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6月15日、16日,内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司(简称“托克托电厂”)五期2台66万千瓦机组先后并网发电,标志着世界在役最大的火电厂机组全部投入商业运营。
10台机组、612万千瓦,如何既安全又经济地实现外送?作为托克托电厂的总设计师,中国能源建设集团所属中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司(简称“华北院”)以世界领先的次同步谐振治理技术与措施,交出了完美的答卷。
在次同步谐振治理领域极深研几二十余年,华北院在托克托电厂率先以串补加阻塞滤波器的输电方案,成功解决了世界规模最大、系统最复杂的次同步谐振问题,更在我国树立起大容量、远距离、安全经济电力输送的典范,引领了我国输电技术的进步。
中国能建中电工程华北院总承包的托克托电厂五期机组次同步谐振治理工程,图为五期机组阻塞滤波器设备。华北院供图
20年潜心钻研 攻克世界级难题
位于呼和浩特、包头、鄂尔多斯金三角腹地的托克托县,西距黄河12公里,与准格尔煤田隔河相望,距离北京500多公里,拥有大型煤电基地得天独厚的区位优势、资源禀赋和交通条件。
上世纪80年代,肩负着华北电网规划与设计的重任,华北院提出在托克托建设大型火电厂,并通过4回500千伏线路加串联电容补偿(串补)的方式,输送600万至700万千瓦装机容量的大胆规划,在我国能源版图上画下了“西电东送”的重要一笔。
描绘着托克托大型煤电基地美好图景的同时,如何确保电力送得出,以及受端电网的安全稳定,实现大容量、远距离、安全经济的电力输送,成为华北院科技攻关的主要方向。
1994年,该院启动“串补输电及抑制严重次同步谐振技术研发及应用”的专题研究,成为国内最早提出利用阻塞滤波器解决次同步谐振并开展研究的电力企业。
“高补偿度串补是提高交流输电能力及其经济性的有效手段,但串补会引起次同步谐振,这种电气—机械共振现象,严重时会造成发电机组大轴扭断,或者造成大轴的机械寿命损耗,而阻塞滤波器是解决这一问题最有效的方法。”该科研项目负责人、华北院副总工程师王绍德介绍说。
次同步谐振(SSR),至今仍被公认为世界性难题。从2003年至2006年,托克托电厂以每年投产两台60万千瓦机组的速度完成了一至四期工程建设。迫于次同步谐振难题,外送通道从最初的2回逐年扩建,直到4回线路全部建成。如果不及时解决,四期工程因受到外送通道的限制,电力无法送出,已经开展可研的五期工程更是成了空中楼阁。
具有机网复合共振、异步自励磁和暂态扭矩放大三种型式次同步谐振的托克托电厂,有着世界上最为严重和复杂的次同步谐振问题。随着托克托电厂一步步由蓝图变为现实,华北院依托工程建设开展的前瞻性的次同步谐振治理研究也结出硕果:
研究了几乎全部实用的次同步谐振预防抑制措施;
在国内率先提出发电机轴系优化设计是解决次同步谐振的有效手段;
率先提出准确测量辨识轴系参数和发电机参数方法是准确评估次同步谐振风险和精准设计次同步谐振治理措施的关键;
率先研发成功次同步谐振或者次同步振荡的测量检测装置“发电机轴系扭振参数测量辨识系统”;
成功研发异步自励磁准确分析方法、同步机异步运行参数测辨方法和同步机参数准确测辩方法、提出异步自励磁保护方法……
正是基于这些领先行业的研究成果和丰富实践,在外资企业承担的托克托电厂四期次同步谐振治理项目历时五年之久仍举步维艰时,华北院勇挑重担,牵头成功解决了遗留问题,在保证四期工程成功送电的同时,将我国次同步谐振治理技术提升到一个新的高度,使托克托电厂成为世界最大火电厂的梦想照进现实。
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