轴系扭振保护(tsr)的原理,功能与定值原则

1某电厂二期工程4×600MW 机组输电线路两回，为LGJ-300×6紧凑型线路，经山西忻都开关站接入河北石北变电所，总长度为438公里。

国调中心规定，在不加装串补装置情况下，最大输送功率185万千瓦，不能满足机组满负荷的送出。

为解决送出受限问题，同时节约投资，节约线路走廊，由中国电力工程顾问集团公司研究确定，在输电线路加装串联补偿装置，以确保负荷的送出。

电厂出双回500kV 紧凑型线路至忻都，在锦忻线上加装35%的串补，在忻石线上加装35%的串补，串补均加装在忻州开闭所侧。

送出方案示意见图1。

图1 电厂接入系统电气接线图串联补偿电容使整个电网形成R-L-C回路，此回路将发生次同步谐振。

次同步谐振是电力系统的一种运行状态，在这种状态下，电气系统与汽轮发电机组以低于同步频率的某个或多个网机（电网或电机）联合系统的自然振荡频率交换能量。

由次同步谐振导致的感应发电机效应，可能出现负阻尼使次同步电气振荡不衰减或增强。

当次同步电气振荡频率与机组轴系某阶扭振固有频率互相耦合将产生次同步谐振（SSR）。

经过各方面的详细论证，电厂采用SVC补偿的方式来抑制SSR，同时由TSR系统来提供保护。

23图2 电气系统主接线图图3 电厂SVC配置方案及其控制关系4△ω：汽轮发电机转速偏差信号 UC:35KV母线电压信号（经PT）图3 SSR-DS三相接线示意图SSR-DS的基本原理本装置主要作用就是用于抑制次同步谐振(SSR)。

选取含有原动机扭振模式分量的测量量（发电机转速信号）作为控制器的输入信号，据此控制晶闸管的触发角，改变TCR支路的电流大小，进而微调发电机的输出功率，产生抑制SSR的阻尼转矩，实现抑制SSR的目的。

5以转速偏差信号作为控制器的输入信号时，需将TCR中的无功电流调制成与发电机转子速度偏差反相即错相180°。

这样，当转速增加时，TCR中的感性电流减小，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，对恒定的机械输入，电磁功率的增加将导致转子动能的减小，从而最终导致转子速度的降低。

发电机转子作为一个惯量质点。 垫升风机不能是双进风的还是单进风的，都作为一
个惯量质点。 水力测功器转动惯量应计入附水影响。附水量与水
力测功据所吸收负荷有关，缺乏详细资料则可取为 净惯量的35％。 皮带传动的泵和发电机等设备：轴系通过皮带传动 的泵和发电机等设备，出于皮带刚度很小而且还可 能产生微量的滑移，所以可以认为这部分设备与原 系统的扭振特性无关。
7
二.扭振的计算模型与当量转化
当量转化方法
柴油机曲轴以每一曲轴平面的中心作为单位气缸转 动惯量的集中点。对并列连杆V型机也可以每个气 缸中心线与轴线之交点作为集中点，而将每个曲柄 转化为两个集中点。单位气缸转动惯量由旋转部件 的转动惯量及转化到曲柄销半径处的往复部件的转 动惯量组成。
以有较大质量部件的回转平面中心作为该部件质量 的集中点。
二.扭振的计算模型与当量转化
实际动力装置系统
当量系统(计算模型)
6
二.扭振的计算模型与当量转化
当量系统，就是把复杂的柴油机轴系转化成如图所示的
集中质量—弹性系统。
转化原则:当量系统能代表实际轴系的扭振特性，其自
由振动计算固有频率与实际固有频率基本相同，振型与 实际的基本相似。实测固有频率与计算值相差大于5％ 时，应对当量系统进行修正。
3
一.关于“推进轴系扭振”
轴系扭转振动有何危害？
使曲轴、传动轴及凸轮轴产生过大的交变应力，甚至导致疲劳 折损；
使传动齿轮间产生撞击现象，引起齿面点蚀，乃至断齿； 使橡胶联轴器橡胶件撕裂、螺栓折断； 使刚性联轴器出现振动松动，螺栓折断； 发动机零部件磨损加快，地脚螺栓折断； 柴油发电机组输出不允许的电压波动； 引起扭转—纵向耦合振动； 产生继发性激励，激起柴油机机架、齿轮箱的横向振动，并通

18
I1 C12 I2 C23 I3 C34 I4 C45 I5 C56 I6 C67 I7
Internally:
19
IRing IHub
Iweb+CW IMJ
ICP,Rot, Recip IMJ
ICP,Rot, Recip IMJ
ICP,Rot, Recip IMJ
ICP,Rot, Recip IMJ
c1,2 (I1 I1I 2
I2)
;
2 e2,3
c1,2 (I2 I2I3
I3)
11
三自由度扭摆系统
第一主振型 单结振动主振型有一个结点。
第二主振型 双结振动主振型有两个结点。 三质量扭振系统的运动是由以 上两种振型合成的结果。
1 1 sin(et 1) 1 sin(et 2 )
IFW
I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 I10 I11 I12
I1 I2
CDamper
CWeb, 1/2MJ, 1/2CP CWeb, 1/2MJ, 1/2CP CWeb, 1/2MJ, 1/2CP CWeb, 1/2MJ, 1/2CP CWeb, 1/2MJ, 1/2CP CWeb, 1/2MJ, 1/2CP CWeb, 1/2MJ, 1/2CP CWeb, 1/2MJ, 1/2CP
汽 车发动机 设 计
1
第三章发动机轴系扭振
3.1 基本概念 3.2 发动机轴系扭振分析 3.3 减振措施
2
2.1 基本概念
共振现象 定义：内燃机轴系由钢材或球墨铸铁制成﹐既有弹性﹐又有
惯性﹐并有自身的固有频率。在简谐性扭矩的激励下﹐它会产 生强迫扭转振动﹐当激励扭矩的频率趋近于轴系的固有频率时
﹐扭振振幅急剧增大。缸数越多，曲轴越长这种现象越明显。

扭振相关设备及解决方案
产品概述
序号
1 2 3
技术服务类产品
服务名称
汽轮发电机组轴系扭振模态参数测量实验 汽轮发电机组轴系建模 汽轮发电机组轴系扭振危险截面S-N曲线计算
服务类产品： 汽轮发电机组轴系扭振模态参数测量实验。 机组轴系建模，提供仿真分析使用连续质量模型和简单质量模型。 计算机组轴系扭振危险截面S-N曲线。
汽轮发电机轴系与电力系统功率控制设 备（例如高压直流输电系统、静止无功补 偿系统等）发生相互作用，产生的低于同 步频率的振荡。
采用串联电容补偿的交流输电系统出现扰 动时，由于电气系统的固有频率可能与汽轮 发电机轴系的自然扭振频率形成谐振，汽轮 发电机轴系产生的次同步频率功率交换。
直流和串补输电下SSO监测与保护
直流和串补输电下SSO监测与保护
应用背景
火电机组扭振损坏
1970-12-9 790MW双轴机组 发电机与励磁机间 1971年再次发生类似损坏 US Mohave Power Station
核电机组扭振损坏
Unit-3 2004-10-31 Unit-2 2004-11-02 低发之间 US Dresden Nuclear Power Station
直流和串补输电下SSO监测与保护
EPRI研究结论： 无串联电容及无控制环节换流器的电力系统电气阻尼总是正值 HVDC功率/电流控制可使电气阻尼为负，与大型汽轮发电机组相互 作用（SSTI），引发次同步振荡（SSO）直流和串源自输电下SSO监测与保护应用背景
诱发机组轴系扭振的疲劳损耗
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 寿命期间由于严重扰动产生的总寿命损害应在允许的范围内。
应用背景 产品概述 典型案例 相关资质

e12
2 n
I
1
A1
2

e23
2 n
I i Ai

i 1

Ak

k 1
Ak 1 ek 1,k
2 n
I i Ai

i 1


0
n
m 1
A Ast
2)
m0
n

3) 1
n
n
m 1

此时阻尼对放大系数的影响最大

4) 2 m 1
n

2 n

1 Ie
增大I或e可使n 下降



时共振
n
tg 1 2n

2 n
2
2
小结： 1）系统自振频率仅与结构有关 n 1/(I e)
1 2 n1
A(1) 1

A(2) 1

A(n1) 1
高速机一般只考虑
1， 2， 3
k

A(1) k
sin(1t


1
)

A(2) k
sin(
2t


2
)



A(n1) k
s
in(
n1t
n1 )
取第一质量作为分离体
S1 U12 0
A
h
h
1
(
2 n
2)2

4n 2
2

2 n
[1 ( n
)2 ]2

n2
4

2 n

(

第三节
轴系的扭转振动
船舶推进轴系是一个既有扭转弹性、又 有回转质量的扭转振动系统。轴系扭转振 动为边旋转边做周向来回振动，不可避免。 规范要求：功率大于 220KW的柴油机推进系 统、额定功率大于 110KW的柴油机发电系统 要进行扭振计算并提交审查及实船测量， 如计算及测试超过规定必须采取避振和减 振措施
五 轴系扭转振动的减振措施
一、船舶轴系扭转振动许用应力和许用扭矩 1转速比r=共振转速/标定转速=nc /ne 2持续运转工况0ｒ1.0 3危险临界转速 1）扭振应力或扭矩超过持续运转的许用值时的共振转 速 2）防止措施： （1）设转速禁区；（2）禁区内不应 持续运转，允许快速超越；（3）转速表用红色标明， 并在操纵台前设示告牌 4常用转速ｒ＝0.8－1.05范围内不允许存在转速禁区。 在ｒ＝0.9－1.03范围内应尽可能不用减小振幅的方 法来消除转速禁区
4封缸运行时的扭振特点 1）封缸运行类型 （1）单缸停油，运动件未拆除 （2）损坏运动件拆除 2）相应扭振特点 （1）运动件未拆除较常见，使扭振振幅和扭振应 力增大，即扭振恶化 （2）运动件拆除对扭振影响最严重，使转动惯量 减小，固有频率、固有振型发生变化，扭振振 幅、应力增大 5现代船用大型柴油机的扭振特点 使轴系扭转振动加剧，中间轴产生过大的扭 振振幅和扭振附加应力
1）由强制振动φ１与有阻尼自由扭振φ２两种 简谐振动合成，经过一定时间后φ２消失， 只剩下强制振动φ１ 2）强制振动φ１是由激振力矩Mt激起的，且其 圆频率与激振力矩圆频率相同，即皆为同一 个ω 3）A１的大小主要取决于扭摆的自振圆频率ωe 与阻尼比n。在无阻尼(n→０）情况下，若 ωe＝ω，则振动振幅A１→∞；在有阻尼情 况下，若ωe＝ω，则A１不会无限大，但也 为最大值，称系统共振

600MW火力发电汽轮机轴系保护与谐波抑制装置共同作用机理下的机组稳定性研究摘要：汽轮机轴系断裂事故是汽轮机事故中最严重的事故，它不但会造成主设备严重损坏，而且还极易引发火灾和人员伤亡。

在国内外众多已发生的轴系断裂事故表明，有些事故是由于汽轮机严重超速，有些是由于扭振、螺栓材质及装配工艺而发生疲劳断裂。

电网为了实现远距离电力系统互联，提高输电能力，实现大功率的中、远距离输电，我国的特高压输电线路已逐步建成。

特高压输电线路中的大容量机组、长距离输电需要电网采用可控串补（TCSC）技术提高输电能力。

输电线路中串联电容补偿、直流输电、电力系统稳定器的加装，可控硅控制系统、发电机励磁系统、汽轮机电液调节系统的反馈作用等，均有可能诱发机组产生次同步振荡现象。

解决次同步谐振带来的危害，对各火电厂而言，显得更加的迫切。

可控串联电容补偿(TCSC)、附加励磁阻尼控制(SEDC)、机端附加阻尼控制（GTSDC）等方法虽然可对次同步谐振产生抑制效果，但并不能准确评估每次抑制后，对汽轮机轴系产生的影响。

这些抑制手段与汽轮发电机组轴系扭振控制保护装置（TSR）互相配合，可有效解决这一问题。

关键词：疲劳断裂；特高压；次同步振荡；TCSC；SEDC；GTSDC；TSR；抑制。

Abstract:Steam turbine shafting fracture accident is the most serious accident insteam turbine accidents. It not only causes serious damage to main equipment, but also easily leads to fire and casualties. Many shafting fracture accidents at home and abroad show that some accidents are caused by severe overspeed of steam turbine, and some are caused by fatigue fracture due to torsional vibration, bolt material and assembly process.In order to realize the interconnection of long distance power systems, improve the transmission capacity, and realize the medium andlong distance transmission of high power, China's ultra-high voltage transmission lines have been gradually built. Large capacity units and long distance transmission in UHV transmission lines need to use thyristor controlled series compensation (TCSC) technology to improve transmission capacity. The installation of series capacitor compensation, DC transmission and power system stabilizer in transmission lines, as well as the feedback effect of silicon controlled rectifier control system, generator excitation system and turbine electro-hydraulic control system, may induce sub synchronous oscillation of units.It is more urgent for thermal power plants to solve the harm of subsynchronous resonance. Although methods such as thyristorcontrolled series capacitor compensation (TCSC), additional excitation damping control (SEDC) and generator terminal additional damping control (GTSDC) can suppress subsynchronous resonance, they cannot accurately evaluate the impact on turbine shafting after each suppression. These suppression measures can effectively solve this problem by cooperating with the turbine generator shaft torsional vibration control and protection device (TSR).Key words: Fatigue fracture;UHV;Subsynchronous oscillation;TCSC；SEDC；GTSDC； TSR；inhibition.一、概述随着电网中单机容量的不断增大，功率密度亦相应增加，轴系长度加长和轴系截面积相对下降，整个轴系不可再视为转动刚体，而是由多跨转子组成的弹性质量系统。

实际发动机曲轴系统扭振的激振力矩主要是输出的单缸扭矩M，M是一个周期函 数，而周期函数是由无限个简谐分量组成，每一个简谐分量都可能引起共 振，所以曲轴系统的扭振可能有很多共振工况。当其中某一阶谐量的频率与 曲轴的固有频率相等时，则曲轴就将与此简谐激振力矩发生共振，振幅大大 增加。发生共振时，曲轴一方面在平均扭矩的作用下正常旋转，另一方面按 某一主振型反复扭振。
4.1 有关扭转振动的一些基本概念
4.1.2 单自由度扭摆的自由振动
4.1.2.1 无阻尼自由振动
4.发动机轴系的扭转振动
单自由度扭摆——由一根有弹性无质量（转动惯量）的扭杆和一个有
质量无弹性的圆盘组成。
扭摆的状态只用一个坐标——圆盘偏离其
平衡位置的角位移θ即可充分地表示出来。
圆盘的转动惯量为I。 扭杆的抗扭刚度为k=GJp/l。

危害：扭振会使机件中产生附加应变和应力，磨损增大，严重时曲轴、齿 轮的齿等零件会断裂，机械噪音增大，发动机平衡性恶化使机体振动加剧
等不良后果。
4.1 有关扭转振动的一些基本概念

• •
4.发动机轴系的扭转振动
产生的原因：
内因：曲轴系统是一个多质量的弹性体，具有一定的惯性、弹性。 外因：在曲轴系统上作用着一个大小、方向都周期性变化的激振力矩。
4.2 发动机轴系的扭振分析及减振措施
弹性参数的换算——扭转刚度k或柔度e
4.发动机轴系的扭转振动
轴段的扭转刚度：作用在直轴段两端的扭矩与扭转角度的比值。
l k M G / dx 0 J ( x) Δφ p
G——材料的剪切弹性模数，Jp(x)——x截面处的极惯性矩，l——轴段的自由扭 转长度。 轴段的柔度：轴段在单位力矩作用下的扭转变形。 e Δ φ 1

分析轴系扭振的动态特性， 如阻尼比和固有频率的变化 规律。
比较不同实验条件下的轴系 扭振响应，以验证结果的可 靠性和一致性。
结果比较与验证
比较方法
01
比较不同实验条件下的结果，以评估实验 的重复性和可靠性。
03
02
将实验结果与理论模型进行对比，验证模型 的准确性和适用性。
04
验证内容
验证理论模型的预测与实验结果的符合程 度。
智能化与数值模拟
利用智能化技术和数值模拟方法，可实现对轴系 扭转振动更精确、高效的预测和控制。未来研究 可关注智能化技术和数值模拟方法在轴系扭转振 动研究中的应用和发展。
减振技术发展
随着减振技术的不断进步，未来将有更多高效、 可靠的减振方法和装置应用于轴系设计中。研究 可关注减振技术的创新发展及其在轴系设计中的 应用前景。
标准与规范更新
随着轴系扭转振动研究的深入和工程实践的积累 ，相关标准和规范也需要不断更新和完善。未来 研究可关注国际和国内相关标准与规范的动态， 推动轴系扭转振动研究的标准化进程。
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看
REPORTING
04
பைடு நூலகம்
数据采集器将实时采集的数据传输到计算 机进行后续分析。
实验结果与分析
01
实验结果
02 轴系扭振的位移、速度和加速度随时间变化的曲 线图。
03
不同激振频率和幅值下的轴系扭振响应。
实验结果与分析
• 轴系扭振的阻尼比和固有频率等 参数。
实验结果与分析
结果分析
探讨激振频率和幅值对轴系 扭振的影响。
PART 07
总结与展望
本课程总结

转轴扭振测量基本原理1 转轴扭振测试基本原理[1]图1 转轴发生扭振时的角速度变化图[1]轴系扭振是在轴系的旋转过程中同时发生的运动现象。

轴系正常稳定运行无扭振时，其按某一角速度0ω回转。

当轴系出现扭振时，会在轴截面上相应产生往复扭转变形值弧长 '''BB 或扭角ϕ，此时轴系的回转角速度因扭振引起的交变角速度ωΔ而发生了变化，其瞬时角速度为0ωω+Δ，如图1所示。

按扭振信号的拾取方式分，扭振测量方法主要有两大类，即接触测量法和非接触测量法。

接触测量法是将传感器(应变片等)安装在轴上，测量信号经过集流环或者无线电方式传给二次仪表。

非接触测量一般采用“测齿法”，即利用轴上的齿轮或其他等分结构，由磁电式、涡流式或光电式非接触传感器感受扭振引起的不均匀脉冲信号，通过二次仪表的解调处理后达到测量扭振的目的。

图2 角位移测试原理图[1]扭振角位移测量基于非接触测齿原理，如图2所示。

图2(a)所示为扭振非接触测量信号拾取装置，由齿轮和传感器(如电涡流传感器等)组成，齿轮随轴转动，传感器感应脉冲信号(每个齿轮经过传感器时，将产生一个脉冲信号)。

当轴平稳旋转，亦即无扭振时，传感器将输出如图2(b)所示的均匀的脉冲波，其基本频率为0Z ω×(0ω为转速频率，Z 为齿轮齿数)。

当轴发生扭振时，这个基频分量将被调制成图2(c)所示的疏密相间的脉冲波，并经扭振仪解调后获得图2(d)所示的扭振角位移信号，由此，可测出扭振振幅，经记录并分析得出扭振频率。

2 消除转轴弯曲振动影响的措施[1]图3 消除弯曲振动双接头180度布置图[1]对于小扭幅的扭振信号，为消除转轴弯曲振动的影响，每个测点应装设二只相对180度的传感器如图3所示，由质量不平衡等引起弯曲振动可分解成垂直和水平两方向。

水平方向的弯曲振动对传感器的调制信号无影响，而垂直方向的弯曲振动则会使靠近传感器的齿轮瞬时线速度叠加上一个由该振动形成的附加分量，影响传感器的调频信号。

对于轴系的扭转振动分析计算，现在已经有很多成熟的理论方法，最常使用的有连续质量模型（分布质量） 方法和集中质量模型（离散模型）方法。连续质量模型法是将轴系视为连续分布的刚度和阻尼系统，可直接根据 轴系的几何结构建立轴类连续模型，这种模型十分接近实际情况，没有当量轴系的简化过程，适合复杂的轴系结 构，有良好的计算精度。通常连续质量模型可以运用有限元法进行计算，可以很好的解决连续质量模型所需大量 复杂运算的问题。集中质量模型法在有限元法出现之前广泛应用，其将轴系当量简化为离散的质量，通过当量刚 度和阻尼连接，其计算重点是对轴系合理的当量简化，根据长期的实验对比，集中质量法计算量小，对于低阶频 率计算误差小，适用于大部分简单轴系。总体来说，现今的计算方法可分为三类；第一类为解析方法，它能给出 由连续解析函数表示的准确解，但只能适用于极少数特殊简单情况；第二类为离散近似求解方法，其中最有代表 性的是有限单元法，它有很强的适应性，是各类结构分析问题中应用最广的数值方法；第三类为半解析方法，这 类方法保存了第一类方法中连续解析函数的特点，但是不在具有准确解的特性，通过能量原理等求得广义坐标的 近似解。
计算参数
1
自由振动
2
强迫振动
3
转动惯量
4
阻尼计算
5
扭转刚度
自由振动是机械系统中一种简单的振动形式。系统在外力的作用下，物体在离开平衡位置后，不需要外力的 作用，就能自行按其固有频率振动，这种不在外力的作用下的振动称作自由振动。在轴系扭转振动计算中，自由 振动计算占有极重要的位置。通过自由振动计算，可以得到扭振系统的固有频率、振型，从而确定系统的临界转 速，轴段扭振的应力尺标，进而计算扭振共振振幅，共振扭矩，共振应力等特征和特性参数，为轴系扭振评估， 确定扭振测试位置，扭振减振器设计和安装提供依据。自由振动的计算方法有很多，通常采用的方法有雅克比法 （Jacobi）、霍尔茨法（Holzer）、模态分析法、子空间迭代法等。船舶柴油机轴系的阻尼通常是弱阻尼，系统 的转动惯量和轴段弹性常数通常可以求得比较精确的结果，长期实践表明，在自由振动计算是按无阻尼自由振动 处理，一般能满足工程实际需要。

点 组合 。
监测系统以转速、 调节级压力、 电功率为输入， 由于系统中没有使用转角信 号， 如果监测系统输出的扭转角和实际的扭转角吻合， 则可 以证明该监测结果 是正 确 的 ， 所 以较 的扭角 为 汽轮发 电机 轴两 端 的扭 角之差 。 ３ ． 电厂 汽轮 发 电机 组轴 系扭 振保 护措 施
振频率范围， 电力系统调度也要注意运行方式改变引起系统谐振频率的改变 ，
避免 其落 入共 振频 率 范围 。
（ ３ ） 加装 监测和 保护 装置 。 鉴 于一 次Ｓ Ｓ Ｏ 对轴 系寿命 的损 耗几 乎是 １ ０ ０ ％， 加 装保 护 装置能 有效地 防 止机组 出现 过大 应力和 疲劳 损坏 ， 是 十分 必要 的。 主要
保护 措施 。
为提 高 输电能力 在 电力 系统 中串联 电容 补偿 是 产生Ｓ Ｓ Ｏ的主要 原因 。 避免 其 发生的 主要 控制 手段 有 以下几 种 ： （ １ ） 增设滤 波器 。 滤 波器 可以过 滤信号 中的 扭振分 量 ， 降低它 们在 通道 中的 增益 ， 从而避 免激 励不稳 定扭振 。 激励 扭振 的原 因不同 ， 滤 波器 的安装 位置和 形 式都 不一 样 ， 可 以在 补偿 电容器 处 、 控制 系统 中、 Ｐ Ｓ Ｓ 和励 磁调 节 系统 中增 设滤 波器 该法 的缺点 是 ： ①必 须选择 合理 的组合系 数组合 多个 测点的转 速 ， 这样才 可 能使扭 振分量 极小 化 ， 同 时保持 良好 的低频 性 能。 ②安装 一种 滤波器 只 能防 止一 种原 因激 励的 不稳定 扭振 ， 并且不 可能 防止 未知原 因激励 的 不稳定 扭振 。 （ ２ ） 轴系 调频 与电网调度 运行方 式调整结 合。 次同步谐 振发生条件 为轴 系固 有频 率与 电气谐振频 率 的和等于周 波频率 在 电网规划 设计 阶段选择 合理 的谐

第38卷第6期电力系统保护与控制Vol.38 No.6 2010年3月16日 Power System Protection and Control Mar.16, 2010 上都电厂轴系次同步扭振保护系统陈大宇1，赵永林1，刘 全2，张远取3，谢小荣 3（1.上都发电有限责任公司，内蒙古自治区 锡林郭勒盟 027200；2.四方电气（集团）有限公司，北京 100084；3.清华大学电机系电力系统国家重点实验室，北京 100084）摘要：针对次同步谐振（SSR）危及机组轴系安全问题，研发了轴系次同步扭振保护系统。

该保护系统包括底层的扭应力继电器（TSR）和上层的保护协调机（Tmaster）。

TSR实时采集轴系模态转速信号，进而判别扭振模态稳定性和疲劳寿命是否越限，并将判断结果传递给Tmaster，由后者执行选择性跳机逻辑，从而起到保护机组轴系的作用。

将所述次同步扭振保护系统应用于上都电厂串补输电系统，分析了其运行机制和定值设置。

保护系统自2008年9月投运以来，经历了现场试验和实际故障的考验，起到了正确检测次同步扭振和保护机组轴系安全的作用。

关键词：次同步谐振（SSR）；扭应力继电器（TSR）；轴系扭振保护；串补输电系统；现场试验Shafting torsional protection system at Shangdu power plantCHEN Da-yu1，ZHAO Yong-lin1，LIU Quan2，ZHANG Yuan-qu3，XIE Xiao-rong3（1.Shangdu Power Plant Co.，Ltd，Xilingol 027200，China；2. Sifang Electric（Group）Co.，Ltd，Beijing 100084，China；3. State Key Lab of Power System, Department of Electrical Engineering, Tsinghua University，Beijing 100084，China）Abstract：A subsynchronous torsional protection scheme is developed to protect generator shafts from damage caused by subsynchronous resonance (SSR). The scheme is composed of the bottom-layered torsional stress relay (TSR) and the upper-layered coordinator, called Tmaster. The TSR gathers the modal speed of generator shafts in real time and detects dangerous SSR according to the criteria of torsional stability and fatigue loss-of-life. The Tmaster coordinates the response from multiple TSRs and trips generators selectively. The proposed “TSR+Tmaster” scheme is implemented for the Shangdu series-compensated transmission system, of which the operation principle and the protection setting are elaborated in this paper. Since it was put into practice in September 2008, the protection system has experienced various field tests and real system faults, demonstrating its effectiveness in detecting subsynchronous vibration and protecting generator shafts.Key words：sub-synchronous resonance（SSR）； torsional stress relay（TSR）； shafting torsional protection； compensated transmission system；field test中图分类号： TM77；TM76 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2010)06-0122-040 引言二十世纪七十年代以来，由固定串联电容补偿（FSC）引起的次同步谐振（SSR）问题受到广泛的关注[1-2]。

发电厂轴系扭振保护装置动作分析王虎军;任晓朦;刘锋;武占国【摘要】为了避免接入系统中存在串补和直流输电而产生次同步谐振,国华宝日希勒电厂一期工程2×600 MW机组加装了TSR装置.针对TSR装置在运行中频繁启动录波器,在机组出力100 MW、300 MW的情况下,分别对TSR装置保护的录波文件及频谱进行了分析,认为该机组可能已出现SSO/SSR现象,但扭振幅值未达到轴系疲劳累积的程度,并提出相关建议.【期刊名称】《内蒙古电力技术》【年(卷),期】2011(029)005【总页数】4页(P24-26,29)【关键词】TSR;次同步振荡;扭振保护;疲劳累积;阻尼控制器【作者】王虎军;任晓朦;刘锋;武占国【作者单位】内蒙古电力科学研究院,内蒙古呼和浩特010020;华北电力大学,北京102206;内蒙古电力科学研究院,内蒙古呼和浩特010020;内蒙古电力科学研究院,内蒙古呼和浩特010020【正文语种】中文随着电力系统电压等级的不断提升以及输、配电技术的发展，大规模交、直流混合输电将成为未来发展的主要趋势。

为了提高远距离输电系统传输容量、系统稳定性，可控串补技术在电网中得到广泛应用[1]；但输电线路中的串联电容补偿、电力系统稳定器的加装及可控硅控制系统等，均有可能诱发、导致次同步振荡（以下简称SSO）/次同步谐振（以下简称SSR）[2]。

另外，在交、直流混合输电系统中，靠近直流换流站的发电机组也可能产生SSO现象。

由于汽轮机和发电机转子惯性较大，对轴系本身的低阶扭转模态十分敏感，呈低周高应力的受力状态，这种机电共振直接威胁着发电机组和电网的安全可靠运行[3]。

为了避免串补所带来的SSO/SSR问题造成汽轮发电机组的轴系损坏，最大限度地提高线路传输能力，本文对国华宝日希勒电厂机组轴系扭振保护装置（以下简称TSR）的动作情况进行分析。

1 国华宝日希勒电厂概况国华宝日希勒电厂位于内蒙古呼伦贝尔市宝日希勒镇，规划容量为6×600 MW，其中一期工程2×600 MW机组以500 kV交流双回线路经巴彦托海开关站送入伊敏直流换流站，线路总长约139.5 km。

扭振简化原则
内燃机在工作过程中由于曲轴上作用的周期性变化力矩，使得轴系产生扭振振动。

扭振危害：使发动机相关部件产生附加应力应变，严重时候造成曲轴、齿轮、螺栓断裂。

尤其在激振力矩与轴系出现共振时，这种现象尤为严重。

内燃机轴系运转时，在传递扭矩承受应力的同时，还承受由系统的扭转振动引起的扭振附加应力，扭振应力是周期性变化的应力，叠加在扭转应力之上。

为了确保轴系的疲劳强度，必须了解扭振应力的，并予以限制（曲轴动力学与有限元范畴）
内燃机扭振分析内容
1、将内燃机轴系简化为一个多自由度盘轴系统，计算固有频率和振型；
2、对激振力矩进行谐量分析，算出能在工作转速范围内引起强共振的两三个简谐分量的幅值和初相位；
3、计算强共振转速、共振振幅及曲轴的扭振附加应力；
4、确定减振措施
在内燃机扭振计算初期，可以把内燃机轴系简化为理想的只有转动惯量而无弹性形变形的刚体质量和一些只有弹性变形而无转动惯量的轴段组成的离散系统——当量系统。

转换的基本原则是：
1、惯量较大且较集中的部件作为非弹性惯量元件；
2、惯量较小而分散的部件作为无惯量的弹性元件；
3、阻尼可分为作用在弹性元件上的轴段阻尼和作用在惯性元件上的质量阻尼；
4、激振力矩只作用在惯性元件上。