二滩水电厂低频振荡现象及根源分析

二滩水电厂低频振荡现象及根源分析

庞晓艳　李明节　梁汉泉　陈苑文　

四川省电力公司调度中心　

摘要：本文介绍了二滩水电厂多次出现的低频振荡现象和机组励磁系统，分析了低频振荡现象发生的背景和根源。现场试验表明，机组励磁系统设计存在缺陷，其伏特/赫兹（V/Hz）限幅环节限制了PSS输出信号。在二滩机组带满负荷运行，多台机组增加励磁调压时，多台机组PSS功能同时退出，致使PSS功能未能真正发挥作用。这些教训对大容量机组励磁系统设计、调试及运行等具有指导意义。

关键词：低频振荡；电力系统稳定器（PSS）；伏特/赫兹（V/Hz）限制

一前言

二滩水电厂位于四川省西南部攀枝花地区，装机容量６５５０ＭＷ，经１１００多公里的５００ｋＶ输电通道向川渝和华中电网送电。根据川渝孤立电网、川渝－华中互联电网的小干扰稳定性分析，在二滩大功率远距离输电方式下，系统均存在１个与二滩、宝珠寺和铜街子机组强相关的负阻尼振荡模式。为此在二滩、宝珠寺和铜街子机组励磁系统中，投入了电力系统稳定器（以下简称ＰＳＳ）附加控制功能，并经过现场调试投入运行，而且时域数字仿真表明，系统ＰＳＳ配置方案可以明显改善系统阻尼特性，防治低频振荡现象的发生。　

但是自２００１年８月以来，二滩水电厂已多次发生低频振荡现象，而且电厂现场打印记录显示机组ＰＳＳ功能一直处于投运状态。为了弄清低频振荡发生的根源，我们对多次发生低频振荡的背景和二滩机组励磁系统进行了分析，并通过现场试验，最终查明了低频振荡的根源。本文将介绍二滩水电厂多次出现的低频振荡现象、机组励磁系统及现场试验情况等，提出了在大容量机组及励磁系统设计、调试和实际运行中需注意的问题。

二低频振荡现象及特点

1．2001年8月3日低频振荡

20:47 因负荷中心电压低，四川省调通知二滩将电压调至电压曲线上限，二滩5台机组相继增加了励磁。

20:48 二滩汇报电压在532KV至539KV之间波动。

20:53 龚嘴电厂汇报7台机有功、无功均在波动，无功摆动大，有功摆动小。

20:54 洪沟站汇报500KV、220KV所有电流表计均在摆动；龙王站汇报电压在510－520KV之间波动；江油电厂汇报机组励磁电流波动大；映秀湾汇报110KV有功波动大，电压基本无波动。

20:55 令宝珠寺电厂立即加负荷，二滩电厂根据周波情况减负荷。

21:02 二滩负荷减至2100MW，系统恢复正常。

2．2002年7月1日低频振荡

16:38 四川省调通知二滩将500kV电压调至电压曲线上限。

16:40:21 二滩#6机增磁按钮选中，增加励磁；

16:40:46 二滩#1机增磁按钮选中，增加励磁；

16:41:11 二滩#2机增磁按钮选中，增加励磁；

16:51 二滩电厂汇报500kV线路总负荷在2650MW~2700MW范围波动，电压在536kV~539kV波动。

16:59 省调通知视万龙线潮流减负荷至2600MW。

17:01 二滩电厂出力减至2600MW，系统恢复正常。

3．2002年7月15日低频振荡

10:03 四川省调通知二滩电厂电压调上限运行。　

10:18 二滩汇报５００ｋＶ线路总有功波动50MW，总无功波动50Mvar，电压波动3KV.

10:21 通知宝珠寺加负荷，二滩负荷由2700MW减至2500MW。

１０:２５　二滩负荷减至２５００ＭＷ，波动平息．　

从上述的低频振荡现象看，有四个明显的特点：第一，低频振荡现象发生的背景均是丰水期二滩机组满负荷运行，在二滩多台机组增加励磁后出现的。第二，二滩电厂现场打印显示机组PSS功能一直处于投运状态。第三，二滩电厂降低出力，受端电厂增加出力，低频振荡现象消失。第四，现场打印记录显示二滩机组增加励磁，机端电压保持恒定。　

三低频振荡的原因分析及防止措施

我们首先对低频振荡发生时的系统运行工况进行了时域数字仿真。仿真结果表明二滩机组PSS功能投运对抑制功率振荡有明显效果。根据多次低频振荡现象发生的背景，我们又对二滩机组的励磁系统进行了研究分析，发现励磁系统的PSS输出信号在V/Hz限制之前，V/Hz环节的增益整定为1.05，V/Hz限制环节是否过滤了PSS输出信号？为此，四川省电力公司组织人员对二滩＃2机组励磁系统进行了现场试验，试验结果表明，机组励磁系统设计存在缺陷，V/Hz限制环节不仅限制了励磁给定信号，而且限制了PSS输出信号。在二滩多台机组相继增加励磁进行调压时，多台机组PSS功能同时退出，系统阻尼由强阻尼转变为弱阻尼，这就是二滩电厂多次发生低频振荡现象的根源。下面介绍二滩机组励磁系统、现场试验情况以及防止措施。

１．二滩机组励磁系统　

二滩水电厂机组励磁系统采用加拿大GE 公司的SILCO5自并励励磁系统，其自动电压调节器（AVR ）逻辑框图如图1所示。

图1 二滩机组励磁系统逻辑框图

Figure 1 logic diagram of ertan units excitation system

从图1可以看出，二滩机组PSS 输出信号PSSOP 与励磁给定信号AVRREF 、低励限制信号MINELOP 叠加后，经伏特/赫兹（V/Hz ）限制和机端电压限制环节后，形成AVR 设定值AVRSP 。励磁系统V/Hz 限制环节的幅值VHZOP 等于发电机频率FREQFB 乘以V/Hz 增益VHZGN 。

V/Hz 限制环节实际上是用来保护发电机和升压变压器，以防止发电机在低频率运行时，励磁给定信号AVRREF 过大，造成机端电压过高，产生过度持续磁通而损坏发电机和升压变压器。V/Hz 增益VHZGN 的整定值取决于发电机和升压变压器允许的持续过磁通能力，也就是发电机和升压变压器的V/Hz 值。发电机和升压变压器的典型V/Hz 值和允许运行时间如下表1[1]。 表1

V/Hz （pu ）

1.25 1.2 1.15 1.1 1.05 发电机 0.2 1.0 6.0 20.0 长期运行 允许运行

时间

(min) 升压变压器 1.0 5.0 20.0 长期运行

由表1可以看出，机组V/Hz 值，也就是发电机机端运行电压相对于机端额定电压的标么值和频率标么值之比小于1.05pu 时，发电机可以长期运行。升压变压器V/Hz 值，也就是机组升压变压器低压侧运行电压相对于低压侧额定电压的标么值和频率标么值之比小于1.1时，升压变压器可以长期运行。

当发电机以某一机端电压运行时，发电机机端电压等于升压变低压侧电压。如果机端额定电压与升压变低压侧额定电压相同，则机组V/Hz 值等于升压变压器V/Hz 值，励磁系统V/Hz 增益整定值取决于发电机，应整定为1.05；如果升压变低压侧额定电压比机端