态的励磁电流计算标准值,通过匝间短路判据与实测励磁电流对比,结果可以反映发电机匝间短路故障及故障程度。绕组匝间短路故障转子磁极温度等热特性的研究。建立水轮发电机转子磁极的三维有限元模型,根据水轮发电机情况提出相关的假设条件,计算了励磁绕组匝间短路故障发生前后的转子磁极温度场及热应力,并总结故障时磁极温度场和热应力的变化规律。改变模型的相关参数,建立不同短路程度和不同短路位置的模型,进一步计算分析了励磁绕组匝间短路程度和位置不同对水轮发电机磁极温度场及热应力的影响规律。提出一种基于Volterra核辨识的水轮发电机励磁绕组匝间短路诊断方法。建立水轮发电机励磁绕组匝间短路故障非线性系统,分析定子分支电压和分支电流作为输入输出识别匝间短路的可行性,引入Volterra级数模型描述系统特征,通过辨识励磁绕组正常和故障状态下非线性系统传递关系的Volterra核函数的不同,来诊断励磁绕组匝间短路故障,并通过发电机的匝间短路故障实验验证了该方法正确性和有效性。提出的诊断方法具有较高的诊断精度,通过三阶核辨识实现水轮发电机励磁绕组匝间短路故障的识别。提出基于多源信息融合的水轮发电机励磁绕组匝间短路识别方法。将多源信息融合理论应用到水轮发电机励磁绕组匝间短路故障识别中,根据水轮发电机特点及传感器情况,选择短路故障特征量作为证据体,将水轮发电机匝间短路的多组故障特征证据体依据证据理论进行融合,降低传感器不确定性影响,提高匝间短路故障识别结论的置信度。进行发电机励磁绕组匝间短路故障实验,对比多特征量与单一特征量置信度,验证了多源信息融合在发电机励磁绕组匝间故障识别中的有效性。结果表明,基于多源信息融合的水轮发电机励磁绕组匝间短路故障识别方法减少了单一传感器所带来不确定性的影响,提升故障识别准确性。

常江[5](2020)在《核电多相环形无刷励磁机励磁绕组匝间短路故障分析与在线监测》文中指出多相无刷励磁机作为一种特殊的同步发电机,多用于核电站中为发电机提供高品质的励磁电源。在无刷励磁机内部故障频发的情况下,励磁机目前的“弱保护”状态已无法满足机组安全稳定运行的要求。为实现对多相环形无刷励磁机励磁绕组匝间短路的在线监测,本文在数学建模、仿真实验对比、故障特征及其机理、故障在线监测原理及故障保护装置等方面进行了研究。基于多回路分析法,本文首先提出了多相环形无刷励磁机励磁绕组匝间短路的一般数学建模方法。以单个线圈为基本单元,构建了各组成部分间电感参数矩阵。考虑电机定转子实际连接,根据回路组成建立多相无刷励磁系统方程组。考虑故障发生后励磁回路变化情况,根据二极管导通关断状态,实时更新基本回路矩阵,完成最终的迭代求解。为验证数学建模方法的正确性,首先根据5对极11相实验样机的相关参数,建立了该电机的数学模型,计算了样机的定转子各侧自互感参数。在实验样机上进行了实验研究,对比了相关电气量实验与仿真波形。样机的实验和仿真波形吻合度高,验证了一般建模方法的正确性。仿真与实验结果间存在一定的误差,本文总结了产生误差的原因并讨论了可提高数学模型精度的办法。为明确故障后定转子电流谐波特征,提出了无刷励磁机励磁绕组匝间短路故障的一般机理分析方法。以一般m相P对极无刷励磁机为分析对象,从故障时定、转子绕组产生的磁场及其相互感应作用入手,理论分析了定、转子电流的稳态故障特征。分析表明励磁电流中存在m/P倍次谐波而电枢电流中存在各次谐波。多相环形无刷励磁真机的仿真研究进一步证明了机理分析的正确性。作为上述机理分析的延伸,对不同类型同步发电机的结构进行调研,总结了一般同步发电机常用的电枢绕组形式,并分析了电枢绕组形式对故障后稳态励磁电流谐波特性的影响,完善了一般同步发电机励磁绕组匝间短路故障一般机理分析方法。总结了无刷励磁机发生不同内部故障时故障特征,明确了多相环形无刷励磁机励磁绕组匝间短路的故障特征独有性。基于定子励磁电流所发生的变化规律,制定了相应的励磁绕组匝间短路故障监测原理,进行定值整定。根据上述保护监测原理,研发了监测装置,并于实验样机上测试了监测装置性能。实验结果验证了检测原理的有效性以及监测装置的电气量采样、电气量计算以及故障判断的正确性。

李敏[6](2020)在《水轮发电机不平衡磁拉力与振动特性研究》文中研究说明轴系振动是影响水力发电机组稳定运行的重要因素之一,主要受水力、电气、机械三方面的影响,在轴系结构中,水轮机转轮上的附加外力有密封力、随机水力激励、尾水管压力脉动以及转轮叶片不均衡力等,发电机转子上的附加外力有机械不平衡力和不平衡磁拉力等。轴系不平衡外力是影响振动的主要因素,其精确计算和实测是富有挑战性的工作,其中不平衡磁拉力的计算和测试已有一定的理论基础。本文基于不平衡磁拉力的计算原理及方法入手,重点针对线性计算方法进行了分析。首先,结合测量原理,推导得到不平衡磁拉力计算综合误差描述模型,对不平衡磁拉力测量参数的误差影响进行量化分析;其次,结合各项参数测试精度分析,发现气隙测量误差是影响不平衡磁拉力测量误差的主导因素。进一步地,介绍了轴系振动的集中参数模型的建模过程,以及振动方程刚度解耦后得到的发电机转子摆度表达式;结合发电机转子摆度表达式和平衡磁拉力构成,从理论上分析了不平衡磁拉力与发电机转子摆度之间的关系,提出一种利用可测摆度间接校正发电机气隙的思路;接着阐述了本文仿真的水力机组运行模拟系统并构建了模拟系统,并对其中需要的模型进行了简单的介绍及推导。最后,基于包括轴系振动模型的水力机组运行模拟平台进行仿真计算,研究不平衡磁拉力误差对机组振动幅值偏差的影响,结合仿真振幅数据分析发电机转子幅值偏差与气隙偏差的关系;根据推导的转子摆度与不平衡磁拉力之间的关系公式,对公式中的A值和KM值进行了仿真试算。

罗远林[7](2019)在《水轮发电机局部放电信号传播特性与去噪方法研究》文中提出随着电力工业的发展和技术的进步,发电机朝着高电压、大容量的方向发展,单机24kV、1000MW的巨型水轮发电机即将投入运行,我国水电事业已经进入了由工程建设到管理运行的关键转型期。同时,在能源互联网建设及我国能源结构调整的大背景下,风电和光伏发电等间歇性新能源容量增长迅速,水轮发电机组在电网中的调峰调频任务更加繁重,机组的运行方式和运行环境愈加恶劣。大型水轮发电机的安全稳定运行日益重要,这对状态监测带来了前所未有的挑战。局部放电监测通过检测定子绕组内局部放电脉冲,获取绝缘缺陷和故障信息,结合模式识别和故障诊断技术,可以实现定子绕组绝缘的故障诊断和事故预防,是提高大型水轮发电机状态监测水平和安全稳定性的重要手段之一。当前,国内外已经对发电机局部放电监测开展了大量研究,并且取得了丰硕的应用实践和成果。然而,随着工程实践的深化,局部放电监测系统监测不全面、无法定位放电源和难以标定放电量的问题日益突出,局部放电监测课题面临新的挑战。因此,应就当前的普遍关切进行深入研究和探索,就新的亟待解决的科学问题和技术难题开展攻关。本文着眼应对工程实践中暴露的问题和面临的挑战,就大型水轮发电机局部放电监测中面临的关键问题展开了研究。首先,局部放电监测应在对定子绕组绝缘结构和故障机理深入研究,对局部放电机理和放电特征全面掌握的基础上展开。为此,首先对定子绕组结构特点进行了深入分析,提出了绕组连接方式辨识规则;随后,结合热、机械、环境和电应力对绝缘的破坏作用,对绝缘故障机理进行了归纳研究;之后,结合最新研究成果和工程实践需要,对局部放电的概念和内涵进行了扩展,提出了新的局部放电定义,并就局部放电的机理、部位、脉冲频谱和危害性进行了全面详实的综述;最后,总结并构建了绝缘故障与局部放电类型间清晰的对应关系。其次,局部放电准确监测的实现建立在全面有效地获取放电信号的基础上。大型水轮发电机定子绕组是一个复杂的分布式结构,放电信号从放电点传播到检测点,会发生不同程度的幅值衰减和波形畸变。对局部放电信号在定子绕组中的传播规律进行研究,可以为合理选择放电检测点和传感器频带,有效去除噪声和干扰,定位局部放电源及标定放电量提供理论依据。根据绕组结构特点和局部放电特性,规划了定子绕组传输特性实验研究方案。通过真机侵入式实验,对局部放电脉冲在定子绕组中的传播模式和交叉耦合现象进行了详细的测量分析,并结合定子线棒传导、线棒槽部耦合和线棒端部耦合实验进行辅助研究,以详实的实验结果对当前研究中存在的不足和矛盾进行了剖析和讨论,同时验证了课题组中性点局部放电监测系统的全绕组覆盖检测能力。最后,面向通用建模方法研究,提出了基于常规测量的绝缘参数辨识方法。第三,局部放电监测中亟待攻克的放电源定位和放电量标定均依赖于准确有效的定子绕组模型。因此,亟需建立一个足够准确且覆盖局部放电脉冲频谱的定子绕组宽频模型。为此,本文研究了基于多导体传输线理论的定子绕组多段多导体传输线级联模型。针对定子绕组结构的非均匀性,提出了多段级联模型以对模型进行均匀化处理,并研究了对应的模型分段级联规则和方法。就宽频带下趋肤效应和邻近效应引起的模型参数频变特性,结合有限元法和磁阻网络法提出了全频带参数求解方法,并引入等效磁导率表征铁心叠片结构对模型参数的影响。针对频变参数模型复用中存在的问题,提出了频率响应混合仿真法以降低模型复用的时间复杂度。在此基础上,结合规范化绕组连接关系表,研究了大型水轮发电机定子绕组的模型自动降维方法。最后,从理论层面对局部放电脉冲极性变化规律进行了研究。最后,在线监测中面临严重的噪声和干扰,不仅会导致监测系统误报、漏报,降低监测结果可靠性,而且使基于放电分布的模式识别理论不适用,难以识别放电类型。为此,开展了噪声和干扰快速消减方法研究。结合噪声和干扰特征,本文提出了一种分层分步式信号去噪方法,首先针对幅值大、持续时间长的离散谱干扰,提出了一种结合数学形态学滤波器和频谱校正的快速消减方法。其次沿袭课题组采用的小波阈值法研究了白噪声消减方法,就分解层数确定中存在的随机性和阈值对采样参数敏感的问题,分别提出了对应的解决方法。分解层数确定依赖于有效频率分布,因此提出了一种基于信号有效累积能量分布的有效下限频率辨识方法。针对阈值敏感性问题,提出了一种基于迭代滤波的自适应阈值计算方法,使用迭代滤波循环剔除滑动能量窗识别的系数中的脉冲成分,并用假设检验推断剩余系数是否满足正态分布,并以此作为迭代停止条件,以实现噪声阈值的准确估计。课题组研发的发电机中性点局部放电监测系统已成功应用于三峡、葛洲坝、水布垭、隔河岩和三板溪等电厂的四十多台大型水轮发电机,现场监测数据验证了本文所提去噪方法的有效性和实用性,有效促进了电厂的状态检修和智能电站建设。

马倩倩[8](2019)在《水轮发电机转子绕组匝间短路故障特征与检测方法研究》文中提出在水轮发电机中励磁绕组匝间短路相较于其它故障发生几率更高,发电机发生匝间短路故障后,其励磁电流增大、无功功率输出下降、发电机转子电磁力不平衡,使得机组振动幅值增大。目前,针对水轮发电机匝间短路故障缺少有效的在线监测方法,不能及时发现轻微的匝间短路故障,导致故障进一步恶化,威胁发电机组的安全稳定运行。因此,为提高水轮发电机转子匝间短路故障的监测和诊断效率,有必要提出故障检测新方法。本文主要工作如下:(1)通过比较水轮发电机正常和故障时的磁场情况,分析了发电机转子绕组匝间短路故障情况下励磁磁势的变化,并根据磁动势平衡原理,推导出转子绕组匝间短路故障前后水轮发电机主磁场的变化规律。以550MW水轮发电机为研究对象,建立了发电机正常和转子绕组匝间短路故障的二维运算模型,通过空载、额定负载情况下气隙磁通密度、电压电流验证了搭建模型的正确性。同时,计算了故障前后发电机不平衡磁拉力的幅值和方向,(2)基于水轮发电机的定子铁心普遍采用空冷的形式,定子铁心沿着轴向分成若干段,段与段之间流通空气,实现铁心热量散发这一结构特征,提出在550MW水轮发电机定子铁心上安装U型检测线圈的方法。利用本文搭建的水轮发电机仿真模型,设置空载和额定负载运行工况下不同匝间短路程度的仿真模型,根据发电机主磁场的运动规律,推导出穿过检测线圈的磁通表达式,并进一步得到检测线圈的感应电动势,根据各个短路程度感应电动势的波形特征,可以确定水轮发电机转子绕组匝间短路程度,且可以定位故障磁极位置。(3)基于水轮发电机定子铁心内部装有全绝缘金属结构穿心螺杆,发电机运行过程中穿心螺杆感应的电压能够反映主磁场的变化这一特征,提出利用穿心螺杆代替传感器检测发电机转子绕组匝间短路故障。利用本文搭建的水轮发电机仿真模型,设置不同匝间短路程度,得到穿心螺杆感应电压的变化规律,根据感应电压波形特征,可以判断水轮发电机转子绕组匝间短路程度且可以定位故障磁极位置。

王治国[9](2017)在《大型水轮发电机组定子低频振动研究》文中研究指明近年来,随着国内水电装机容量的增大以及单机容量的提高,大型水轮发电机组的稳定性逐渐成为水力发电研究的前沿课题,自2007年以来,三峡右岸、龙滩、小湾、拉西瓦等一大批大型水轮发电机组的相继投运,通过测试发现在这些电站机组的定子机座、铁心部位均不同程度存在低频振动。目前,对这种低频振动一般的定性认识是由定、转子不圆度和偏心所导致的,但如何采取有效措施来加以控制,尚没有定量的技术解决方案,因此有必要开展大型水轮发电机定子低频振动的研究,提出合理的振动控制标准。首先,采用有限元分析方法,以小湾电站机组为例,明确了大型水轮发电机组的不平衡电磁力的数值计算方法。对在不同气隙长度下100Hz和2.5Hz的电磁力进行了计算,并对气隙偏差和圆度偏差对电磁力的影响情况进行了分析。其次,采用有限元分析方法,模拟计算低频电磁力对定子结构刚度与模态的影响。并结合瞬态动力学基本原理,从低频振动产生机理的角度,选取定子结构的1个节点,以1倍频,2倍频以及两个频率的激励和作为激振力,来获得定子结构在各激振力下的响应。最后,结合小湾电站原型机实测数据的时域与频域分析,并与数值计算结果进行对比,确定了水轮发电机定子振动和不平衡磁拉力的关系。以数学工具软件MATLAB对小湾电站定子进行了不平衡磁拉力数值计算,对比不同模型下不平衡磁拉力的差别,以及不平衡磁拉力与气隙、偏心和磁极距中心的距离之间的关系。通过对大型水轮发电机组低频振动的分析,得出了产生低频振动的主要原因。对现有运行机组振动标准的确定具有重要的指导意义,为大型水轮发电机组的振动研究分析提供了理论依据及参考,对其他类型机组的振动分析也具有借鉴意义。

孙玉田,刘熠辰,李金香[10](2017)在《大型抽水蓄能电机低频电磁力分析计算》文中研究表明随着机组容量的增加,低频振动问题越来越受到关注。到目前为止,国内投运的数十台大容量水电机组都不同程度地存在着低频振动问题,有些机组的振动甚至超过标准的规定限值。针对这一问题,本文对低频振动的机理进行分析,探讨低频电磁力产生的原因、研究其计算方法,并以抽水蓄能电机为例,计算分析低频电磁力及其影响因素。结果表明:低频电磁力的大小随气隙偏差、不圆度、气隙磁密增加而增大,随气隙长度增加而减小。虽然在制造和安装的过程中无法消除这些因素,但可以通过提高转子加工和安装精度,最大限度地减小电磁力和降低低频电磁振动,以保证振动幅值小于标准要求而使机组能长期安全可靠运行。

二、水轮发电机的振动和气隙监测(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、水轮发电机的振动和气隙监测(论文提纲范文)

(1)水轮发电机组轴系横/轴向耦合振动特性分析(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 水轮发电机组轴系建模
        1.2.2 有限元方法在旋转机械建模的应用
    1.3 本文主要研究内容
第2章 水轮发电机组转子-轴承系统有限元建模
    2.1 引言
    2.2 水轮发电机组转子-轴承系统有限元模型
        2.2.1 单节点4自由度的转子-轴承系统有限元模型
        2.2.2 单节点5自由度的转子-轴承系统有限元模型
    2.3 数值算法
        2.3.1 Newmark-β法
        2.3.2 Newton-Raphson法
    2.4 本章小结
第3章 系统外激力
    3.1 引言
    3.2 径向碰摩力
    3.3 径向不平衡电磁力
    3.4 动静偏心下的UMP
    3.5 轴向电磁力
        3.5.1 理论分析
        3.5.2 轴向电磁力四个分量
    3.6 本章小结
第4章 数值计算分析
    4.1 引言
    4.2 水电机组转子-轴承系统在动静偏心UMP作用下横向振动分析
        4.2.1 碰摩刚度对系统振动的影响
        4.2.2 静偏心对系统振动的影响
        4.2.3 动偏心对系统振动的影响
        4.2.4 质量偏心对系统振动的影响
    4.3 水轮发电机组横/轴有限元建模及振动分析
        4.3.1 轴向自由度对系统横向振动的影响
        4.3.2 轴向电磁力对系统横向振动的影响
        4.3.3 动偏心对系统横向振动的影响
        4.3.4 碰摩刚度对系统横向振动的影响
    4.4 结论
第5章 总结与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间取得的科研成果
致谢

(2)700MW等级斜立筋水轮发电机组不平衡磁拉力振动数学模型的建立与验证试验研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 本课题研究背景及意义
    1.2 水电机组稳定性研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 水轮发电机组的稳定性试验
    2.1 小湾电厂
    2.2 试验内容
        2.2.1 测点布置
        2.2.2 试验目的
        2.2.3 试验工况
        2.2.4 试验结果
    2.3 试验结果分析
    2.4 本章小结
3 模型建立
    3.1 小湾水轮发电机结构特征
    3.2 有限元模型
        3.2.1 有限元理论
        3.2.2 电磁场有限元模型
        3.2.3 结构有限元模型
    3.3 非线性薄短圆柱壳模型
        3.3.1 圆柱壳模型
        3.3.2 非线性薄短圆柱壳模型
    3.4 本章小结
4 定子系统模型计算
    4.1 有限元计算
        4.1.1 电磁场求解
        4.1.2 动力学分析
    4.2 定子模型模态分析
        4.2.1 不同定位筋刚度定子模型模态
        4.2.2 静态电磁拉力与负荷转矩对模态影响
    4.3 振动响应计算
        4.3.1 有限元模型设置
        4.3.2 有限元振动计算
    4.4 非线性薄短圆柱壳模型计算
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间取得的研究成果

(3)水电机组非平稳振动信号特征提取方法研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 选题目的和意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 国外水电机组故障分析研究现状
        1.3.2 国内水电机组故障分析研究现状
        1.3.3 国内外相关理论的研究现状
        1.3.4 水电机组故障分析方法未来的发展趋势
    1.4 论文研究内容
2 水电机组的振动机理和典型故障分析
    2.1 引言
    2.2 水电机组的振动机理
        2.1.1 水电机组的振动故障类别
        2.1.2 水轮发电机组的振动故障特点
    2.3 水电机组的典型故障分析
        2.3.1 转子不平衡故障
        2.3.2 转子不对中故障
        2.3.3 定转子间出现的碰摩故障
        2.3.4 尾水管偏心涡带
        2.3.5 极频振动
    2.4 本章小结
3 基于变分模态分解的水电机组敏感分量特征提取方法
    3.1 引言
    3.2 变分模态分解的基本原理
    3.3 基于互信息的敏感特征分量提取
        3.3.1 互信息的基本原理
        3.3.2 基于互信息的敏感分量提取方法
    3.4 仿真信号分析
    3.5 实测信号分析
    3.6 本章小结
4 基于BEMD-FVS水电机组正交振动信号的特征提取
    4.1 引言
    4.2 二维经验模态分解的基本原理
    4.3 全矢谱分析的基本原理
    4.4 基于二维经验模态分解和全矢包络技术的特征提取方法
    4.5 仿真信号分析
    4.6 实例信号分析
    4.7 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录
    A. 作者在攻读硕士学位期间参与的项目
    B. 作者在攻读硕士学位期间的科研成果

(4)水轮发电机励磁绕组匝间短路故障特征分析与故障识别(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 水轮发电机励磁匝间短路概述与分析
        1.2.2 水轮发电机励磁绕组匝间短路故障特征研究现状
        1.2.3 水轮发电机励磁绕组匝间短路故障诊断方法分析
    1.3 本文研究内容
第2章 励磁绕组匝间短路故障励磁电流分析
    2.1 励磁电流理论分析
        2.1.1 水轮发电机匝间短路故障励磁电流
        2.1.2 励磁电流反向计算理论
    2.2 水轮发电机磁动势计算
        2.2.1 气隙磁动势
        2.2.2 定子齿部磁动势
        2.2.3 定子磁轭磁动势
        2.2.4 磁极磁动势
    2.3 水轮发电机励磁电流计算
        2.3.1 励磁电动势
        2.3.2 水轮发电机饱和参数修正
        2.3.3 水轮发电机标准励磁电流计算
        2.3.4 水轮发电机工况验证
    2.4 本章小结
第3章 励磁绕组匝间短路故障热稳态分析
    3.1 同步发电机热特征计算方法
    3.2 水轮发电机转子磁极三维模型
        3.2.1 传热学数学模型
        3.2.2 转子热应力模型
        3.2.3 转子磁极物理模型
        3.2.4 边界条件及相关参数确定
    3.3 水轮发电机转子磁极温度场
        3.3.1 正常情况下的转子温度场
        3.3.2 匝间短路时的转子温度场
        3.3.3 温度场在匝间短路故障诊断中应用
    3.4 水轮发电机转子热应力
        3.4.1 正常转子热应力
        3.4.2 匝间短路转子热应力
    3.5 本章小结
第4章 基于Volterra核辨识匝间短路故障识别
    4.1 Volterra级数核辨识算法
        4.1.1 Volterra级数基本理论
        4.1.2 Volterra级数核辨识
    4.2 定子分支电流谐波
    4.3 Volterra核辨识匝间短路诊断方法
        4.3.1 匝间短路实验
        4.3.2 Volterra三阶核辨识
        4.3.3 核辨识精度
        4.3.4 核函数绝对平均值
    4.4 本章小结
第5章 基于多源信息融合的励磁绕组匝间短路故障识别
    5.1 信息融合分析
        5.1.1 水轮发电机不确定分析
        5.1.2 故障特征信息融合
    5.2 D-S证据理论
        5.2.1 D-S证据理论信息融合分析
        5.2.2 证据理论的基本框架
        5.2.3 多源信息融合
    5.3 励磁绕组匝间短路信息融合分析
        5.3.1 水轮发电机匝间短路证据体
        5.3.2 匝间短路多源信息融合分析
        5.3.3 信息融合实验验证
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介

(5)核电多相环形无刷励磁机励磁绕组匝间短路故障分析与在线监测(论文提纲范文)

致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 核电多相环形无刷励磁机的结构
        1.1.2 研究的必要性
        1.1.3 研究的特殊性
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 检测原理及方法
        1.2.2 发电机内部故障计算方法
    1.3 研究方法及主要内容
2 核电多相环形无刷励磁机励磁绕组匝间短路的数学模型
    2.1 核电无刷励磁机励磁绕组匝间短路故障的基本方程
        2.1.1 多相无刷励磁机方程
        2.1.2 直流侧电压方程
        2.1.3 系统方程
        2.1.4 导通回路电压方程
    2.2 电感参数的计算
        2.2.1 电感参数计算的一般思路
        2.2.2 气隙磁场的计算
        2.2.3 定子励磁绕组的电感系数
        2.2.4 转子电枢绕组的电感系数
        2.2.5 定子励磁绕组与转子电枢绕组间的电感系数
    2.3 基于多回路模型的仿真程序结构
    2.4 本章小结
3 核电多相环形无刷励磁机励磁绕组匝间短路的仿真与实验
    3.1 实验样机及实验方法
        3.1.1 实验样机介绍
        3.1.2 实验平台情况
        3.1.3 实验设备图片
        3.1.4 实验方法
    3.2 电感参数的计算与分析
        3.2.1 励磁绕组自感参数的计算验证
        3.2.2 电枢绕组自互感参数的计算验证
        3.2.3 励磁绕组与电枢绕组间互感参数的计算验证
    3.3 实验与仿真的对比分析
        3.3.1 正常运行时实验与仿真对比
        3.3.2 励磁绕组匝间短路故障时实验与仿真对比
    3.4 实验样机发生励磁绕组匝间短路故障的特征分析
        3.4.1 其他抽头间励磁绕组匝间短路实验结果
        3.4.2 不同励磁水平下3-5抽头间励磁绕组匝间短路仿真结果
    3.5 本章小结
4 核电多相环形无刷励磁机励磁绕组匝间短路特征机理分析
    4.1 故障机理分析方法
        4.1.1 定子励磁电流直流分量产生的励磁磁动势
        4.1.2 励磁磁动势引起的转子电枢相电流特性
        4.1.3 转子电枢反应的合成磁动势
        4.1.4 电枢反应引起的定子励磁电流谐波特性
    4.2 无刷励磁机真机故障仿真分析
        4.2.1 11相无刷励磁真机系统仿真结果分析
        4.2.2 39相无刷励磁真机系统仿真结果分析
    4.3 本章小结
5 电枢绕组形式对同步发电机故障后励磁电流谐波特性影响
    5.1 电枢绕组形式的调研分析
        5.1.1 线圈嵌线方向
        5.1.2 绕组端口连接方式
        5.1.3 分支内线圈构成
        5.1.4 分支间相对空间位置
    5.2 励磁绕组匝间短路故障机理分析方法的完善
        5.2.1 分组思想的引入
        5.2.2 励磁绕组匝间短路故障的机理分析完善
    5.3 一个特殊实例的分析-汽轮发电机
        5.3.1 常用汽轮发电机的结构特点
        5.3.2 特性分析及总结
    5.4 仿真分析
    5.5 大型同步发电机故障后稳态励磁电流谐波特征总结
    5.6 本章小结
6 核电多相环形无刷励磁机励磁绕组匝间短路的在线监测
    6.1 各种故障独有特征的分析
    6.2 基于励磁机定子励磁电流的监测原理及定值整定
        6.2.1 励磁机定子匝间短路的故障特点
        6.2.2 故障监测原理的提出
        6.2.3 监测定值整定
        6.2.4 辅助判据
        6.2.5 监测原理的灵敏度分析
    6.3 监测装置的研发与测试
        6.3.1 监测装置的系统概况
        6.3.2 系统软硬件系统设计
        6.3.3 保护逻辑
    6.4 监测装置的动模测试
        6.4.1 实验平台与实验方法
        6.4.2 试验记录
    6.5 本章小结
7 结论
参考文献
附录 A 11相实验样机的主要参数
附录 B 无刷励磁机真机主要参数
附录 C A1553实验样机几种电枢绕组形式变换
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集

(6)水轮发电机不平衡磁拉力与振动特性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 研究背景及意义
    1.3 水力机组轴系振动研究现状
        1.3.1 机械振动
        1.3.2 电磁振动
        1.3.3 水力振动
        1.3.4 水-机-电耦合振动的研究
    1.4 本文的主要研究内容
第二章 不平衡磁拉力的影响因素分析
    2.1 不平衡磁拉力计算原理
        2.1.1 线性解析表达式
        2.1.2 非线性解析表达式
        2.1.3 数值计算方法
    2.2 单因素误差分析
        2.2.1 转子直径、长度误差
        2.2.2 偏心距误差
        2.2.3 磁密度误差
        2.2.4 气隙误差
    2.3 不平衡磁拉力系统误差控制
    2.4 本章小结
第三章 转子振动幅值与不平衡磁拉力的关系
    3.1 概述
    3.2 水力机组轴系模型
        3.2.1 基本轴系模型
        3.2.2 轴系基本模型的简化
        3.2.3 发电机转子振动幅值与气隙
    3.3 本章小结
第四章 水力机组运行模拟系统
    4.1 概述
    4.2 水力系统模型
        4.2.1 水击模型
        4.2.2 水轮机模型
    4.3 发电机模型
    4.4 控制系统模型
        4.4.1 PID调速器模型
        4.4.2 PI励磁控制器
    4.5 本章小结
第五章 轴系振动仿真计算
    5.1 仿真计算
        5.1.1 理想状态下水力机组轴系运动分析
        5.1.2 不平衡磁拉力幅值误差试算
        5.1.3 误差综合试算
    5.2 不平衡磁拉力与振动幅值的关系
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录
    附录 A 硕士阶段发表论文情况
    附录 B 硕士阶段参与项目情况

(7)水轮发电机局部放电信号传播特性与去噪方法研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 论文研究背景及意义
    1.2 发电机局部放电在线监测研究现状
    1.3 定子绕组传输特性研究现状
    1.4 发电机局部放电在线监测中存在的问题
    1.5 本文的研究框架
2 水轮发电机定子绕组绝缘故障及局部放电机理
    2.1 引言
    2.2 定子绕组结构特点分析
    2.3 定子绕组绝缘故障机理
    2.4 局部放电机理及特性分析
    2.5 本章小结
3 水轮发电机定子绕组传输特性实验研究
    3.1 引言
    3.2 实验规划与设计
    3.3 现场真机绕组传输特性实验
    3.4 实验室线棒传输特性实验
    3.5 基于常规测量的绝缘参数辨识
    3.6 本章小结
4 水轮发电机定子绕组的建模与仿真研究
    4.1 引言
    4.2 定子线棒传输线级联模型
    4.3 定子绕组传输线级联模型
    4.4 脉冲极性变化规律研究
    4.5 本章小结
5 发电机局部放电信号分层分步式去噪方法研究
    5.1 引言
    5.2 结合数学形态学滤波和频谱校正的窄带干扰消减
    5.3 基于迭代滤波自适应阈值的白噪声消减
    5.4 全绕组局部放电监测系统应用实践
    5.5 本章小结
6 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录 Ⅰ (攻读博士学位期间发表的主要论文)

(8)水轮发电机转子绕组匝间短路故障特征与检测方法研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状及发展动态分析
    1.3 本文主要工作
第2章 水轮发电机转子绕组匝间短路故障特征
    2.1 简述
    2.2 正常情况下水轮发电机磁场分析
    2.3 故障情况下水轮发电机磁势分析
    2.4 有限元建模
    2.5 转子不平衡磁拉力分析
    2.6 本章小结
第3章 基于U型检测线圈的转子匝间短路故障诊断
    3.1 简述
    3.2 U型检测线圈的诊断机理
    3.3 U型检测线圈法的有效性验证
        3.3.1 空载运行工况
        3.3.2 负载运行工况
        3.3.3 故障判据设定
    3.4 本章小结
第4章 基于穿心螺杆的转子匝间短路故障诊断
    4.1 简述
    4.2 穿心螺杆的诊断机理
    4.3 穿心螺杆法的有效性验证
        4.3.1 空载运行工况
        4.3.2 额定负载工况
        4.3.3 故障判据的设定
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 下一步工作与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

(9)大型水轮发电机组定子低频振动研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究的目的和意义
        1.1.1 水轮发电机组的电磁振动问题
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 国内外文献综述简析
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 电磁振动机理和电磁力数值分析
    2.1 水轮发电机电磁振动的机理
        2.1.1 小湾电站低频电磁力计算
        2.1.2 100 Hz电磁力的计算
        2.1.3 2.5 Hz电磁力的计算
        2.1.4 气隙偏差对电磁力的影响情况
        2.1.5 圆度偏差对电磁力的影响情况
    2.2 电磁力数值法计算
        2.2.1 电磁力有限元模型
        2.2.2 磁场离散方程
        2.2.3 电磁力计算结果
    2.3 本章小结
第3章 定子不平衡磁拉力分析
    3.1 小湾电站定子振动测试结果
    3.2 定子振动成因分析
    3.3 不平衡磁拉力的解析计算
        3.3.1 对数表达式
        3.3.2 线性解析表达式
        3.3.3 三次表达式
        3.3.4 泰勒级数展开表达式
    3.4 本章小结
第4章 不平衡磁拉力对定子结构刚度与模态的影响
    4.1 定子结构径向刚度的计算
    4.2 不平衡磁拉力对定子模态的影响
    4.3 本章小结
第5章 不平衡磁拉力作用下定子振动响应分析
    5.1 不平衡磁拉力下定子的瞬态分析
    5.2 小湾电站在线监测数据分析
    5.3 定子在1倍频激励下的响应
    5.4 定子在2倍频激励下的响应
    5.5 定子在1倍频和2倍频共同激励下的响应
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读工程硕士期间发表的论文
致谢
个人简历

四、水轮发电机的振动和气隙监测(论文参考文献)

  • [1]水轮发电机组轴系横/轴向耦合振动特性分析[D]. 范宇宏. 太原理工大学, 2021(01)
  • [2]700MW等级斜立筋水轮发电机组不平衡磁拉力振动数学模型的建立与验证试验研究[D]. 马优. 西安热工研究院有限公司, 2021(01)
  • [3]水电机组非平稳振动信号特征提取方法研究[D]. 陈翔. 西安理工大学, 2020(01)
  • [4]水轮发电机励磁绕组匝间短路故障特征分析与故障识别[D]. 王罗. 华北电力大学(北京), 2020(06)
  • [5]核电多相环形无刷励磁机励磁绕组匝间短路故障分析与在线监测[D]. 常江. 北京交通大学, 2020(03)
  • [6]水轮发电机不平衡磁拉力与振动特性研究[D]. 李敏. 昆明理工大学, 2020(04)
  • [7]水轮发电机局部放电信号传播特性与去噪方法研究[D]. 罗远林. 华中科技大学, 2019(03)
  • [8]水轮发电机转子绕组匝间短路故障特征与检测方法研究[D]. 马倩倩. 华北电力大学, 2019(01)
  • [9]大型水轮发电机组定子低频振动研究[D]. 王治国. 哈尔滨工业大学, 2017(01)
  • [10]大型抽水蓄能电机低频电磁力分析计算[J]. 孙玉田,刘熠辰,李金香. 大电机技术, 2017(06)

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水力发电机的振动和气隙监测
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