次同步谐振方案

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1、中电普安电厂2×660MW新建工程次同步谐振保护方案编写：（编写人会签）审核：（编写人会签）审定：批准：日期：二〇一六年七月一、概述普安电厂两台机组双回线路33KM接入兴仁换流站，由于兴仁换流站为整流站，故电网中的包含很多谐波分量，有可能存在低于工频的谐波分量，这些谐波分量可能在某个频段与电网及普安电厂发电机变压器组产生电气谐振。当这些谐振的频率与发电机组轴系的固有扭振频率互补时（此时这两个频率之和等于系统的同步频率）或者说汽轮机发电机组轴系的自然扭振（普安自然扭振见表1）与折算到转子侧的电气谐振回路的自然振荡频率非常接近时，

2、就会引起大轴的共振。电网和汽轮发电机组的耦合就会产生相互激励，当这种激励可以抵消和超过机械和电磁振荡中的所有阻尼和电阻消耗的能量时，就会在系统中产生次同步振荡，机组轴系将处于扭振状态，产生疲劳损耗，疲劳累计将严重影响转子的机械性能和寿命，严重时可导致大轴产生裂纹，损伤，甚至螺栓剪断、大轴断裂。表1:普安电厂1-8阶自然扭振频率厂家数据：阶数1阶2阶3阶4阶5阶6阶7阶8阶频率（Hz）19.729.257.2118.8149.0161.8二、技术路线1970年代美国Mohave电厂连续发生两次汽轮发电机组轴系出现严重损伤的事故，

3、该事故由机网交互作用的次同步振荡引起汽轮发电机轴系出现次同步扭振，进而因大轴疲劳损伤。事故发生之后，引起业界的高度重视，经过大量研究，明确了在长距离输电系统中使用电容串补或者高压直流输电的情况下，电源端的汽轮发电机组有可能存在扭振的风险。这些年，随着我国电力建设的快速发展，大批煤电能源基地电源点的重点项目已经完成或正在进行。其中不少工程都存在次同步振荡及扭振的问题，典型的有：盘南电厂、发耳电厂（贵广直流），绥中电厂（东北-华北联网高岭背靠背工程），呼伦贝尔电厂、伊敏电厂、鄂温克电厂（呼辽直流），云南威信电厂、镇雄电厂（溪洛渡直

4、流），等等，都由于直流输电而存在不同程度的次步振荡及扭振问题。普安电厂与盘南、发耳同是接入兴仁换流站，面临情况基本类同。普安电厂两台机组双回线路33km接入兴仁换流站，当直流输电控制方式及控制参数不当时，会造成机网系统在某些次同步频率段出现阻尼很低或者阻尼为负的恶劣情况。在这种情况下，如果出现扰动，则很有可能激发出次同步振荡。特别是电气谐振频率与轴系固有扭振频率互补时，扭振难以平息，危害很大。比如，假设电网系统的次同步振荡频率为30Hz，则30Hz的次同步电流（尽管这个量可能不大）会在发电机三相绕组中产生对应于30Hz的旋转磁

5、场，它与发电机的转子形成20Hz的转差频率，在定子旋转磁场和转子旋转磁场的共同作用下，除了同步力矩之外，同时叠加了20Hz的次同步力矩。如果这个20Hz的频率恰好十分接近汽轮发电机组轴系的某一阶固有扭振模态频率时，大轴上的扭振就会恶化，形成共振，难以平息，甚至出现扭振幅度逐渐发散的状况。在低阻尼或者负阻尼的恶劣情况下，电网系统与汽轮发电机组之间的这种耦合振荡有可能超过机械和电磁振荡中的所有阻尼所能消耗的能量，这样长期的扭振将使大轴产生金属疲劳损耗，疲劳累计将严重影响转子的机械性能和寿命，严重时可导致大轴产生裂纹，损伤，甚至螺栓

6、剪断、大轴断裂。学术界和工程界一致认为次同步振荡及发电机组扭振是公认的电力系统复杂问题，对电网安全稳定运行、电力设备安全运行有重大影响，它的复杂程度与机组及电网系统的众多因素相关。由于机组参数、电网系统参数、电网运行方式、直流输电换流站控制方式及参数等系统的复杂性，有的电厂只有在极端方式下才可能出现扭振，比如威信电厂、镇雄电厂，这种情况下，一般只需要安装扭振保护装置即可，实时监测机组扭振的情况；有的电厂出现扭振的可能性则较高，比如盘南电厂、伊敏电厂，这种情况下，一般先安装扭振保护装置，通过实时监测确实发现机组频繁出现扭振报警甚

7、至出现扭振跳闸之后，尽快从两个方面入手，一是调整电网运行方式，二是考虑在发电厂侧实施扭振抑制方案。三、方案依据根据普安电厂至兴仁换流站双回500kV线路工程可行性研究报告，分析普安电厂和邻近的兴安（贵广Ⅱ回）直流之间可能存在的次同步振荡SSO（SubsynchronousOscillation）问题，采用机组作用系数UIF（UnitInteractionFactor）法，对多种可能的N－1和N－2运行情况进行了分析。机组作用系数法UIF是目前用于分析直流输电引起的次同步振荡问题的一种工程研究方法。机组作用系数的表示式如下：UI

8、Fi=MVAHVDC1-SCiSCTOT2MVAi其中UIFi为所考察的第i台机组的作用系数；MVAHVDC为直流输电系统的额定容量；MVAi为第i台机组的额定功率；SCTOT为考虑第i台机组时，直流换流母线处的短路容量；SCi为不考虑第i机组时，直流换流母线处的短路容量。此