论文部分内容阅读
水力发电系统作为水电站最重要的组成部分,其安全、稳定、高效运行是保证水电厂安全、优质、经济发供电的基础,但随着当前大容量、高水头、高比转速机组的建成投运,水轮发电机组的振动问题与水力发电系统整体的安全稳定性问题日益突出。因此,本文通过综合考虑随机扰动、外部作用力和系统内部参数等对系统的影响,建立了更加精确的水力发电系统非线性数学模型,研究分析了随机扰动、复杂外力作用下水力发电系统局部和整体的振动特性及其运行稳定性。本论文的主要研究内容和结论可概括为以下三方面:（1）针对多重随机因素影响下水轮机调节系统机组转速波动问题,本文从水力发电系统中存在的随机因素对系统产生的影响出发,在传统水轮机调节系统非线性数学模型的基础上,对流量q1、调压室底部压力值h2和水轮机进口压力值h3分别引入随机变量ω1、ω2和ω3,建立水轮机调节系统多随机非线性数学模型;然后依次改变随机强度为0.025、0.050和0.100,利用Matlab进行大量数值仿真及数据统计,分析不同随机强度作用下单随机因素、双随机因素和三随机因素分别对水轮机调节系统稳定性产生的影响,并提出相关理论措施对系统中存在的随机因素加以规避或利用。（2）为分析陀螺效应对水轮发电机组局部及整体振动特性的影响,本文以大容量、高水头、高比转速水轮发电机组为研究对象,综合考虑陀螺力矩、转动惯量、不平衡磁拉力等的影响,建立考虑陀螺效应的水轮发电机组主轴系统多自由度非线性数学模型;以某电站实际安装参数为基础,利用Runge-Kutta法对所建模型进行数值仿真,并就不同角速度下（20rad/s、60rad/s、80rad/s和120rad/s）,考虑陀螺效应与不考虑陀螺效应分别对机组振动特性的影响进行了分析,相关结论可以为水轮发电机组的设计、运行及安全评估提供理论依据。（3）水力发电系统为水机电耦合的复杂非线性系统,其运行过程中的水力因素、机械因素及电磁因素均会对系统整体的稳定性产生较大影响。为进一步研究分析这些因素对系统振动特性的影响规律,本文通过分析水轮机调节系统和水轮机主轴系统之间的耦联关系,建立了复杂管系的水轮机调节系统与考虑陀螺效应的主轴系统相耦合的水力发电系统整体模型,研究了陀螺效应对耦合系统的影响,并在此基础上分析了不同轴向偏差（r=0.0001、r=0.0002和r=0.0003）对水轮发电机组振动响应特性的影响,相关研究成果可以为机组设计、安装提供理论指导,以最大程度的减小机组振动。