第25卷第5期20l0年1O月电力学报JOURNAL OF El ECTRIC POW ER Vo1．25 NO．5 Oct．2O10 文章编号：loo5—6548(2olo)o5 0394—03 发电机次同步谐振抑制策略分析刘兴华(国网能源开发有限公司神头第二发电厂，山西朔州038500) 摘要：串联电容补偿引起的电力系统次同步谐波问题是实现远距离经济输电的关键技术问题。以锦忻线和忻石线双回500 kV 线路为例，具体对抑制次同步谐振(SSR)的策略进行了研究，对次同步谐振抑制装置在运行中存在问题进行了分析，并提出相应措施。关键词：远距离输电；次同步谐振；串联电容补偿；策略中图分类号：TM 7¨ 文献标识码：B 采用串联电容器补偿部分线路电感，可以有效地提高长距离输电线路的输电能力和运行稳定性。但由于采用串联补偿将使整个电网形成复杂的RI C回路，在系统参数发生变化或电网受到某种扰动的情况下易产生电气暂态振荡(绝大部分是衰减的)。作用于转子的暂态扭矩包含一些接近轴系扭振固有频率的分量，它们会在轴系中造成很大的瞬态扭矩，从而可能导致汽轮发电机组遭到严重损坏。因此，解决因串联电容补偿引起的电力系统次同步谐振问题成为推广串补技术、提高输电能力、实现远距离经济输电的关键技术问题之一。1 电气系统主接线图陕西国华锦能公司4台60万kw 机组最大输送功率为185万kW。为解决电能输送问题，在输电线路加装了串联补偿装置，以确保负荷送出。电厂双回500 kV紧凑型线路送至忻州。在锦忻线上加装35 的串补，在忻石线上加装35 的串补，串补装置均安装在忻州开闭所侧。系统如图1所示。2 次同步谐振抑制策略分析综上所述，随着线路串补装置的投人运行，将有可能在系统上引发次同步谐振，对发电机组安全运行构成威胁。经过详细反复论证，采用了SSR—DS 装置补偿方式来抑制SSR，同时由TSR装置来提供保护。装置接线如图2所示。其总体控制策略是：选取含有原动机扭振模式分量的测量值(发电机转速信号)作为控制器的输入图1 线路串联补偿电气系统接线图5O0 kV 图2 SSR—DS配置方案及其控制关系信号，控制晶闸管的触发角由其进行控制，从而改变TCR支路的电流大小，进而对发电机的输出功率进行微调，最终产生抑制SSR的阻尼转矩。这样就实现了抑制次同步谐振的效果。以转速偏差信号作为控制器的输入信号时，需将TCR中的无功电流相位调制成与发电机转子速度偏差反相，即错相180。接线图见图2，原理图见图3。这样，当转速增加时，TCR中的感性电流就相应减小。即TCR吸收的无功功率减小，则发电机机端电压上升，发电机送出的电磁功率增加。对相对恒定的机械输入而言，电磁功率增加将会导致转子动能的减小，从而最终导致转子速度降低。反之，转收稿日期：2010—09—20 作者简介：刘兴华(1972一)，男，山西应县人，工程师．主要从事电力系统及其自动化技控工作，(E—mail)I xhandy@126．corn 第5期刘兴华：发电机次同步谐振抑制策略分析395 I l I I I I e J l l l l J ll c 甲『] 擞图3 SSR—DS三相接线示薏图速减小时TCR感性电流增加，机端电压降低，发电机送出的电磁功率减小，从而使发电机转子加速。而在正常运行时，TCR以某一个固定导通角稳定运行，相当于一个稳定、连续的无功负荷。因TCR的控制速度很快，故可以达到抑制次同步谐振的目的。这种控制策略与加强发电机阻尼从而提高输电能力的控制策略类似。两者的差别在于SSR—DS控制器行为的不同，后者的阻尼在惯性频率范围(0．1～2) Hz之间，而前者的阻尼则在较高的扭振频率(5～45)Hz之问。发电机主升变压器图4 SSR—DS工作原理图3 抑制策略的实施3．1 单台机组控制策略选择发电机的转速作为控制器的输入信号，见图5。转速偏差首先经滤波和放大环节，产生一个与其成比例的信号，然后经相位补偿环节(测量系统中滤波器引起的时问延迟以及晶闸管触发的固有延迟，需利用超前滞后环节对这些延迟进行相位补偿)，最终使TCR中的无功电流与转速偏差形成反相，从而实现对次同步谐振的抑制作用。图5 单机控制策略框图3．2 四套SSR—DS间配合策略设有四台机组在同时运行E 。我们可将四台机组的SSR—DS分别编号为a、b、C、d，详见图6，其中a、b接在降压变531B上，C、d接在降压变压器532B上。四台发电机编号为a、b、C、d，四台SSR—DS的控制信号与发电机的转速信号(co ，，∞，∞a) 对应关系为一套SSR—DS对应两台发电机转速的平均信号：A：(∞+ b)／2，B：(∞+∞d)／2，C：( + (cJb)／2，D：( 。+03d)／2。图6 四套SSR—DS间配合策略框图3．3 实施效果分析在SSR—DS实施过程中，经过多次现场测试，模拟了各种工况，均达到了预期效果。SSR—DS均有效地抑制了次同步谐振的产生。图7是投入SSR—DS的效果图。这个项目的顺利投运有效地解决了电能输出的瓶颈问题。图7 投入SSR—DS抑制后效果图4 TSR保护装置为避免在次同步谐振时发生发电机组断轴事故，除了对次同步谐振要采取抑制措施外，另外还须对运行机组可能发生的次同步谐振采取有效的监测和保护措施。汽轮发电机组轴系扭振保护装置(TSR)可对运行中的机组提供监测与保护功能。当电力系统出现扰动时，可以根据计算出的轴系扭振响应，依据机组的扭应力一寿命曲线(S—N曲线)估算出轴系的疲劳损耗百分数。若总损耗达到了100 ，则意味着该机组轴系的预期寿命已至极限，存在着出现断裂的可能性，此时应尽快使机组停运。396 电力学报第25卷据此原理，保护装置可对运行机组的扭振信号特征进行识别。当发生次同步谐振时，采用发散判断和疲劳累积判断来决定是否需要停机。5 运行中出现的问题及对策5．1 负序电流的影响发电机组运行中轴系的扭振和扰动是长期存在且时时波动的。线路加装串补后，轴系的扭振和扰动在某些工况下可能会被放大。在抑制次同步谐振时，SSR～DS装置会向电网注人次同步电流和超同步电流。其中次同步电流占主要成分。但由于此时电网与电机负荷中已存在的次同步电流，SSR—DS 装置流入的电流将抵消已存在的次同步电流，使电机负荷中的次同步电流迅速减小直到消失。因此，SSR DS装置的作用不仅不是负面的，而会降低次同步和超同步电流(次同步电流减小和消失时，超同步电流也随之减小和消失)的不良影响。有鉴于此，在设备运行时，应密切观察流入降压变低压侧35 kV母线的三相电流数据，初步判断负序电流大小。如其数值较大，则要进一步测量三相工频电流相角，计算出其中负序电流的比例，然后虑是否需要采取相应措施。此外，还应实时监测记录线路上的扰动情况，发电机系统SSR—DS设备中的负序电流、谐波电流、次谐波电流等量多项电能质指标。5．2 设备散热问题光控阀组阻容电阻功率较大，发热量高。在夏季环境温度较高时，会大大降低设备安全运行的可靠性。因此将阀组室冷却空调由一台备用，一台运行改成全部投入运行。另外在阻容电阻下方安装导流风机，增加冷却力度。措施实施后，产生了很好的降温，阀组温度显著降低。6 结束语针对SSR问题提出的解决方法很多。这些方法有的改造机组轴系的机械参数，有的调整电网运行方式等等，其成本、效果、实施难度和维护便利性差别很大。国华锦能公司利用SSR—DS装置来抑制次同步谐振的产生，并在实践中取得了良好的效果。本文作者全程参与了国华锦界电厂实施SSR—DS项目中的实施，并负责了串联补偿装置和次同步谐振抑制装置的安装和调试，并对调试过程中存在的问题提出了改进意见。结合项目实施过程，本文对锦能公司对次同步谐振的抑制策略进行了分析，并同时对实施过程中存在的问题提出相应的措施。参考文献：[1] 中国电力设计院．GB／T 20298 2006静止无功补偿装置功能特性[s]．北京：中国电力出版社，2006．E2；中国电力研究院．DI 5014-1 992 33O～500 kV变电所无功补偿装置设计技术规定[s_．北京：中国电力出版社，2006 Analysis of Suppression Strategy of Sub’synchronous Resonance in Power Generators LIU Xing-hua (ShentoL1 NO．2 Power Plant，Shuozhou 038500，China) Abstract：In this paper the effect of series compensation and the causes of sub～synchronous resonance(SSR)are introduced．Based on practical application，the strategy of suppression of SSR is discussed．In addition，the problems of suppression device for SSR in operation are analyzed，and the corresponding m easures are put forward．Key words：long distance power transmission；sub—synchronous resonance(SSR)；series com—pensation；strategy [责任编辑：王静]