汽轮机转子热应力计算方法研究

<正>转子热应力计算普遍采用解析法和数值法两种方法。在数值方法中,有限元法可得到较精确的转子热应力分布,但其一个很大不足是计算难备时间长、计算时间长且不适用于在线监测系统。目前国内转子热应力在线计算大致采用3种简化计算公式;一维解析法、一维差分法和控制模型法。     

火力发电机组汽缸温度场的二维模型

发电机组汽缸的结构比较复杂,汽缸壁比较厚,在机组启动过程中,其热应力及膨胀是影响机组机动性及运行安全的重要因素之一,而实现在线监测的关键在于汽缸温度场分布的计算。在圆筒壁导热的基础上,推导出汽缸内部蒸汽沿轴向按一定分布随时间非线性变化时,内壁为第三类边界条件、外壁为绝热条件的二维汽缸壁温度场分布的解析解。蒸汽温度非线性变化,对时间进行离散,给出了汽缸温度场的迭代公式,适用于汽缸温度场的在线监测。在相同加载及边界条件下对缸体进行了ANSYS有限元计算,有限元计算结果与推导公式计算结果吻合较好。所采用的推导方法和得到的温度场分布计算公式还适用于其它具有类似边界条件的厚壁圆筒部件的瞬态热分析。     

用权函数法计算转子热应力

提高汽轮机的启动和变工况速度，必须计算转子、汽缸和阀门等厚壁部件的热应力，为了进行安全监测。转子热应力的计算通常有高速度的一维方法和高精度的二维方法。现需找到一种同时满足速度和精度要求的计算方法，而仿直方法是一种解决工程实际问题的简化方法，故可采用仿真模型中的权函数来计算转子的热应力。采用权函数法计算转了热应力，既可保证计算精度接近二维算法，又可大大提高到计算速度。同时，该计算方法解决了不同时间段的运行过程对热应力峰值影响的叠加问题，并使得手动计算热应力时，可考虑温度波动对热应力的影响。但是，该计算方法不适用于变物性系统中，只能根据影响最大的主要参数进行计算，其他参数则不能考虑，这就限制了该计算方法的应用范围。     

汽轮机转子热应力在线计算灰色数学模型

热应力计算中边界条件、物性参数和初始条件等模型输入参数的灰色特性，使得以近似点值为输入得到的计算结果缺乏准确性依据和度量，该文提出的灰色数学模型，用区间数代替近似点值建立灰色数学模型，得出热应力在线计算值的灰色描述，可以更好地符合工程计算需要。文中针对模型应用的复杂程度，以汽轮机转子为对象，对单纯灰边界问题给出了简单的端点计算法及其依据；对复合灰边界灰物性问题建立了差分格式的数学模型，应用区间高斯迭代算法，结合模型结构特点推导了简易的基于内包含不等式的算法，并且给出两种算法的数值算例对比。     

大型变压器线圈短路电磁力的数值计算

本文将有限元方法用于大型电力变压器突发短路时瞬态电磁场计算,推导了了轴对称非线性瞬态涡流场的有限元计算公式。针对一台２４０００ＫＶＡ电力变压器线圈短路电磁力进行了计算分析,得出了电磁力的分布曲线和瞬变规律。     

高速永磁电机转子强度分析与护套设计

提出一种基于二维应力解析模型的高速永磁电机转子护套最小厚度设计方法。建立转子二维应力场计算的解析模型,能够考虑各向异性材料在预应力、离心力、热应力共同作用下的应力结果。由于无法实测高速转子内部的应力,通过有限元分析对应力解析模型进行验证。分析确定了采用3种常用护套材料转子的应力极限工况,提出适用于单极限工况和多极限工况转子护套最小厚度及其对应过盈量的计算方法,并指出所适用的护套类型。针对某些永磁体热态抗拉强度不足的情况,该文通过替换边界条件对永磁体应力进行约束,得到了安全的护套方案。该方法计算速度快、准确性高、灵活性强,可应用于高速永磁电机的多场综合设计。     

实心转子电机转子透入深度的计算

在考虑了实心转子曲率半径及转子厚度的情况下，采取了对转子直接分层的处理方法。推导了分层后各层电流密度的数值计算公式，进而求出了透入深度这一计算转子参数的关键值。论文还对数值计算结果与近似解析公式的计算结果进行了比较，并得出了有关的结论。     

圆筒内壁温度的推算方法

本文给出了一种根据圆筒外壁温度随时间的变化规律计算内壁温度变化规律的方法。采用傅里叶变换与逆变换，可建立内壁温度与外壁温度之间的数学关系式；为了避免计算过程中误差的放大，采用频域的数字滤波技术滤掉内壁温度频谱中的高频分量，最终得到合理的内壁温度．这种方法可以用来为汽包或管道的热应力及热疲劳研究计算内壁温度边界条件。     

汽轮机转子热应力在线监测的递推算法

以往用解析法在线监测汽轮机转子的热应力需要确定放热系数和调节级或中压第一级后蒸汽温度,而且计算温度和热应力时需要大量历史数据,难以实现在线监测。针对这一难题,以现场可以直接测出的高中压内缸壁的壁温来模拟高中压转子表面温度,作为第一类边界条件,导出了汽轮机转子温度和热应力的计算公式,并根据其数学特点作出了其递推公式,为实现热应力的在线监测提出了便捷的方法。     

挠性转子横向振动分析的传递矩阵法

介绍了一种分析挠性转子横向振动特性的传递矩阵法。它由系统的整体传递矩阵及边界条件得到频率方程，由此来计算转子的各阶固有频率；然后利用传输特性方程，求得转子任意截面上的状态向量，从而得到相应的振型函数。研制了一套用于分析挠性转子横向振动特性的专用软件包，可给出转子的各阶固有频率和相应的振型函数。最后，给出了一典型算例。     

热冲击对汽轮机转子温度场的影响

采用20节点有限元法，对转子受热冲击引起的温度场进行计算分析，归纳总结出不同热冲击条件下转子调节级前槽截面处风外表面上的温差随时间的变化规律。     

基于闭环回路的非线性系统迭代学习控制

利用状态反馈部分线性化技术，分析了一类非线性系统，首先，设计了一种状态反馈律，然后研究与之形成的闭环系统，给出了经过逐次迭代后，系统输出严格跟踪理论信号的充分条件，且迭代初始状态可由理想信号直接确定，部分初始状态可任意选取，仿真结果表明所得结果是有效的。     

一种新型的发电机转子接地保护装置的研制

为提高现有发电机监测系统对转子接地故障的识别能力,研究了一种新的基于切换采样原理的发电机转子接地保护,并开发出相应的微机保护装置,该装置能实时监测发电机转子绕组的绝缘情况,判断转子绕组是否发生接地故障,确定故障位置,且灵敏度较高。该装置已投入现场试运行,效果良好。     

Improved Multiple Feature-electrochemical Thermal Coupling Modeling of Lithium-ion Batteries at Low-temperature with Real-time Coefficient Correction

Monitoring various internal parameters plays a core role in ensuring the safety of lithium-ion batteries in power supply applications. It also influences the sustainability effect and online state of charge prediction. An improved multiple feature-electrochemical thermal coupling modeling method is proposed considering low-temperature performance degradation for the complete characteristic expression of multi-dimensional information. This is to obtain the parameter influence mechanism with a multi-variable coupling relationship. An optimized decoupled deviation strategy is constructed for accurate state of charge prediction with real-time correction of time-varying current and temperature effects. The innovative decoupling method is combined with the functional relationships of state of charge and open-circuit voltage to capture energy management effectively. Then, an adaptive equivalent-prediction model is constructed using the state-space equation and iterative feedback correction, making the proposed model adaptive to fractional calculation. The maximum state of charge estimation errors of the proposed method are 4.57% and 0.223% under the Beijing bus dynamic stress test and dynamic stress test conditions, respectively. The improved multiple feature-electrochemical thermal coupling modeling realizes the effective correction of the current and temperature variations with noise influencing coefficient, and provides an efficient state of charge prediction method adaptive to complex conditions.     

基于热网络法的高功率密度异步电动机定子温升计算

为准确计算定子温升，对计算区域进行了合理的网格剖分，建立了异步电机定子的热网络数学模型，采用高斯-赛德尔迭代法对模型进行了求解。实验结果表明，采用热网络法计算电机定子温升具有较高的准确性。基于热网络法的高功率密度异步电动机定子温升计算实用、可靠。     

基于炉膛温度场测量与热平衡分析的未燃尽碳预测模型

该文以基于火焰图像处理的温度场测量技术对炉膛火焰的温度分布进行了测量，并以此测量结果对锅炉炉膛进行了热平衡分析。在此基础上，提出了锅炉燃烧过程中未燃尽碳的在线预测模型，并将模型预测结果与炉膛三维温度场计算的结果和灰分析的结果进行了比较验证。该模型的预测结果与灰分析的结果基本相近，可以作为锅炉燃烧的在线经济性评价标准。     

Rotor heating as an indicator of system voltage instability

Voltage stability hinges on the continuing control of the total power system's supply and demand of reactive power within the overall transmission, subtransmission and distribution networks which connects the power stations to the consumers. This is complicated by the elements interspersed within this extensive network that both supply and consume reactive power. Extensive collapses have followed disturbances more severe than considered at the planning stages, but there is a puzzling delay of minutes between the disturbance and collapse. By simulating the physical process, the critical factor has been found to be the action of rotor overcurrent protection in curtailing rotating unit reactive power output. The puzzling delay has been solved by the mathematical modelling of the generator rotor's thermal response which shows that above rated rotor current would take minutes to reach the rotor's temperature limit. The paper describes the heat run tests from which the parameters for mathematical rotor thermal models for 500 MW and 660 MW generators have been obtained. The algorithm that has been devised is both simple and reliable and allows computer evaluation, in a fraction of a second, of the time for rotor temperature limit to be reached. When integrated into SCADA, this information would give an early warning and so provide a valuable tool for the control system voltage stability     

发电机转子接地故障监测系统研制和开发

近年来,由于制造质量及管理不完善等原因,不同性质的发电机事故时有发生,给电厂和电网造成了较大的经济损失。为提高现有发电机监测系统对转子接地故障的识别能力,同时给出故障危险程度的信息,提出一种新的发电机转子接地故障检测原理,并开发出相应的“发电机转子接地故障监测装置”。该装置能够在线监测发电机转子绕组的绝缘情况,判断发电机转子绕组是否发生一点接地故障和两点接地故障,确定故障位置,并能够直观地显示故障的危险程度,同时给出发电机跳闸的判据,现场测试结果验证了该系统的可行性。     

On the computation of electric field and temperature distribution in HVDC cable insulation

The paper presents certain aspects of electrical/thermal failure of DC power cables. Closed form theoretical formulations for computing the critical stress and temperature due to an external heat source in the form of a steady current through the conductor is presented. The criticality here implies an unstable state of the dielectric and is shown, more often than not, to be different, from that corresponding to thermal decomposition limits. Formulation and solution of continuity equations under first and second kind boundary conditions taking account of electric stress and temperature-dependent DC conductivity is covered. Using the suggested model, stress and temperature distribution in the body of the insulation can be obtained to a reasonable degree of accuracy