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1、机电网耦合作用下的大型汽轮发机电网耦合作用下的大型汽轮发电机组轴系扭振解决方案电机组轴系扭振解决方案 四方股份电厂和工业过程自动化业务焦邵华焦邵华2012年全国发电厂热工自动化专业年会年全国发电厂热工自动化专业年会 了解四方 推介解决轴系扭振的一系列解决方案 推介几项新技术应用主要从事电力行业的自动化、保护及控制系统；业务分为：电网业务、电厂和工业过程自动化业务、公共用电和国际业务四方股份（601126）成立于1994年，职工总数2000人，年销售额25亿规模。公司研发人员500余人，其中70%以上具有博士、硕士学位。产品系列拥有完全自主的知识产权，累计国家发明专利140余项，各项标准100余
2、项。人员来自高校、电力系统、发电厂、设计院、中试所、电建单位等。表贴表贴 机器人焊接机器人焊接 涂敷涂敷 烤机烤机装配装配 调试调试电厂业务产品线布署平台应用产品解决方案1 SSO1 SSO问题的提出问题的提出2 2 解决解决SSOSSO问题的技术路线问题的技术路线3 3 解决解决SSOSSO问题的实施措施和对策问题的实施措施和对策4 4 国内外国内外SSOSSO及扭振案例及扭振案例5 5 工程应用介绍工程应用介绍6 6 对对SSOSSO措施的建议措施的建议电气自然频率：电气自然频率：fer=foXc/(Xfer=foXc/(X”+XE+XT)+XE+XT)1/21/2转子电路通过感应发电转子
3、电路通过感应发电机的影响相互作用；机的影响相互作用；产生转矩频率：产生转矩频率：fo-fer.fo-fer.电气谐振引起机械共振。电气谐振引起机械共振。SSOSSO问题的提出问题的提出交流串补系统交流串补系统SSOSSO问题的提出问题的提出直流输电系统直流输电系统 发电机转子上微小的机械摄发电机转子上微小的机械摄动，将引起换相电压尤其是其相动，将引起换相电压尤其是其相位的变化，从而使直流电压、电位的变化，从而使直流电压、电流、功率偏离正常工作点。而这流、功率偏离正常工作点。而这种偏差最终会反馈到机组轴系，种偏差最终会反馈到机组轴系，造成发电机电磁转矩的摄动，如造成发电机电磁转矩的摄动，如果这种
4、反馈是一种正反馈的效，果这种反馈是一种正反馈的效，则系统会出现负阻尼特性，将会则系统会出现负阻尼特性，将会发生发生SSOSSO现象，影响系统的安全现象，影响系统的安全稳定运行。稳定运行。1 SSO1 SSO问题的提出问题的提出2 2 解决解决SSOSSO问题的技术路线问题的技术路线3 3 解决解决SSOSSO问题的实施措施和对策问题的实施措施和对策4 4 国内外国内外SSOSSO及扭振案例及扭振案例5 5 工程应用介绍工程应用介绍6 6 对对SSOSSO措施的建议措施的建议 防线防线1 1：系统分析，选择运行方式：系统分析，选择运行方式针对存在针对存在SSR/SSOSSR/SSO风险的电源送出
5、系统，离线进行运行方式分析，确定风险的电源送出系统，离线进行运行方式分析，确定哪些类型运行方式下系统将出现弱电气阻尼，因而可能引发哪些类型运行方式下系统将出现弱电气阻尼，因而可能引发SSR/SSOSSR/SSO。从电网调度运行方式上尽可能避免出现弱阻尼的运行方式；从电网调度运行方式上尽可能避免出现弱阻尼的运行方式；防线防线2 2：建立机网协调的：建立机网协调的SSR/SSOSSR/SSO预警预警通过机网协调构建广域通过机网协调构建广域SSR/SSOSSR/SSO监测预警系统。通过在电厂侧、机网联监测预警系统。通过在电厂侧、机网联络线和枢纽变电站母线上装置络线和枢纽变电站母线上装置SSR/SSO
6、SSR/SSO监测装置，实现监测装置，实现SSR/SSOSSR/SSO各模态的各模态的在线监测，并对模态阻尼实现在线辨识和预警；在线监测，并对模态阻尼实现在线辨识和预警；防线防线3 3：抑制、消除：抑制、消除SSR/SSOSSR/SSO针对弱阻尼机组的针对弱阻尼机组的SSR/SSOSSR/SSO电气次同步阻尼抑制。通过提高机组的次同电气次同步阻尼抑制。通过提高机组的次同步电气阻尼，实现对步电气阻尼，实现对SSR/SSOSSR/SSO的抑制。离线仿真确定弱阻尼严重的电厂的抑制。离线仿真确定弱阻尼严重的电厂，结合机组的扭振模态采用增强次同步电气阻尼的次同步振荡抑制装置，结合机组的扭振模态采用增强次
7、同步电气阻尼的次同步振荡抑制装置。例如通过发电机组励磁注入次同步电气阻尼的附加励磁阻尼控制装置。例如通过发电机组励磁注入次同步电气阻尼的附加励磁阻尼控制装置等等。解决解决SSR/SSOSSR/SSO的技术路线（四道防线）的技术路线（四道防线）防线防线4 4：扭振保护：扭振保护TSRTSR给发电机组装设专门的扭振保护装置是保护发电机组免受给发电机组装设专门的扭振保护装置是保护发电机组免受SSR/SSOSSR/SSO危害危害的最后一道防线。在机组扭振危害轴系机械安全时将该机组切除，通过的最后一道防线。在机组扭振危害轴系机械安全时将该机组切除，通过破坏机网谐振条件来抑制破坏机网谐振条件来抑制SSR/
8、SSOSSR/SSO。解决解决SSR/SSOSSR/SSO的技术路线（四道防线）的技术路线（四道防线）1 SSO1 SSO问题的提出问题的提出2 2 解决解决SSOSSO问题的技术路线问题的技术路线3 3 解决解决SSOSSO问题的实施措施问题的实施措施4 4 国内外国内外SSOSSO及扭振案例及扭振案例5 5 工程应用介绍工程应用介绍6 6 对对SSOSSO措施的建议措施的建议一、建立机网协调的一、建立机网协调的SSR/SSOSSR/SSO预警预警通过机网协调构建广域通过机网协调构建广域SSR/SSOSSR/SSO监测预警系统。通过在电厂侧、机网联监测预警系统。通过在电厂侧、机网联络线和枢纽
9、变电站母线上装置络线和枢纽变电站母线上装置SSR/SSOSSR/SSO监测子站，实现监测子站，实现SSR/SSOSSR/SSO各模态的各模态的在线监测，并对模态阻尼实现在线辨识和预警。通过在在线监测，并对模态阻尼实现在线辨识和预警。通过在SSR/SSOSSR/SSO监测中监测中心设置监测主站，实现机网协调的广域心设置监测主站，实现机网协调的广域SSR/SSOSSR/SSO监测预警。监测预警。解决解决SSR/SSOSSR/SSO的实施措施的实施措施安装监测安装监测子站子站TMU安装监测安装监测子站子站SMU安装监测安装监测子站子站TMU安装监测安装监测子站子站SMU机网协调构建广域机网协调构建广
10、域SSR/SSOSSR/SSO监测预警系统的框架结构：监测预警系统的框架结构：主站主站TMUTMU子站子站SMUSMU子站子站主站功能：收集一个系统内所有主站功能：收集一个系统内所有SSOSSO监测子站的信息，对整个系统的监测子站的信息，对整个系统的 SSOSSO问题作出安全评估和分析。问题作出安全评估和分析。TMUTMU子站功能：能够通过对发电机实时转速的监视获取敏感的扭振信号，子站功能：能够通过对发电机实时转速的监视获取敏感的扭振信号，扰动条件下在线辨识机组的模态阻尼水平，在线量化计算扰扰动条件下在线辨识机组的模态阻尼水平，在线量化计算扰 动对机组的安全影响，对机组的机械安全特性作出评估。
11、动对机组的安全影响，对机组的机械安全特性作出评估。SMUSMU子站功能：能够通过在线实时辨识电网侧子站功能：能够通过在线实时辨识电网侧SSOSSO各个频率电流的特征，各个频率电流的特征，扰动条件下在线辨识系统在各个扰动条件下在线辨识系统在各个SSOSSO频率电流下的阻尼水平，频率电流下的阻尼水平，对系统的安全特性作出评估对系统的安全特性作出评估。解决解决SSR/SSOSSR/SSO的实施措施的实施措施二、抑制、消除的二、抑制、消除的SSR/SSOSSR/SSO 针对弱阻尼机组的针对弱阻尼机组的SSR/SSOSSR/SSO电气次同步阻尼抑制，通过提高系统的电气次同步阻尼抑制，通过提高系统的次同步
12、电气阻尼，实现对次同步电气阻尼，实现对SSR/SSOSSR/SSO的抑制。解决的办法有多种，通过励的抑制。解决的办法有多种，通过励磁系统附加阻尼进行控制是目前性价比最好的方案。磁系统附加阻尼进行控制是目前性价比最好的方案。解决解决SSR/SSOSSR/SSO的实施措施的实施措施 机端次同步阻尼控制器（机端次同步阻尼控制器（Generator Terminal Sub-Synchronous Generator Terminal Sub-Synchronous Damping ControllerDamping Controller，简称，简称GTSDCGTSDC）,是通过在发电机的定子侧施加控
13、制是通过在发电机的定子侧施加控制措施增加次同步电气阻尼来抑制措施增加次同步电气阻尼来抑制SSRSSR问题。采用发电机的转速偏差问题。采用发电机的转速偏差()()作作为反馈信号，为反馈信号，GTSDCGTSDC控制输出是与关注的轴系扭振模态频率互补的补偿控制输出是与关注的轴系扭振模态频率互补的补偿电流参考值电流参考值()()，就地功率控制单元输出电流，就地功率控制单元输出电流()()动态跟踪该参考值向电动态跟踪该参考值向电网注入次同步频率电流，通过适当设置网注入次同步频率电流，通过适当设置GTSDCGTSDC的控制参数，即可产生与的控制参数，即可产生与轴系扭振频率一致且起阻尼作用的电磁转矩增量，
14、实现抑制轴系扭振频率一致且起阻尼作用的电磁转矩增量，实现抑制SSRSSR的目标的目标。解决解决SSR/SSOSSR/SSO的实施措施的实施措施启动启动告警告警跳闸跳闸HIPLP1GENLP2CSC-812P（TSR）IRIG-B数字数字/模拟接口模拟接口 轴系扭振保护（轴系扭振保护（Torsional Stress RelayTorsional Stress RelayTSRTSR）是保护汽轮发）是保护汽轮发电机组轴系安全的装置，是防止电机组轴系安全的装置，是防止SSRSSR对轴系扭振危害的最后一道防线。对轴系扭振危害的最后一道防线。识别扭振模态识别扭振模态保护判据保护判据切机跳闸切机跳闸三、
15、扭振保护三、扭振保护TSRTSR解决解决SSR/SSOSSR/SSO的实施措施的实施措施处理流程如图：处理流程如图：解决解决SSR/SSOSSR/SSO的实施措施的实施措施 严重扰动对轴系影响的允许标准是轴系设计的重要依据。这种标准可由严重扰动对轴系影响的允许标准是轴系设计的重要依据。这种标准可由对轮变形程度和轴寿命疲劳损耗等因素来确定，轴系在整个寿命期间由于严对轮变形程度和轴寿命疲劳损耗等因素来确定，轴系在整个寿命期间由于严重扰动产生的总寿命损害应在允许的范围内。重扰动产生的总寿命损害应在允许的范围内。诱发机组轴系谐振的允许标准诱发机组轴系谐振的允许标准解决解决SSR/SSOSSR/SSO的
16、实施措施的实施措施1 SSO1 SSO问题的提出问题的提出2 2 解决解决SSOSSO问题的技术路线问题的技术路线3 3 解决解决SSOSSO问题的实施措施问题的实施措施4 4 国内外国内外SSOSSO及扭振案例及扭振案例5 5 工程应用介绍工程应用介绍6 6 对对SSOSSO措施的建议措施的建议国外扭振案例USA Mohave Power Station串补串补 SSRDET Dresden Nuclear Power StationDresden Nuclear Power Station Unit 2&3Generator Rotor Crack国外扭振案例工程应用介绍盘南电厂盘南电厂T
17、SRTSR装置在网上故障、直流功率下降时的录波文件如图：装置在网上故障、直流功率下降时的录波文件如图：模态模态1 1采样值，采样值，模态模态2 2采样值，采样值，模态模态3 3采样值，采样值，模态模态2 2阻尼不好，可能出现类似伊敏的阻尼不好，可能出现类似伊敏的SSOSSO3 3机机2 2线线N-1N-1方式（上承一线拉合方式（上承一线拉合5s5s）4 4机机2 2线串补投退过程线串补投退过程工程应用介绍1 SSO1 SSO问题的提出问题的提出2 2 解决解决SSOSSO问题的技术路线问题的技术路线3 3 解决解决SSOSSO问题的实施措施问题的实施措施4 4 国外国外SSOSSO及扭振案例及
18、扭振案例5 5 工程应用介绍工程应用介绍6 6 对对SSOSSO措施的建议措施的建议建 议 重要电源点装设重要电源点装设SMUSMU 重要电网节点、换流站母线装设重要电网节点、换流站母线装设SMUSMU 重点关注内容：重点关注内容：是否存在是否存在SSOSSO、SSOSSO的阻尼情况、的阻尼情况、SSOSSO的模态的模态 下一步建立下一步建立SSOSSO的的闭环防御系统闭环防御系统 用于监测：次同步，超同步，暂态冲击用于监测：次同步，超同步，暂态冲击 用于计算：阻尼，模态频率，疲劳累计用于计算：阻尼，模态频率，疲劳累计 核电机组装设核电机组装设SSOSSO及扭振的监测保护设备及扭振的监测保护设备联系方式：焦邵华 ，jiaoshsf-auto 四方公司 电厂业务北京海淀区上地硅谷亮城6号楼100084机电网耦合作用下的大型汽轮发电机组轴系机电网耦合作用下的大型汽轮发电机组轴系扭振解决方案扭振解决方案
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