發(fā)電廠軸系扭振保護裝置動作分析王虎軍;任曉朦;劉鋒;武占國【摘要】為了避免接入系統(tǒng)中存在串補和直流輸電而產(chǎn)生次同步諧振，國華寶日希勒電廠一期工程2x600MW機組加裝了TSR裝置.針對TSR裝置在運行中頻繁啟動錄波器在機組出力100MW、300MW的情況下,分別對TSR裝置保護的錄波文件及頻譜進行了分析，認為該機組可能已出現(xiàn)SSO/SSR現(xiàn)象，但扭振幅值未達到軸系疲勞累積的程度，并提出相關建議.【期刊名稱】《內蒙古電力技術》【年(勤期】2011(029)005【總頁數(shù)】4頁(P24-26,29)【關鍵詞】TSR；次同步振蕩扭振保護;疲勞累積;阻尼控制器【作者】王虎軍;任曉朦;劉鋒;武占國【作者單位】內蒙古電力科學研究院，內蒙古呼和浩特010020;華北電力大學，北京102206;內蒙古電力科學研究院，內蒙古呼和浩特010020;內蒙古電力科學研究院,內蒙古呼和浩特010020【正文語種】中文隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷提升以及輸、配電技術的發(fā)展，大規(guī)模交、直流混合輸電將成為未來發(fā)展的主要趨勢。為了提高遠距離輸電系統(tǒng)傳輸容量、系統(tǒng)穩(wěn)定性，可控串補技術在電網(wǎng)中得到廣泛應用［1］；但輸電線路中的串聯(lián)電容補償、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的加裝及可控硅控制系統(tǒng)等，均有可能誘發(fā)、導致次同步振蕩(以下簡稱SSO)/次同步諧振(以下簡稱SSR)[2]。另外，在交、直流混合輸電系統(tǒng)中，靠近直流換流站的發(fā)電機組也可能產(chǎn)生SSO現(xiàn)象。由于汽輪機和發(fā)電機轉子慣性較大，對軸系本身的低階扭轉模態(tài)十分敏感，呈低周高應力的受力狀態(tài)，這種機電共振直接威脅著發(fā)電機組和電網(wǎng)的安全可靠運行[3]。為了避免串補所帶來的SSO/SSR問題造成汽輪發(fā)電機組的軸系損壞，最大限度地提高線路傳輸能力，本文對國華寶日希勒電廠機組軸系扭振保護裝置(以下簡稱TSR)的動作情況進行分析。1國華寶日希勒電廠概況國華寶日希勒電廠位于內蒙古呼倫貝爾市寶日希勒鎮(zhèn)，規(guī)劃容量為6x600MW,其中一期工程2x600MW機組以500kV交流雙回線路經(jīng)巴彥托海開關站送入伊敏直流換流站，線路總長約139.5km。同時接入該換流站的有魯能鄂溫克一期2x600MW機組、華能伊敏三期2x600MW機組，呼遼直流是上述6臺機組的主要輸出通道。輸電接入系統(tǒng)網(wǎng)絡結構見圖1所示。由于國華寶日希勒電廠接入的系統(tǒng)存在高壓直流輸電系統(tǒng)和可控串補輸電系統(tǒng)，其送端火電機組存在SSO/SSR的風險，根據(jù)相關科研單位的研究結論和電網(wǎng)公司的要求，2x600MW機組裝設了由北京四方公司生產(chǎn)的CSC-812型TSR[4],該裝置與機組同步投運。1.1機組參數(shù)設置2臺機組軸系扭振模態(tài)頻率共有6階，各階扭振模態(tài)頻率見表1,其中涉及SSO/SSR的為模態(tài)1(18.7Hz)和模態(tài)2(23.6Hz)。TSR裝置啟動定值及動作特性曲線TSR裝置保護啟動定值見表2。(1)啟動報警定值為0.1rad/s。（2）若為單一模態(tài)1在機頭測點為0.243rad/s時，達到發(fā)電機聯(lián)軸器主軸位置的開始累積疲勞值，扭轉功率為95.2MW；若為穩(wěn)定此幅值時疲勞累積到1.0%，則5595s跳閘。圖1輸電接入系統(tǒng)網(wǎng)絡結構表1軸系各階扭振模態(tài)頻率Hz?表2TSR保護啟動定值？（3）若為單一模態(tài)2在機頭測點為0.308rad/s時，達到2瓦軸頸位置的開始累積疲勞值，扭轉功率為65.23MW；若為穩(wěn)定此幅值時疲勞累積到1.0%，則4355s跳閘。2機組TSR裝置動作情況2010-10-14T01:28，國華寶日希勒電廠1號機組并網(wǎng)運行；02：17，機組2套TSR裝置開始啟動錄波器，頻繁時每2~3min就啟動1次。截至目前，每套TSR裝置啟動錄波的次數(shù)已多達數(shù)百次。經(jīng)現(xiàn)場查看錄取的波形數(shù)據(jù)，模態(tài)1幅值已超過其報警定值，TSR裝置每次啟動后均為收斂狀況，每次持續(xù)時間為10~20s。模態(tài)2幅值較模態(tài)1幅值小，模態(tài)1的啟動幅值大部分低于0.16rad/s，但其中幾次扭振幅值高于0.19rad/s、接近0.2rad/s。截至目前，1號機組TSR裝置仍在頻繁啟動錄波器和報警。3TSR裝置典型錄波文件頻譜分析3.1機組出力為100MW時3.1.1TSR保護錄波文件圖2是1號機組TSR錄波圖（含機端電氣量）。由圖可知1號機組TSR錄波的模態(tài)值為：模態(tài)1幅值-0.1013~0.1023rad/s;模態(tài)2幅值-0.0394~0.0392rad/s。TSR保護錄波文件頻譜對TSR保護錄波文件進行頻譜分析，圖3為TSR裝置機頭原始采樣值的頻譜分析結果，圖4為TSR裝置機端電氣量的頻譜分析結果。根據(jù)圖4,1號機組存在幅值為0.125rad/s、頻率為19.29Hz的模態(tài)分量?，F(xiàn)TSR保護裝置設定模態(tài)1中心頻率為18.2Hz（理論計算值），帶寬1.5Hz，19.29Hz在模態(tài)1帶寬范圍之內，且模態(tài)1幅值超過0.1rad/s（保護啟動定值），所以TSR保護連續(xù)啟動，屬于正確行為。根據(jù)圖4中機端電氣量的頻譜分析圖，機端電流中存在頻率為30.76Hz的諧波分量，與機組模態(tài)1頻率互補，說明機端電流中的諧波分量的頻率與1號機組19.29Hz的軸系模態(tài)頻率相耦合。根據(jù)分析情況，在現(xiàn)有交、直流混合輸電模式下，模態(tài)1阻尼情況較差，需引起高度重視，建議采取進一步措施，避免造成機組軸系損傷。3.2機組出力為300MW時TSR保護錄波文件圖5是1號機組TSR錄波的整體圖形（含機端電氣量）。由圖可知1號機組TSR錄波的模態(tài)值為：模態(tài)1幅值-0.1328~0.1320rad/s;模態(tài)2幅值-0.0502~0.0518rad/s。TSR保護錄波文件頻譜針對該錄波文件進行頻譜分析，圖6為原始采樣值頻譜分析，1號機組存在幅值為1.375rad/s、頻率為19.29Hz的模態(tài)分量?，F(xiàn)TSR保護裝置設定模態(tài)1中心頻率為18.2Hz（理論計算值），帶寬1.5Hz,19.29Hz在模態(tài)1帶寬范圍之內，且模態(tài)1幅值超過0.1rad/s（保護啟動定值），所以TSR保護連續(xù)啟動。根據(jù)圖7中機端電氣量的頻譜分析圖，機端電流中存在頻率為30.76Hz的諧波分量，與機組模態(tài)1頻率互補，說明機端電流中的諧波分量的頻率與1號機組19.29Hz的軸系模態(tài)頻率相耦合。4結論及建議4.1結論1號機組出力在100~300MW變化期間，2套TSR裝置均頻繁啟動，機組出力與保護啟動次數(shù)、幅值等基本沒有關系，2套保護裝置基本上是同時啟動。經(jīng)對各錄波文件分析整理發(fā)現(xiàn)，在定子電流中出現(xiàn)的均為30.76Hz的次同步電流分量。伊敏換流站的次同步振蕩阻尼控制器(SSDC)—直在投運狀態(tài)，但TSR裝置卻頻繁啟動。初步分析認為：國華寶日希勒電廠機組與系統(tǒng)之間可能已出現(xiàn)SSO/SSR現(xiàn)象，扭振幅值還未達到軸系疲勞累計的程度，但存在著一定的風險。4.2建議(1)在直流換流站控制系統(tǒng)中裝設SSDC，從根源上消除SSO的產(chǎn)生［5］，并盡可能優(yōu)化SSDC模塊參數(shù)，加強SSDC模塊功能。這是目前國內具有工程應用經(jīng)驗解決直流輸電引起的SSO問題的技術措施。根據(jù)中國電科院對該系統(tǒng)次同步振蕩問題的研究結論和國網(wǎng)公司《呼遼工程次同步振蕩及運行方式專題研究評審會會議紀要》的要求，2臺機組都裝設了TSR保護裝置，對機組軸系扭振提供檢測和保護。SSO/SSR是1項機網(wǎng)協(xié)調的技術難題，需電網(wǎng)和電廠及相關科研部門等多家單位高度重視，共同進行深入分析研究，并采取有效技術措施加以解決，從根本上消除隱患，以確保機組和電網(wǎng)的安全。［參考文獻］【相關文獻】中國電力科學研究院.超高壓輸電系統(tǒng)中靈活交流輸電（可控串補）技術報告[R].北京：中國電力科學研究院，1999.呂世榮，劉曉鵬，郭強，等.TCSC對抑制次同步諧振的機理分析[J].電力系統(tǒng)自動化，1999，23（6）：14-18.Jancke，GunnarandK.F.Akerstrom.DevelopmentsandExperiencewithSeriesCapacitorsinSweden[J].AIEETrans.，v.71，n.12，Dec.1952:1118-1123.四方電氣集團有限公司.CSC-812汽輪發(fā)電機組軸系扭振保護