CN107247155A - 一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试装置，包含依次连接的原始转速信号采集模块，用于当汽轮发电机组发生甩负荷时，采集汽轮发电机组的原始转速信号；第一滤波模块，用于对原始转速信号进行滤波，得到转速信号；转速信号解调模块，用于对转速信号进行希尔伯特变换解调，得到包络信号及其解析信号；求解模块，用于根据对包络信号及其解析信号进行求解，得到第一瞬时转速信号；第二滤波模块，用于对所述第一瞬时转速信号进行滤波，得到第二瞬时转速信号；拟合模块，用于对第二瞬时信号进行拟合，得到瞬时转速曲线。本发明解决了现有技术中拟合出瞬时转速的变化规律精确度低的问题。

Description

一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种瞬时转速测试装置及其测试方法，特别是一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试装置及其测试方法。

背景技术

汽轮发电机组是复杂的旋转机械系统，工作时其轴系主要受到蒸汽主动转矩、电磁转矩的共同作用而高速旋转，汽轮发电机组的设计与运行通常与汽轮发电机组的转动惯量有关，而汽轮发电机组的转动惯量与汽轮发电机组轴系的瞬时转速变化规律有关。在理论上，转速具有平均与瞬时两层含义，平均转速是指一定时间间隔内转子转过的角位移，瞬时转速为时间间隔趋近于无穷小时平均转速的极限，瞬时转速中包含有丰富的反映转子转动状态的综合信息。

在现有技术中测量瞬时转速的方法主要有测频法和测周期法。

测频法就是在一定的测量间隔时间内对转速传感器输出的有效电脉冲信号进行计数。首先应确定一个阈值，然后指定上升沿或下降沿作为有效脉冲信号的触发点，在测量间隔时间固定时，对有效脉冲的个数进行计数，即可得到测量间隔时间内的瞬时转速数据，但测频法响应时间长，从而会导致在规定时间内获取的瞬时转速数据点少，进而导致测得的瞬时转速变化规律不精准，影响计算汽轮发电机组的转动惯量的准确度。

测周期法是测得测速齿轮产生的两脉冲的间隔时间，就可获得两脉冲间隔的平均角速度，测周期方法有高频波形采样法和高频计数法。(1)高频波形采样法利用经滤波后的原始正弦载波信号，设置一个阈值电压Vth来确定脉冲信号的周期起始点，当信号处于上升沿(或者下降沿)电压大于阈值电压时标记下时间，将两相邻的时刻的精确时间间隔记录下来，即可得两相邻时刻之间的瞬时转速。(2)高频计数法是将电涡流传感器输出的信号处理为规整的方波信号。使用高频计数器产生的远比脉冲宽度密集的高频定周期方波的周期时间为尺度，去量取脉冲方波的时间。测周期法以预设齿轮齿数为一周期，在规定的时间内相比于测频法的响应时间短，测量的瞬时转速数据点多，但是在转速自由飞升期得到的转速数据点还是很少，无法精确拟合出瞬时转速变化规律，如需要缩短响应时间，就需要增多齿轮齿数，但齿数增多后，每个齿的齿宽减小，会影响电涡流传感器的输出信号，影响测量瞬时转速数据的测量精度，从而影响拟合瞬时转速变化规律。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试装置及其测试方法，以解决现有技术中拟合出瞬时转速的变化规律精确度低的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试装置，其特征在于：包含依次连接的

原始转速信号采集模块，用于当汽轮发电机组发生甩负荷时，采集汽轮发电机组的原始转速信号；

第一滤波模块，用于对原始转速信号进行滤波，得到转速信号；

转速信号解调模块，用于对转速信号进行希尔伯特变换解调，得到包络信号及其解析信号；

求解模块，用于根据对包络信号及其解析信号进行求解，得到第一瞬时转速信号；

第二滤波模块，用于对所述第一瞬时转速信号进行滤波，得到第二瞬时转速信号；

拟合模块，用于对第二瞬时信号进行拟合，得到瞬时转速曲线。

进一步地，所述转速信号解调模块包含

波形图建立单元，用于建立原始转速信号的时域波形图；

第一频谱图建立单元，用于建立原始转速信号的频谱图；

转速信号调制单元，用于根据时域波形图和所述频谱图对转速信号的频率进行调制，得到包络信号。

进一步地，所述求解模块包含

频率获取单元，用于获取包络信号的频率；

包络信号的相位角获取单元，用于获取包络信号的相位角；

求解单元，用于利用希尔伯特变换、频率以及相位角对包络信号进行解析，得到解析信号；

解析信号的相位角获取单元，用于获取解析信号的相位角；

求导单元，用于对解析信号的相位角求导，得到第一瞬时转速信号。

进一步地，所述第二滤波模块包含

第二频谱图建立单元，用于建立第一瞬时转速信号的频谱图；

扭振频率确定单元，用于根据频谱图确定第一瞬时转速信号的扭振频率；

第二滤波单元，用于滤波所述扭振频率，得到第二瞬时转速信号。

一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：当汽轮发电机组发生甩负荷时，采集汽轮发电机组的原始转速信号；

步骤二：对原始转速信号进行滤波，得到转速信号；

步骤三：对转速信号进行解调，得到包络信号；

步骤四：根据希尔伯特变换对包络信号进行求解，得到第一瞬时转速信号；

步骤五：对第一瞬时转速信号进行滤波，得到第二瞬时转速信号；对瞬时转速信号进行滤波，滤除扭振信号；

步骤六：对第二瞬时信号进行拟合，得到瞬时转速曲线；

步骤七：根据瞬时转速曲线计算所述汽轮发电机组的转动惯量。

进一步地，所述步骤三具体为，建立原始转速信号的时域波形图，建立原始转速信号的频谱图，根据时域波形图和频谱图对转速信号的频率进行解调，得到包络信号。

进一步地，所述步骤四具体为，获取包络信号的频率，获取包络信号的相位角，利用希尔伯特变换、频率以及相位角对包络信号进行解析，得到解析信号；获取解析信号的相位角，对解析信号的相位角求导，得到第一瞬时转速信号。

进一步地，所述解析信号解析过程为，

采集的原始电涡流传感器输出的信号为

a(t)是传感器采集的信号，x(t)是被a(t)调制过信号，t为时间，f₀为被测信号的频率，为相位；

设被测信号的总相位角为

则相位角随时间的瞬时变化量为

则x(t)的Hilbert变换为

则x(t)的包络信号的解析形式为：

其中j为虚数单位。

则解析信号的总相位角θ(t)为

包络信号的瞬时频率μ(t)为相位角随时间的导数，即为轴系的瞬时转速：

其中，dt为采样点间的时间间隔，即采样频率的倒数，瞬时转速单位为rad/s；给定测速齿轮的齿数Nt，则以转每分(rpm)表示的转速为：

其中，ω(t)为以转每分为单位表示的瞬时转速。

进一步地，所述步骤五具体为，建立第一瞬时转速信号的频谱图，再次分析瞬时转速信号的频谱，识别出影响瞬时转速的频率点，根据频谱图确定第一瞬时转速信号的扭振频率，对扭振频率滤波，得到第二瞬时转速信号。

进一步地，所述步骤六中瞬时转速曲线确定方法为，

6.1采集转速传感器的转速信号，并存储；

6.2对转速信号进行滤波；建立初始信号频谱，分析初始信号的频谱，对信号进行滤波；

6.3对经过滤波的转速信号进行Hilbert变换，求得瞬时转速；

6.4再次分析瞬时转速信号的频谱，识别出影响瞬时转速的频率点，主要为扭振频率；

6.5对瞬时转速信号进行滤波，去除扭振频率信号；

6.6对瞬时转速曲线通过回归分析，计算转速升速率。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明采用希尔伯特变换的解析方法直接对输出信号进行分析，不需要外围设备，如高频计数法使用的晶振芯片等，一方面节约了成本，另一方面本发明响应时间为采集器的采样周期，无需按照外围设备确定采样周期，避免采集的数据量过少，从而最大限度地利用了采集仪的优势，可得到大量的数据点，提高了拟合瞬时转速的变化规律的精确性，进而提高了计算汽轮发电机组的转动惯量的准确度。此外，本发明以第一瞬时转速信号为基础，进行频谱分析，识别出扭振频率，并加以滤波得到纯净的转速飞升信号，提高转速飞升率的计算准确性。

附图说明

图1是本发明的一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试装置的模块示意图。

图2是本发明的一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试方法的流程图。

图3是本发明的瞬时转速变化曲线确定方法流程图。

图4是本发明实施例的转速传感器原始数据时域图及频谱图。

图5是本发明实施例的滤波器幅频特性曲线图。

图6是本发明实施例的经过滤波后的时域图及频谱图。

图7是本发明实施例的转子瞬时转速时域信号变化曲线图。

图9是本发明实施例的转子飞升段瞬时转速及拟合曲线图。

图10是本发明实施例的滤除扭振频率后的转子飞升段瞬时转速及拟合曲线图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明的一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试装置，包含依次连接的

原始转速信号采集模块，用于当汽轮发电机组发生甩负荷时，采集汽轮发电机组的原始转速信号；原始转速信号是针对汽轮发电机组的齿轮进行测速的；甩电荷表示为汽轮发电机组在发电机侧切断与外界电网联系的瞬间到主汽门关闭的瞬间，电磁扭矩被切断，而蒸汽扭矩保持不变

第一滤波模块，用于对原始转速信号进行滤波，得到转速信号；第一滤波模块包括第一滤波单元，用于选择通频频率为3000-3500Hz的滤波器对原始转速信号进行滤波，得到转速信号。

转速信号解调模块，用于对转速信号进行希尔伯特变换解调，得到包络信号及其解析信号；

转速信号解调模块包含

波形图建立单元，用于建立原始转速信号的时域波形图；

第一频谱图建立单元，用于建立原始转速信号的频谱图；

转速信号调制单元，用于根据时域波形图和所述频谱图对转速信号的频率进行调制，得到包络信号。

求解模块，用于根据对包络信号及其解析信号进行求解，得到第一瞬时转速信号；

求解模块包含

频率获取单元，用于获取包络信号的频率；

包络信号的相位角获取单元，用于获取包络信号的相位角；

求解单元，用于利用希尔伯特变换、频率以及相位角对包络信号进行解析，得到解析信号；

解析信号的相位角获取单元，用于获取解析信号的相位角；

求导单元，用于对解析信号的相位角求导，得到第一瞬时转速信号。

第二滤波模块，用于对所述第一瞬时转速信号进行滤波，得到第二瞬时转速信号；

第二滤波模块包含

第二频谱图建立单元，用于建立第一瞬时转速信号的频谱图；

扭振频率确定单元，用于根据频谱图确定第一瞬时转速信号的扭振频率；

第二滤波单元，用于滤波所述扭振频率，得到第二瞬时转速信号。

拟合模块，用于对第二瞬时信号进行拟合，得到瞬时转速曲线。

传统测量方法中有些方法除了转速测量系统外，还需另外的硬件设施，如高频计数法需要对原始电涡流传感器输出信号进行整流，需用另外的电路实现，另外还需要外部晶振电路及计时器电路等。

而本发明的转动惯量确定系统能够直接对测量装置的输出信号通过计算机进行分析，不需要外围硬件设备，如高频计数法使用的晶振芯片等，降低了成本；采用该转动惯量确定系统响应时间为采集器的采样周期，从而最大限度地利用了高采样率采集仪的优势，在一定的时间窗口下可得到大量的数据点，如以采样频率为200kHz录播仪为例，1s时间内可得到200*1000个数据，250ms内也有50*1000个数据，相对于传统方法，将转速测量的响应时间提高了两个数量级，相应可得出大量的有效数据。

如图2所示，一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：当汽轮发电机组发生甩负荷时，采集汽轮发电机组的原始转速信号；原始转速信号是针对汽轮发电机组的齿轮进行测速的,甩电荷表示为汽轮发电机组在发电机侧切断与外界电网联系的瞬间到主汽门关闭的瞬间，电磁扭矩被切断，而蒸汽扭矩保持不变。通常选择通频频率为3000-3500Hz的滤波器对原始转速信号进行滤波，得到转速信号。

步骤二：对原始转速信号进行滤波，得到转速信号；经测速齿轮及电涡流传感器组成的转速测量装置采集的原始转速信号的影响因素有：(a)测速齿轮齿-槽几何形状会造成转速传感器输出波形不是标准的正弦波；(b)转子不平衡、油膜涡动等原因会造成转子的径向振动，带来的基频、半频或倍频成分；而转速齿轮输出信号的频率为转子转动频率与测速齿轮齿数的乘积，测速齿轮一般为60或100齿，相对而言，径向振动信号为低频分量，因此，原始信号会含有多种频率成分，需要通过设置合适的滤波器参数对信号进行滤波，得到滤波后的转速信号；

步骤三：对转速信号进行解调，得到包络信号；建立原始转速信号的时域波形图，建立原始转速信号的频谱图，根据时域波形图和频谱图对转速信号的频率进行解调，得到包络信号。

步骤四：根据希尔伯特变换对包络信号进行求解，得到第一瞬时转速信号；获取包络信号的频率，获取包络信号的相位角，利用希尔伯特变换、频率以及相位角对包络信号进行解析，得到解析信号；获取解析信号的相位角，对解析信号的相位角求导，得到第一瞬时转速信号。

通过采用基于希尔伯特(Hilbert)变换的瞬时转速解析算法原理求解出更精确的瞬时转速信号，具体的求解过程如下所示：

Hilbert变换是以数学家大卫·希尔伯特(David Hilbert)来命名的一种信号处理方法。信号经Hilbert变换后，在频域各频率分量的幅度保持不变，但相位将出现90°相移。Hilbert变换能用来描述幅度调制或相位调制的包络、瞬时频率和瞬时相位。

经电涡流传感器系统采集出的汽轮发电机组轴系测速齿轮的时域波形类似余弦的周期信号，转速信号对应其频率。当转速变化后，信号的频率发生变化。因此，在甩负荷时转速飞升变化受到频率调制的转速信号，其包络信号中包含了转速变化的特征，对包络信号进行解调即可解算出瞬时转速。解调过程为首先将包络信号表示为复数形式，实部为原始信号，虚部为原始信号经过Hilbert变换后的形式；然后求解此复数信号的幅角变化，即是瞬时转速。

采集的原始电涡流传感器输出的信号为

a(t)是传感器采集的信号，x(t)是被a(t)调制过信号，t为时间，f₀为被测信号的频率，为相位；

设被测信号的总相位角为

则x(t)的Hilbert变换为

则x(t)的包络信号的解析形式为：

其中j为虚数单位，则解析信号的相位角θ(t)为

包络信号的瞬时频率μ(t)为相位角随时间的导数，即为轴系的瞬时转速：

其中，dt为采样点间的时间间隔，即采样频率的倒数，瞬时转速单位为rad/s；给定测速齿轮的齿数Nt，则以转每分(rpm)表示的转速为：

其中，ω(t)为以转每分为单位表示的瞬时转速。

步骤五：对第一瞬时转速信号进行滤波，得到第二瞬时转速信号；对瞬时转速信号进行滤波，滤除扭振信号；建立第一瞬时转速信号的频谱图，再次分析瞬时转速信号的频谱，识别出影响瞬时转速的频率点，根据频谱图确定第一瞬时转速信号的扭振频率，对扭振频率滤波，得到第二瞬时转速信号。

步骤六：对第二瞬时信号进行拟合，得到瞬时转速曲线；

如图3所示，瞬时转速曲线确定方法为，

6.1采集转速传感器的转速信号，并存储；

6.2对转速信号进行滤波；建立初始信号频谱，分析初始信号的频谱，对信号进行滤波；经测速齿轮及电涡流传感器组成的转速测量装置采集的原始转速信号的影响因素有：(a)测速齿轮齿-槽几何形状会造成转速传感器输出波形不是标准的正弦波；(b)转子不平衡、油膜涡动等原因会造成转子的径向振动，带来的基频、半频或倍频成分。而转速齿轮输出信号的频率为转子转动频率与测速齿轮齿数的乘积，测速齿轮一般为60或100齿，相对而言，径向振动信号为低频分量。因此，原始信号会含有多种频率成分，需要通过设置合适的滤波器参数对信号进行滤波；

6.3对经过滤波的转速信号进行Hilbert变换，求得瞬时转速；

6.4再次分析瞬时转速信号的频谱，识别出影响瞬时转速的频率点，主要为扭振频率；

6.5对瞬时转速信号进行滤波，去除扭振频率信号；

6.6对瞬时转速曲线通过回归分析，计算转速升速率。

步骤七：根据瞬时转速曲线计算所述汽轮发电机组的转动惯量。

传统方法的不足之处表现在：在转速自由飞升期得到的转速数据点数较少，丢失了瞬时转速变化的更多细节。如按测速齿轮齿数Nt为100齿，基准转速ω为3000rpm，自由飞升时间为0.25s计算：测频法典型的响应时间为5～10个周期，也就是测速齿轮转过5～10个齿的时间，对应响应时间为5～10/(100*50)＝0.001～0.002s，采样周期为500～1000Hz，在0.25s内得到125～250组数据，如需缩短响应时间，需要增多齿数，但齿数增多后，每个齿的齿宽减小，会影响电涡流传感器的输出信号；测周期法的响应时间为一个周期，即测速齿轮转过一个齿的时间，响应时间为为1/(100*50)＝0.0002s，采样频率为5000Hz，在0.25s内得到1250组数据。

汽轮发电机组转速飞升段时间段，轴系转速变化剧烈，瞬时转速点数过少带来的局限性体现在：

(1)不能反映出转速变化的瞬时变化趋势；

(2)由于发电机在瞬间失去电负荷时会激发出较大的扭振模态，直接影响轴系瞬时转速，转速点数较少，也不能识别分辨其中的转速变化细节；

(3)转速点数较少，结果易受到随机误差等噪音信号的影响。

而采用本发明的转动惯量确定方法通过第一次对原始转速信号滤波，得到转速信号。由于在获取原始转速信号后进行希尔伯特变换时，采样点数不变，因此可得到大量原始转速信号，将原始转速信号中多种频率成分进行滤波，得到所需的转速信号，再对该转速信号进行调制求解，从而得到第一瞬时转速信号，通过频谱分析出第一瞬时转速信号中的扭振频率，对第一瞬时转速信号再次滤波，去除扭振频率，针对干扰频率进行滤波后重构转速信号，得到第二瞬时转速信号，进而得到纯净的转速飞升信号，又由于采取的原始转速信号多，就能够更精确的拟合出瞬时转速变化规律，提高转速飞升率的计算准确性以及汽轮发电机组转动惯量的计算精度，解决了现有技术中所存在的问题。

在本发明实施例中，汽轮机基准转速3000rpm，测速齿轮为60齿，采样频率200kHz。

图4为本发明实施例的转速传感器原始数据时域图及频谱图，如图4所示：

图4(a)表示为原始数据时域波形图，图4(b)表示为原始数据频谱图，从图4(a)中的时域波形可知，转速传感器输出的波形为较为复杂的周期性的方波，这是由于测速齿轮齿的几何形状导致的，经过图4(b)的频谱分析也看出，频谱较为复杂。根据机组的结构参数，汽轮机的转速为3000rpm，即50Hz，测速齿轮为60齿，则3000Hz附近的信号为转速传感器的基准频率信号，而50Hz左右的低频信号主要为转子径向振动的影响，而其它频率成分信号主要为方波的各阶谐波，可认为是噪音信号。

图5为本发明实施例的滤波器幅频特性曲线图，如图5所示，设计通频频带为3000～3500Hz的滤波器对原始信号进行滤波，保留3000Hz的基准频率。

图6为本发明实施例经过滤波后的转速信号时域图及频谱图，如图6所示，图6(a)表示滤波后的转速信号时域波形图，图6(b)表示滤波后的转速信号频谱图，由图6(a)、(b)中可知，原始信号经过滤波后得到规整的正弦波信号，方便后期的信号处理，其中的频率成分保留了转子的转动频率，而滤去了其它的干扰频率。

图7为本发明实施例的转子瞬时转速时域信号变化曲线图，如图7所示，在总体趋势上，从0时刻开始，在0.3s时，转子的瞬时转速为线性飞升，可称为线型飞升段，为进行下一步分析的时间段。在0.3s后，由于主汽门关闭，转速的加速度减小，由于惯性，在约1.6s时达到峰值，随后转速下降，根据滤波后的时域信号进行Hilbert变换，得出瞬时转速。

图8为本发明实施例的转速变化频谱图，如图8所示，对此时域信号进行频谱分析，由图8可看出瞬时转速变化过程中的频率成份，由于在总体上瞬时转速存在上升及下降段，类似于频率较低的三角波，因此，信号中10Hz以下的低频分量为转速飞升及减小的成分；而在14.2Hz、20Hz存在明显的峰值，结合机组的结构可判断为甩负荷激发出的明显的扭振信号，是引起图6中致瞬时转速明显的波动的主要原因。52Hz的小峰值应为转子径向振动等因素带来杂散频率成分。

通过图7可知，0至0.3s左右的时间段为有效的测量时间窗口，为了避免时间窗口在起始点和终点处选择不精确造成的误差，可截取中间的一段作为测量分析段，如图9中为截取0.15至0.25s间转子瞬时转速变化曲线及拟合曲线。

图9为本发明实施例中的转子飞升段瞬时转速及拟合曲线图，如图9所示，因为在转速飞升段，转子的瞬时转速一般随时间变化为线性升高，所以在转子转速飞升段，用一元线性方程进行回归分析，具体形式为下式所示：

s＝p₁t+p₂，

其中s为转子转速，p1、p2分别为一次系数及截距，一般用R2表示自变量t和因变量s的线性相关性，越接近于1，相关性越好，对图9中数据进行线性拟合后图像为图9中黑色直线所示，具体各参数为：

p1＝277.9，

p2＝3008，

R2＝0.647

由图9也可看出，在总体趋势上，瞬时转速随时间而增大，但信号具有一定的周期性，由图8频谱可看出主要为14.2Hz、30.2Hz的频率成份，对应为该轴系的扭振频率，带来的瞬时转速的变化，对拟合的关联性带来较大影响，R2仅为0.647。

图10为本发明实施例的滤除扭振频率后的转子飞升段瞬时转速及拟合曲线图，如图10所示，针对扭振的影响，可滤去14.2、30.2Hz信号后，重构信号，拟合后的参数为：

p1’＝291.8，

p2’＝3004，

R2’＝0.9389，

可看出经过滤波后，抑制了轴系扭振的影响，转速的变化曲线基本呈线性上升的趋势，经过拟合后R2’＝0.9389，与p1、p2和R2相比可看出，线性度有了较大的提高。

本发明采用了基于Hilbert变换的解析方法求解了汽轮发电机组的瞬时转速；对瞬时转速进行了频谱分析，辨识出影响瞬时转速的扭振频率等信号；并对影响瞬时转速的扭振频率等信号有针对性地进行了降噪处理，并以降噪后的信号进行分析，从而提高了拟合瞬时转速信号的变化规律精度。

此外，本发明采集的数据点增多带来的优点还体现在：

(a)由于在甩负荷后汽轮发电机轴系的转速变化为一瞬态过程，有效测量窗口长度为0.2～0.3s，在一定的时间窗口长度下得到的越多，越能反映出转速变化的真实情况；

(b)大量的数据点有助于有效数据的截取。由于在现场测试中，准确的甩负荷时间即有效测量窗口的起点，以及主汽门关闭时间即有效测量窗口的终点的时间难以准确的确定，而起点和终点数据会影响整体拟合曲线的趋势。当数据点足够多后，为避免起点和终点不好选取的影响，可截取中间的一段数据做为分析的数据，避免端点数据的干扰，提高计算的精确性。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试装置，其特征在于：包含依次连接的

原始转速信号采集模块，用于当汽轮发电机组发生甩负荷时，采集汽轮发电机组的原始转速信号；

第一滤波模块，用于对原始转速信号进行滤波，得到转速信号；

转速信号解调模块，用于对转速信号进行希尔伯特变换解调，得到包络信号及其解析信号；

求解模块，用于根据对包络信号及其解析信号进行求解，得到第一瞬时转速信号；

第二滤波模块，用于对所述第一瞬时转速信号进行滤波，得到第二瞬时转速信号；

拟合模块，用于对第二瞬时信号进行拟合，得到瞬时转速曲线。

2.按照权利要求1所述的一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试装置，其特征在于：所述转速信号解调模块包含

波形图建立单元，用于建立原始转速信号的时域波形图；

第一频谱图建立单元，用于建立原始转速信号的频谱图；

转速信号调制单元，用于根据时域波形图和所述频谱图对转速信号的频率进行调制，得到包络信号。

3.按照权利要求1所述的一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试装置，其特征在于：所述求解模块包含

频率获取单元，用于获取包络信号的频率；

包络信号的相位角获取单元，用于获取包络信号的相位角；

求解单元，用于利用希尔伯特变换、频率以及相位角对包络信号进行解析，得到解析信号；

解析信号的相位角获取单元，用于获取解析信号的相位角；

求导单元，用于对解析信号的相位角求导，得到第一瞬时转速信号。

4.按照权利要求1所述的一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试装置，其特征在于：所述第二滤波模块包含

第二频谱图建立单元，用于建立第一瞬时转速信号的频谱图；

扭振频率确定单元，用于根据频谱图确定第一瞬时转速信号的扭振频率；

第二滤波单元，用于滤波所述扭振频率，得到第二瞬时转速信号。

5.一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：当汽轮发电机组发生甩负荷时，采集汽轮发电机组的原始转速信号；

步骤二：对原始转速信号进行滤波，得到转速信号；

步骤三：对转速信号进行解调，得到包络信号；

步骤四：根据希尔伯特变换对包络信号进行求解，得到第一瞬时转速信号；

步骤五：对第一瞬时转速信号进行滤波，得到第二瞬时转速信号；对瞬时转速信号进行滤波，滤除扭振信号；

步骤六：对第二瞬时信号进行拟合，得到瞬时转速曲线；

步骤七：根据瞬时转速曲线计算所述汽轮发电机组的转动惯量。

6.按照权利要求5所述的一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试方法，其特征在于：所述步骤三具体为，建立原始转速信号的时域波形图，建立原始转速信号的频谱图，根据时域波形图和频谱图对转速信号的频率进行解调，得到包络信号。

7.按照权利要求5所述的一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试方法，其特征在于：所述步骤四具体为，获取包络信号的频率，获取包络信号的相位角，利用希尔伯特变换、频率以及相位角对包络信号进行解析，得到解析信号；获取解析信号的相位角，对解析信号的相位角求导，得到第一瞬时转速信号。

8.按照权利要求7所述的一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试方法，其特征在于：所述解析信号解析过程为，

采集的原始电涡流传感器输出的信号为

a(t)是传感器采集的信号，x(t)是被a(t)调制过信号，t为时间，f₀为被测信号的频率，为相位；

设被测信号的相位角为

则信号相位角的瞬时变化为：

则x(t)的Hilbert变换为

则x(t)的包络信号的解析形式为：

其中j为虚数单位，则解析信号的总相位角θ(t)为

包络信号的瞬时频率μ(t)为相位角随时间的导数，即为轴系的瞬时转速：

其中，dt为采样点间的时间间隔，即采样频率的倒数，瞬时转速单位为rad/s；给定测速齿轮的齿数Nt，则以转每分(rpm)表示的转速为：

<mrow> <mi>&amp;omega;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;mu;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;pi;N</mi> <mi>t</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>60</mn> </mrow>

其中，ω(t)为以转每分为单位表示的瞬时转速。

9.按照权利要求5所述的一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试方法，其特征在于：所述步骤五具体为，建立第一瞬时转速信号的频谱图，再次分析瞬时转速信号的频谱，识别出影响瞬时转速的频率点，根据频谱图确定第一瞬时转速信号的扭振频率，对扭振频率滤波，得到第二瞬时转速信号。

10.按照权利要求5所述的一种汽轮发电机组转子瞬时转速测试方法，其特征在于：所述步骤六中瞬时转速曲线确定方法为，

6.1采集转速传感器的转速信号，并存储；

6.2对转速信号进行滤波；建立初始信号频谱，分析初始信号的频谱，对信号进行滤波；

6.3对经过滤波的转速信号进行Hilbert变换，求得瞬时转速；

6.4再次分析瞬时转速信号的频谱，识别出影响瞬时转速的频率点，主要为扭振频率；

6.5对瞬时转速信号进行滤波，去除扭振频率信号；

6.6对瞬时转速曲线通过回归分析，计算转速升速率。