水轮机调节系统耦联机组轴系整体模型及其稳定性

发布时间：2020-08-22 13:03

【摘要】：水轮机调节系统的主要构成部分为压力引水系统、水轮机、发电机和调速器等,是典型水-机-电耦合的非线性系统,其最主要的作用是实现水能向电能的转化,其次,它还具备区别于其他间歇性能源(风能、太阳能和潮汐能等)的特殊作用:调峰调频。影响水电机组运行特性的两大主要因素是效率特性和稳定性问题,其中,效率特性反映了水能利用率,并能间接反映系统的稳定性;振动问题是机组稳定性的直接表现,关系到机组工作寿命和水电站运行安全。随着越来越多大容量、大尺寸和高水头的机组建成投运,水力发电系统的高效运行以及暂态稳定性问题日益突出。因此,非常有必要从能量流动角度,探究水力发电机系统的随机动力学建模与效率特性分析;基于系统的水机电非线性耦合特性,建立水轮机调节系统和轴系耦合的暂态模型,探究机组在暂态过程中的振动特性及其影响因素。总结整个研究过程,主要内容为:(1)流量随机波动下水力发电系统能量损失分布研究。从能量流动角度出发,考虑水锤效应下水轮机流量的随机波动特性,建立水力发电机系统随机能量模型,利用切比雪夫多项式逼近方法将随机系统简化为易于分析的等价确定性系统。根据国内某电站的实际运行数据验证了模型的合理性,基于随机动力学理论,数值仿真随机强度从0.01增大到0.6时,系统能量分布、流量、导叶开度和效率的变化规律,分析了流量随机波动下水力发电机系统能量损失分布和效率特性,总结能量流动的变化规律。(2)水轮机调节系统耦联机组轴系暂态建模。基于特征线法建立引水管道系统暂态模型,考虑轴系受力,得到水轮发电机组轴系模型;结合系统内部结构特征与外部关联机制,分析水轮机调节系统与机组轴系之间的耦联关系,通过压力引水管道系统与轴系之间的耦合关系,实现水轮机调节系统与机组轴系之间的非线性耦合,建立适用于暂态分析的水轮机调节系统耦合轴系整体模型;基于某水电站变负荷振动试验,对比验证了所建模型的合理性,并为机组振动在线监测和测试系统研发提供理论指导。(3)甩负荷过渡过程下机组振动特性及其影响因素研究。基于所建立的水轮机调节系统耦合轴系的暂态模型,利用理论分析和数值仿真的方法,分析了甩负荷过渡过程中机组轴系的振动特性及其影响因素,探究了多振源耦合作用下对系统稳定性的影响规律;着重分析了几类典型的振源参数(轴承刚度、叶片排挤系数、质量和质量偏心等)对机组暂态振动响应的影响,并提出改善机组异常振动的措施,为轴系设计和运行提供理论参考。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV734

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本文编号：2800720