□崔紅衛(wèi)(河南鄭州供電公司)

提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

□崔紅衛(wèi)(河南鄭州供電公司)

提高輸電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，是電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的保障，本文從電力系統(tǒng)靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定分析了提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的具體措施。

輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性；靜態(tài)暫態(tài)措施

1.輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要性

電能不同于其它能源，發(fā)電、輸電、配電和用電在同一瞬間完成，發(fā)電和用電之間必須時(shí)刻保持供需平衡，一旦平衡被破壞，供大于求，會(huì)造成頻率、電壓升高；供小于求，會(huì)造成頻率、電壓下降，更嚴(yán)重還會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的崩潰。因此保持電力系統(tǒng)的功率平衡，提高輸電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，是電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的保障。隨著我國電力特高壓技術(shù)的發(fā)展，輸電距離和輸送容量大大增大，系統(tǒng)的穩(wěn)定問題就顯得比較突出。

2.提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性表明：靜態(tài)儲(chǔ)備越大則靜態(tài)穩(wěn)定性越高。提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施很多，但是根本性措施是縮短電氣距離；提高系統(tǒng)電壓水平。暫態(tài)穩(wěn)定性的提高可采取減少負(fù)荷與電源的功率或能量的差額，使之達(dá)到新的平衡；還可在穩(wěn)定破壞時(shí)，采取措施限制事故進(jìn)一步擴(kuò)大。所以提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸送能力的一般原則是：一是盡可能地提高輸電系統(tǒng)的功率極限；即應(yīng)從提高發(fā)電機(jī)的電勢(shì)E、減小系統(tǒng)電抗x、提高和穩(wěn)定系統(tǒng)電壓U等方面著手。二是盡可能減小發(fā)電機(jī)相對(duì)運(yùn)行的振蕩幅度；即應(yīng)從提高提高暫態(tài)穩(wěn)定，減小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的不平衡功率、減小轉(zhuǎn)子相對(duì)加速度以及減少轉(zhuǎn)子相對(duì)動(dòng)能變化量等方面著手。

2.1 改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及減小線路電抗：在超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路的中間，增設(shè)用斷路器將線路分段和增加分支線路的開關(guān)站。可實(shí)現(xiàn)：一是降低工頻過電壓水平和操作過電壓水平；二是當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，由于開關(guān)站兩側(cè)都裝設(shè)了斷路器，所以僅使一段線路被切除，系統(tǒng)阻抗增加不多，即提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又縮小了事故范圍；三是超/特高壓遠(yuǎn)距離交流輸電，空載時(shí)線路電壓隨線路長度增加而增加，可在開關(guān)站安裝無功補(bǔ)償裝置（電抗器）來吸收容性充電無功功率，來保證電壓質(zhì)量；另外減小線路電抗主要是通過采用分裂導(dǎo)線、提高線路額定電壓等級(jí)等方法來提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 采用自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置：當(dāng)發(fā)電機(jī)裝設(shè)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器時(shí)，發(fā)電機(jī)可視為具有E’q為常數(shù)的功率特性，這也就相當(dāng)于將發(fā)電機(jī)的電抗從同步電抗xd減小為暫態(tài)電抗x’d了。發(fā)電機(jī)的電抗在輸電系統(tǒng)總電抗中所占的比重很大，如果采用按運(yùn)行參數(shù)的變化率調(diào)節(jié)勵(lì)磁則甚至可以維持發(fā)電機(jī)端電壓為常數(shù)，這就相當(dāng)于將發(fā)電機(jī)的電抗減小為零。因此，發(fā)電機(jī)裝設(shè)先進(jìn)的調(diào)節(jié)器就相當(dāng)于縮短了發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的電氣距離，從而提高了靜態(tài)穩(wěn)定性。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)對(duì)改善暫態(tài)穩(wěn)定也有明顯作用，良好的自動(dòng)勵(lì)磁在暫態(tài)搖擺過程中能增大系統(tǒng)的阻尼，從而能使系統(tǒng)振蕩迅速平息下來，縮短搖擺過程，這是十分有利的。此外，為改善暫態(tài)穩(wěn)定性，現(xiàn)在的勵(lì)磁系統(tǒng)都配備有某種強(qiáng)行勵(lì)磁裝置，其作用是在系統(tǒng)故障時(shí)，迅速增加發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓，減小了E’q的衰減程度，如果強(qiáng)行勵(lì)磁倍數(shù)很高，甚至可以使暫態(tài)電勢(shì)增大，從而恢復(fù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 快速切除故障和采用自動(dòng)重合閘：快速切除故障是提高暫態(tài)穩(wěn)定最根本、最有效的措施，同時(shí)又是簡單易行的措施?？焖偾谐收峡墒关?fù)荷中的電動(dòng)機(jī)端電壓迅速回升，減少了電動(dòng)機(jī)失速和停頓的危險(xiǎn)，提高了負(fù)荷的穩(wěn)定性。切除故障時(shí)間是繼電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間和斷路器動(dòng)作時(shí)間的總和。目前可達(dá)到短路后0.06s切除故障線路，其中0.02s為保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間，0.04s為斷路器動(dòng)作時(shí)間。超高壓輸電線路的短路故障，絕大多數(shù)是瞬時(shí)性的，故障線路切除后通過自動(dòng)重合閘裝置立即重新投入，大多數(shù)情況下可以恢復(fù)正常運(yùn)行，成功率可達(dá)90%以上。超高壓輸電線路的故障大多數(shù)是單相接地，這類故障可以采用按相動(dòng)作的單相重合閘裝置。這種裝置自動(dòng)選出故障相切除，經(jīng)過一小段時(shí)間后又重新合閘。由于只切除一相，送電端的發(fā)電廠和受端系統(tǒng)沒有完全失去聯(lián)系，故提高了系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

2.4 系統(tǒng)解列與異步運(yùn)行、再同步：合理采用各種提高穩(wěn)定的措施之后，可以大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，但不能保證破壞系統(tǒng)穩(wěn)定的事故絕對(duì)不發(fā)生，因而可能出現(xiàn)未能預(yù)料的嚴(yán)重事故，使系統(tǒng)仍有可能失去穩(wěn)定。為此，系統(tǒng)穩(wěn)定破壞后，當(dāng)條件許可時(shí)，可以讓發(fā)電機(jī)短期異步運(yùn)行，盡快投入系統(tǒng)備用電源，然后增加勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)機(jī)組再同步的應(yīng)急措施，以減少損失，盡快恢復(fù)對(duì)用戶的正常供電。系統(tǒng)解列就是當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定破壞已不可避免時(shí)，盡量限制事故擴(kuò)大，減少穩(wěn)定破壞造成的危害。把已經(jīng)失去同步的輸電系統(tǒng)，在適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)或解列點(diǎn)斷開某些斷路器，使系統(tǒng)分解為若干獨(dú)立子系統(tǒng)，各自保持同步的部分。這樣，各部分可以繼續(xù)同步運(yùn)行，保全系統(tǒng)的大部分。在事故消除后，經(jīng)過調(diào)整，再把各部分并聯(lián)起來，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行方式。正確選擇解列點(diǎn)很重要，應(yīng)該讓解列后各部分的電源和負(fù)荷基本上平衡，否則將使系統(tǒng)的某一部分的頻率和電壓大幅度下降，甚至崩潰，而另一部分的頻率和電壓上升很高。如果系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞不是由發(fā)電機(jī)本身的故障而引起的，可以考慮允許因穩(wěn)定破壞而轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)繼續(xù)留在系統(tǒng)中工作，并采取措施促使發(fā)電機(jī)恢復(fù)同步運(yùn)行。但這種短期異步運(yùn)行方式主要適用于有功功率儲(chǔ)備較欠缺、無功功率儲(chǔ)備較充裕的輸電系統(tǒng)中的隱極式同步汽輪發(fā)電機(jī)。在發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行時(shí)，仍可向系統(tǒng)中送出部分有功功率，但要從系統(tǒng)中吸取無功功率，這樣必將大大地改變系統(tǒng)中的無功功率的平衡關(guān)系，降低系統(tǒng)的電壓水平。當(dāng)個(gè)別汽輪發(fā)電機(jī)因勵(lì)磁系統(tǒng)的故障而失磁時(shí)。只要故障不危及發(fā)電機(jī)組的繼續(xù)運(yùn)行，且系統(tǒng)中無功電源充足，可以不立即切除失磁的發(fā)電機(jī)，而讓它在系統(tǒng)中短時(shí)間異步運(yùn)行，待勵(lì)磁系統(tǒng)故障消除后，重新投入勵(lì)磁，使它恢復(fù)正常的同步運(yùn)行。

2.5 采用快速汽門控制與變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地：在系統(tǒng)故障時(shí)，對(duì)于汽輪機(jī)采用快速的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)或者快速關(guān)閉進(jìn)汽門的措施，就會(huì)顯著減小過剩功率，提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。水輪機(jī)由于水錘現(xiàn)象不能快速關(guān)閉進(jìn)水門，因此有時(shí)采用在故障時(shí)從送端發(fā)電廠中切掉一臺(tái)發(fā)電機(jī)的方法，這等值于減少原動(dòng)機(jī)功率。電氣制動(dòng)就是當(dāng)輸電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的有功功率急劇減少，發(fā)電機(jī)組因功率過剩而加速，迅速投入制動(dòng)電阻，消耗發(fā)電機(jī)的有功功率以制動(dòng)發(fā)電機(jī)，使發(fā)電機(jī)不失步。另外變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的作用為接地短路時(shí)的電氣制動(dòng)，使系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱接地短路時(shí)，產(chǎn)生的零序電流分量通過接在變壓器中性點(diǎn)的接地電阻將產(chǎn)生有功功率，同樣減少了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡功率，提高輸電系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

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2012-07-20