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专利名称：一种大型汽轮发电机组轴系的现场高速动平衡方法
技术领域：
本发明涉及一种高速动平衡方法，尤其涉及一种大型汽轮发电机组轴系的现场高速动平衡方法。
背景技术：
在汽轮发电机组现场动平衡中影响系数的误差随机性很大，尤其是对距离加重平面较远的轴承，在大多数情况下影响系数是求不准的。如果根据这些影响系数用解方程的办法求应加的平衡重量，会有更大的误差。因此在轴系平衡中不宜直接根据最小二乘法等方法的计算结果来加重。只有当试加重量后机组振动已经大幅度减小时，才将计算结果作为确定加重的手段之一。相关试验研究表明，解方程的附加条件是试加重量与应加重量的相位差< 士30°，重量差< 士30%。
同型机组影响系数的分散度说明，即使不平衡响应计算的结果达到实用阶段，也不能根据计算所得的影响系数用解联立方程的办法求得应加的平衡重量，还必须与一套轴系平衡的分析方法相配合，才能减少启动次数。因为，加重平面对所在转子两侧轴承影响系数的分散度试验数据统计相位为Δ φ = 士^T，幅值为ΔΑ/Α= 士31%。一般说来，汽机转子上的不平衡对其两侧轴承影响系数的分散度要比电机转子上的不平衡对其两侧轴承影响系数的分散度大。对相邻一跨的转子，其两侧轴承上的影响系数分散度相差较大。靠近加重平面所在转子的轴承，相位分散度为Δ φ=士 32°，幅值分散度为ΔΑ/Α= 士 44%。对较远一侧的轴承，分散度要大得多，相位为Δ φ = 士47°，幅值为ΔΑ/Α= 士59%。对更远一跨的转子，影响系数的分散度太大，即Δ φ >士90°，幅值相差几倍。由于加重以后所测出的振动变化还受其它因素影响，因此离加重平面所在转子越远，加重引起的振动变化越�。�其它因素的影响相对较大，故分散度较大。
影响系数相位的分散度较小，且同型机组相位的平均值较有规律。在确定平衡重量时，应该首先利用统计数据、模拟试验以及不平衡响应计算等手段确定相位的理论关系。 即使忽略了一些次要因素使所确定的理论相位关系有较大的误差，如Δ φ = 士30°，也有较大的实用价值，它的准确度在大多数机组上已高于或相当于实测影响系数的准确度。
理论上确定影响系数的相位关系之后，在多转子上同时加重时预先考虑彼此的影响，将这一点与振型及不平衡的分析相结合，计算不平衡的大小和位置，从而在轴系平衡中采用在多个复合平面上同时加重的方法。发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种大型汽轮发电机组轴系的现场高速动平衡方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案
1、一种大型汽轮发电机组轴系的现场高速动平衡方法，它包括的步骤是
1)针对大型汽轮发电机组轴系启动，做好准备工作；
2)大型汽轮发电机组轴系启动，测量升速特性，记录下轴系的轴振动的幅值以及相位和各轴承振动的幅值以及相位随转速的变化；
3)根据升速特性确定轴系上存在哪几类不平衡，即是否存在一阶振型、二阶振型和三阶振型引起的不平衡以及外伸端不平衡，并对不平衡进行分析，确定加重方案；
4)加重后的振动分析测量第一次加重后的振动幅值和相位；
5)加重后，结合紧固重量做出进一步调整。
所述步骤1)准备工作包括，了解该机组的轴系临界转速；收集同型机组的影响系数或参考相近容量和结构机组的影响系数，校验测振仪器本身的相位特性，为测量做好准备。
所述步骤2、测量升速特性是指记录下各轴承振动的幅值和相位随转速的变化； 工作转速时，除了测量轴系的轴振动的幅值和相位，还要测量转速稳定前后各轴承三个方向的振动的幅值和相位，而且降速时要复测过临界的轴承振动的幅值和相位数值，以避免转子启动前暂时弯曲带来的误差。
所述步骤幻中，根据升速特性确定轴系上造成轴和/或轴承振动的存在哪几类不平衡类型；不平衡类型包括一阶振型、二阶振型和三阶振型引起的不平衡以及外伸端不平衡，获取相位传递特性的类型和振幅传递的比例、每类不平衡的位置和大小的数据，参考行业内对该机型的处理，找到最接近的行业内处理该机型的经验数值，确定第一次加重方案。
所述步骤3)中具体包括步骤要点如下
①根据升速特性和振动分布，确定主要振源；参考行业内对该机型的处理，根据该转子通过第一临界转速的相位和振幅获得对称加重的位置和大�。�再根据工作转速或第二临界转速的振动，获得反对称加重的位置和大小；如果在工作转速时，同一轴上的两轴承振动相位为反相，但幅值不同，应从振型不对称或两轴承刚度不同的原因上考虑，按反对称加重计算其位置和大�。蝗绻�两轴承振动相位在同相和反相之间，若有对称分量，先按相位关系判断该对称分量是否由第一阶不平衡所引起；如果是，直接按振动的反对称分量计算反对称加重的位置和大�。蝗绻�非，应分析有无第三阶不平衡或外伸端不平衡；若有，应将之前获得的对称和反对称加重重量的大小合成后，得到该转子每侧应加的重量；这样就同时考虑了工作转速和临界转速的平衡；
②根据升速特性及振动分布判断对轮处有无不平衡；如有，计算对轮应加重量的位置和大小；
③计算对轮加重对轴系中两转子振动的影响，或主要振源转子上加重对其它转子的影响；
当工作转速远大于nkl时，1^指K转子的一阶临界转速，则略去对称加重的影响；
反对称加重的影响，如果没有影响系数参考，按通过一阶临界转速时的振幅比例或按本转子轴承的振动幅值的50%作计算；只要相位关系准确，这一比例的变化对邻近转子计算加重影响不大；
④将对轮加重以及主要振源转子的加重对其他另一转子振动幅值的影响与该转子的原始振动幅值相迭加，再根据①的方法计算这一转子上的对称和反对称重量；并根据该转子上的加重反过来再验算对其它转子的影响。这样确定各转子的首次加重
⑤如果不平衡分布复杂，第一次不能分析清楚，，则先在主要平面上加重，为第二次启动后简化分析创造条件；所述“主要平面”指转子上相对于其它振型来说振动幅值最大的不平衡振型对应的加重平面；试加配重后再次启动机组并测量振动数据(即之前所述的幅值和相位)，这一过程的分析计算方法与首次加重相同。
所述步骤4)为，测量第一次加重后的振动幅值和相位，计算成组重量的影响系数以及对称加重对过临界、反对称加重对工作转速的影响系数；对称加重对工作转速时振动的影响反映在反对称加重的效果中；先分别计算本转子的，然后考虑彼此的影响进行修正； 这样，本机组加重的影响系数已有了准确数值；根据第二次的振动和求得的影响系数进一步分析，采取边调整边再加重的方法；如果有必要，将第一次加重进行调整，根据调整后的剩余振动计算其它平面上的补充加重，调整重量和补充加重同时作为第二次加重，所述“其它平面”指相邻转子的加重平面。
所述步骤幻为，大多数机组的轴系平衡，两次加重后轴承振动幅值均降至各方向 30微米以下，对不平衡的分布及各类加重即通常指的对称加重和反对称加重的影响系数已清楚；结合紧固重量进行调整，以使工作转速各方向振动幅值小于20微米，临界转速的振动幅值在30 50微米以下；当利用上述①到⑤步骤确定的加重，使加重后的效果未达到工作转速各方向振动幅值小于20微米，临界转速的振动幅值在30 50微米以下，加重次数达到N次时，N为加重平面数，或根据成组重量的影响系数用最小二乘法计算应加重量；但在实际平衡中应用该方法时，都在加重启动次数小于N次时即完成了平衡。成组重量的意思就是组合重量，是指各加重的矢量和。
本发明所述方法的依据
(1)汽轮发电机组不平衡振动的振幅传递特性受许多因素影响，例如与轴承座的结构、刚度(包括地脚螺丝的紧固程度)等密切有关。不论利用模拟试验还是不平衡响应计算都难于求得与某台实际机组相符合的振动传递特性。但是根据统计数据来分析，振幅传递特性还是有一定规律的。这些规律与模拟试验及不平衡响应计算的结果也是符合的。 通过A转子上第一、二阶不平衡及对轮不平衡等三种不平衡对相邻转子的振幅传递特性的模拟试验(该试验是在各轴承的刚度近似相同下进行)，得出以下规律相邻两转子A转子上的不平衡对B转子振动幅值的影响主要与n/nak、n/nbk、ma/mb有关。其中η-平衡转速， nak-转子A相应于不平衡型式的临界转速，nbk-转子B的临界转速，ma/mb-两转子的质量比。 当η — nak时，相应的不平衡除了引起本转子挠曲和振动增大外，对其它转子的挠曲和振动的影响也增大；当η — nbk时，B转子受其它不平衡的影响也要增大；ma/mb越大，A转子对B 转子的影响一般也越大。试验数据表明，不平衡对所在转子两侧轴承影响最大，对邻近转子影响较小，离振源越远，影响越小。实际平衡中，如果各轴承座紧固情况正常，平衡转速不是某转子的临界转速，就可以根据这一点来确定振源。不平衡对所在转子两侧轴承影响最大， 这为几个转子上同时加重提供了一个重要依据。
(2)不平衡振动的相位传递特性与不平衡的型式、n/nak、n/nbk以及转子轴承方式、 轴承座结构型式等有关。以下讨论的是轴承自振频率高于工作转速的情况。这一条件符合绝大多数机组的实际情况。这时轴与轴承座振动的相位差较小且变化不大，可以忽略。主要讨论不平衡对邻近转子的影响，对更远的转子可依此规律类推。
①第一、二阶不平衡的相位传递特性
图1中A转子上的不平衡对B转子振动影响系数的相位可表示为
ΨΒ =<PA+A<Pba
其中％为对A转子轴承(以2瓦代表)振动影响系数的相位为对B转子轴承影响系数的相位；Δ^^为对两轴承影响系数的相位差。
转子连接成轴系后，仏的变化规律与单个挠性转子相比变化不大。％与不平衡的型式及n/nak有关。对每个轴承的Ai^4，都可看成相位差的逐段迭加，如3瓦.Λφ Α=Μ^-’ 伐.M>ba:I^2=MhX ；对更远的轴承可依次类推。如果掌握了每一段相位差的变化规律，就可以了解A转子上不平衡对各个轴承影响系数的相位关系。与机组结构、转子轴承型式及转子的挠曲形状有关。对每一台机组，结构及轴承型式已经确定，Δ%2与n/nak、n/nbk有关，但主要与n/nbk有关。根据统计数据分析，不同结构的机组，A^32的变化可分成两类-反相型和同相型。
反相型在工作转速时Δ%2 180°，即A转子上的不平衡对3瓦的影响系数与对2 瓦的影响系数相比在基本反相的基础上再滞后一个小角度。
同相型在工作转速时Δ<^32 ^O0，即对3瓦的影响系数与对2瓦的影响系数基本同相，但滞后一个小角度。与n/nak、n/nbk有关，也主要与n/nbk有关。如果B转子的挠曲为第一振型的型式，则 0° ；若B转子的挠曲以第二阶振型为主，则 180°。
根据％及Δ^^的变化规律，就能确定A转子上的不平衡在某一转速时对各瓦影响系数的相位关系。例如一般机组，工作转速η >> nbkl，这时对同相型机组来说A转子上反对称不平衡对各瓦影响系数的相位关系大致如图加所示；对反相型机组，大致如图2b所示。图中α、β为滞后的小角度。为了确定某一转子上的不平衡对相邻转子振动影响的类型，可用两种方法。一是参考同型机组或结构相同机组的影响系数的相位关系，二是由振动升速特性来确定。
②对轮不平衡振动的相位传递特性
对轮不平衡对其两侧2#、3#瓦的影响系数从低速到高速都是同相的。1#瓦的相位与A转子的挠曲有关，当挠曲以第二振型为主时，1#与2#反相。另一侧亦然。
根据不平衡振动的相位传递特性，结合振幅传递特性，就能在几个转子上同时加重时预先考虑彼此的影响。
本发明的有益效果通过实施，根据不平衡响应在各转子间的传递特性，实现在多个平衡平面上多个转速下同时试加和调整动平衡重量。该方法加重时预先量化了各转子间振动的相互影响，将工作转速与临界转速的平衡同时进行，对于减少平衡启动次数效果明显，是一种有效的汽轮发电机组轴系动平衡方法，力争通过1 2次加重使振动大幅度减小或完成平衡。


图1为本发明的流程示意图加同相型机组转子反对称不平衡对各瓦影响系数相位关系示意图2b反相型机组转子反对称不平衡对各瓦影响系数相位关系示意图3两相邻转子示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
图1，图加、图2b、图3中在生产中，一种大型汽轮发电机组轴系的现场高速动平衡方法，它包括的步骤是
1)针对大型汽轮发电机组轴系启动，做好准备工作；
2)大型汽轮发电机组轴系启动，测量升速特性，记录下轴系的轴振动的幅值以及相位和各轴承振动的幅值以及相位随转速的变化；
3)根据升速特性确定轴系上存在哪几类不平衡，即是否存在一阶振型、二阶振型和三阶振型引起的不平衡以及外伸端不平衡，并对不平衡进行分析，确定加重方案；
4)加重后的振动分析测量第一次加重后的振动幅值和相位；
5)加重后，结合紧固重量做出进一步调整。
步骤1)准备工作包括，了解该机组的轴系临界转速；收集同型机组的影响系数或参考相近容量和结构机组的影响系数，校验测振仪器本身的相位特性，为测量做好准备。
步骤2、测量升速特性是指记录下各轴承振动的幅值和相位随转速的变化；工作转速时，除了测量轴系的轴振动的幅值和相位，还要测量转速稳定前后各轴承三个方向的振动的幅值和相位，而且降速时要复测过临界的轴承振动的幅值和相位数值，以避免转子启动前暂时弯曲带来的误差。
步骤幻中，根据升速特性确定轴系上造成轴和/或轴承振动的存在哪几类不平衡类型；不平衡类型包括一阶振型、二阶振型和三阶振型引起的不平衡以及外伸端不平衡，获取相位传递特性的类型和振幅传递的比例、每类不平衡的位置和大小的数据，参考行业内对该机型的处理，找到最接近的行业内处理该机型的经验数值，确定第一次加重方案。步骤 3)中具体包括步骤要点如下①根据升速特性和振动分布，确定主要振源；参考行业内对该机型的处理，根据该转子通过第一临界转速的相位和振幅获得对称加重的位置和大�。� 再根据工作转速或第二临界转速的振动，获得反对称加重的位置和大�。蝗绻�在工作转速时，同一轴上的两轴承振动相位为反相，但幅值不同，应从振型不对称或两轴承刚度不同的原因上考虑，按反对称加重计算其位置和大�。蝗绻�两轴承振动相位在同相和反相之间，若有对称分量，先按相位关系判断该对称分量是否由第一阶不平衡所引起；如果是，直接按振动的反对称分量计算反对称加重的位置和大�。蝗绻�非，应分析有无第三阶不平衡或外伸端不平衡；若有，应将之前获得的对称和反对称加重重量的大小合成后，得到该转子每侧应加的重量；这样就同时考虑了工作转速和临界转速的平衡；
②根据升速特性及振动分布判断对轮处有无不平衡；如有，计算对轮应加重量的位置和大�。�
③计算对轮加重对轴系中两转子振动的影响，或主要振源转子上加重对其它转子的影响；
当工作转速远大于nkl时，nkl指K转子的一阶临界转速，则略去对称加重的影响；
反对称加重的影响，如果没有影响系数参考，按通过一阶临界转速时的振幅比例或按本转子轴承的振动幅值的50%作计算；只要相位关系准确，这一比例的变化对邻近转子计算加重影响不大；
④将对轮加重以及主要振源转子的加重对其他另一转子振动幅值的影响与该转子的原始振动幅值相迭加，再根据①的方法计算这一转子上的对称和反对称重量；并根据该转子上的加重反过来再验算对其它转子的影响。这样确定各转子的首次加重
⑤如果不平衡分布复杂，第一次不能分析清楚，，则先在主要平面上加重，为第二次启动后简化分析创造条件；所述“主要平面”指转子上相对于其它振型来说振动幅值最大的不平衡振型对应的加重平面；试加配重后再次启动机组并测量振动数据(即之前所述的幅值和相位)，这一过程的分析计算方法与首次加重相同。
步骤4)为，测量第一次加重后的振动幅值和相位，计算成组重量的影响系数以及对称加重对过临界、反对称加重对工作转速的影响系数；成组重量即为组合重量，指各加重的矢量和。对称加重对工作转速时振动的影响反映在反对称加重的效果中；先分别计算本转子的，然后考虑彼此的影响进行修正；这样，本机组加重的影响系数已有了准确数值；根据第二次的振动和求得的影响系数进一步分析，采取边调整边再加重的方法；如果有必要， 将第一次加重进行调整，根据调整后的剩余振动计算其它平面上的补充加重，调整重量和补充加重同时作为第二次加重，所述“其它平面”指相邻转子的加重平面。
步骤5)中，大多数机组的轴系平衡，两次加重后轴承振动幅值均降至各方向30 微米以下，对不平衡的分布及各类加重即通常指的对称加重和反对称加重的影响系数已清楚；结合紧固重量进行调整，以使工作转速各方向振动幅值小于20微米，临界转速的振动幅值在30 50微米以下；当利用上述①到⑤步骤确定的加重，使加重后的效果未达到工作转速各方向振动幅值小于20微米，临界转速的振动幅值在30 50微米以下，加重次数达到N次时，N为加重平面数，或根据成组重量的影响系数用最小二乘法计算应加重量；但在实际平衡中应用该方法时，都在加重启动次数小于N次时即完成了平衡。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式
进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
权利要求
1.一种大型汽轮发电机组轴系的现场高速动平衡方法，其特征是，它包括的步骤是1)针对大型汽轮发电机组轴系启动，做好准备工作；2)大型汽轮发电机组轴系启动，测量升速特性，记录下轴系的轴振动的幅值以及相位和各轴承振动的幅值以及相位随转速的变化；3)根据升速特性确定轴系上存在哪几类不平衡，即是否存在一阶振型、二阶振型和三阶振型引起的不平衡以及外伸端不平衡，并对不平衡进行分析，确定加重方案；4)加重后的振动分析测量第一次加重后的振动幅值和相位；5)加重后，结合紧固重量做出进一步调整。
2.如权利要求1所述的大型汽轮发电机组轴系的现场高速动平衡方法，其特征是，所述步骤1)准备工作包括，了解该机组的轴系临界转速；收集同型机组的影响系数或参考相近容量和结构机组的影响系数，校验测振仪器本身的相位特性，为测量做好准备。
3.如权利要求1所述的大型汽轮发电机组轴系的现场高速动平衡方法，其特征是，所述步骤2、测量升速特性是指记录下各轴承振动的幅值和相位随转速的变化；工作转速时，除了测量轴系的轴振动的幅值和相位，还要测量转速稳定前后各轴承三个方向的振动的幅值和相位，而且降速时要复测过临界的轴承振动的幅值和相位数值，以避免转子启动前暂时弯曲带来的误差。
4.如权利要求1所述的大型汽轮发电机组轴系的现场高速动平衡方法，其特征是，所述步骤幻中，根据升速特性确定轴系上造成轴和/或轴承振动的存在哪几类不平衡类型； 不平衡类型包括一阶振型、二阶振型和三阶振型引起的不平衡以及外伸端不平衡，获取相位传递特性的类型和振幅传递的比例、每类不平衡的位置和大小的数据，参考行业内对该机型的处理，找到最接近的行业内处理该机型的经验数值，确定第一次加重方案。
5.如权利要求1或4所述的大型汽轮发电机组轴系的现场高速动平衡方法，其特征是， 所述步骤3)中具体包括步骤要点如下①根据升速特性和振动分布，确定主要振源；参考行业内对该机型的处理，根据该转子通过第一临界转速的相位和振幅获得对称加重的位置和大�。�再根据工作转速或第二临界转速的振动，获得反对称加重的位置和大�。蝗绻�在工作转速时，同一轴上的两轴承振动相位为反相，但幅值不同，应从振型不对称或两轴承刚度不同的原因上考虑，按反对称加重计算其位置和大小；如果两轴承振动相位在同相和反相之间，若有对称分量，先按相位关系判断该对称分量是否由第一阶不平衡所引起；如果是，直接按振动的反对称分量计算反对称加重的位置和大�。蝗绻�非，应分析有无第三阶不平衡或外伸端不平衡；若有，应将之前获得的对称和反对称加重重量的大小合成后，得到该转子每侧应加的重量；这样就同时考虑了工作转速和临界转速的平衡；②根据升速特性及振动分布判断对轮处有无不平衡；如有，计算对轮应加重量的位置和大�。虎奂扑愣月旨又囟灾嵯抵辛阶�子振动的影响，或主要振源转子上加重对其它转子的影响；当工作转速远大于nkl时，nkl指K转子的一阶临界转速，则略去对称加重的影响；反对称加重的影响，如果没有影响系数参考，按通过一阶临界转速时的振幅比例或按本转子轴承的振动幅值的50%作计算；只要相位关系准确，这一比例的变化对邻近转子计算加重影响不大；④将对轮加重以及主要振源转子的加重对其他另一转子振动幅值的影响与该转子的原始振动幅值相迭加，再根据①的方法计算这一转子上的对称和反对称重量；并根据该转子上的加重反过来再验算对其它转子的影响，这样确定各转子的首次加重；⑤如果不平衡分布复杂，第一次不能分析清楚，，则先在主要平面上加重，为第二次启动后简化分析创造条件；所述“主要平面”指转子上相对于其它振型来说振动幅值最大的不平衡振型对应的加重平面；试加配重后再次启动机组并测量振动数据即之前所述的幅值和相位，这一过程的分析计算方法与首次加重相同。
6.如权利要求1所述的大型汽轮发电机组轴系的现场高速动平衡方法，其特征是，所述步骤4)为，测量第一次加重后的振动幅值和相位，计算成组重量的影响系数以及对称加重对过临界、反对称加重对工作转速的影响系数；对称加重对工作转速时振动的影响反映在反对称加重的效果中；先分别计算本转子的，然后考虑彼此的影响进行修正；这样，本机组加重的影响系数已有了准确数值；根据第二次的振动和求得的影响系数进一步分析，采取边调整边再加重的方法；如果有必要，将第一次加重进行调整，根据调整后的剩余振动计算其它平面上的补充加重，调整重量和补充加重同时作为第二次加重，所述“其它平面”指相邻转子的加重平面。
7.如权利要求5所述的大型汽轮发电机组轴系的现场高速动平衡方法，其特征是，所述步骤幻为，大多数机组的轴系平衡，两次加重后轴承振动幅值均降至各方向30微米以下，对不平衡的分布及各类加重即通常指的对称加重和反对称加重的影响系数已清楚；结合紧固重量进行调整，以使工作转速各方向振动幅值小于20微米，临界转速的振动幅值在 30 50微米以下；当利用上述①到⑤步骤确定的加重，使加重后的效果未达到工作转速各方向振动幅值小于20微米，临界转速的振动幅值在30 50微米以下，加重次数达到N次时，N为加重平面数，或根据成组重量的影响系数用最小二乘法计算应加重量；但在实际平衡中应用该方法时，都在加重启动次数小于N次时即完成了平衡。
全文摘要
本发明公开了一种大型汽轮发电机组轴系的现场高速动平衡方法，其特征是，它包括的步骤是1)针对大型汽轮发电机组轴系启动，做好准备工作；2)大型汽轮发电机组轴系启动，测量升速特性，记录下各轴承振动随转速的变化；3)根据升速特性确定轴系上存在哪几类不平衡，并对不平衡进行分析，确定加重方案；4)加重后的振动分析测量第一次加重后的振动；5)加重后，结合紧固重量做出相应的精细调整。通过实施，实现在多个平衡平面上多个转速下同时试加和调整动平衡重量。该方法加重时预先量化了各转子间振动的相互影响，将工作转速与临界转速的平衡同时进行，对于减少平衡启动次数效果明显，是一种有效的汽轮发电机组轴系动平衡方法。
文档编号G01M1/38GK102494847SQ201110412649
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者马绿洲 申请人:山东电力研究院