提高交流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

張亞妮

摘要：本文從輸電系統(tǒng)安全可靠運行的重要因數(shù)出發(fā)，闡述了輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要性，從而得出了提高交流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的具體措施。

關(guān)鍵詞：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

輸電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，是輸電系統(tǒng)安全可靠運行的重要因數(shù)。隨著輸電系統(tǒng)規(guī)模的擴大，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?？梢哉f，輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性是限制交流電流遠(yuǎn)距離輸電送電距離和輸送能力的決定因素。所以，必須采取各種措施來提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而提高輸送能力。從靜態(tài)穩(wěn)定分析可知，如果正確選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使輸電系統(tǒng)不發(fā)生自發(fā)振蕩時，那么輸電系統(tǒng)具有較高的功率極限，一般也就具有較高的運行穩(wěn)定度。從暫態(tài)穩(wěn)定分析可知，輸電系統(tǒng)受大擾動后，發(fā)電機軸上出現(xiàn)的不平衡轉(zhuǎn)矩將使發(fā)電機產(chǎn)生劇烈的相對運動；當(dāng)發(fā)電機的相對角的振蕩超過一定限度時，發(fā)電機便會失去同步，從而破壞了穩(wěn)定性。從這些概念出發(fā)可以得出提高輸電系統(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)電機的電勢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)電機相對運行的振蕩幅度；即應(yīng)從提高提高暫態(tài)穩(wěn)定，減小發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸上的不平衡功率、減小轉(zhuǎn)子相對加速度以及減少轉(zhuǎn)子相對動能變化量等方面著手。

2 提高交流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

采用自動調(diào)節(jié)勵磁裝置：當(dāng)發(fā)電機裝設(shè)自動勵磁調(diào)節(jié)器時，發(fā)電機可看做具有E'q為常數(shù)的功率特性，這也就相當(dāng)于將發(fā)電機的電抗從同步電抗xd減小為暫態(tài)電抗x'd了。發(fā)電機的電抗在輸電系統(tǒng)總電抗中所占的比重很大，因此，減小發(fā)電機的電抗可以提高系統(tǒng)的功率極限和輸送能力。如果采用按運行參數(shù)的變化率調(diào)節(jié)勵磁則甚至可以維持發(fā)電機端電壓為常數(shù)，這就相當(dāng)于將發(fā)電機的電抗減小為零。因此，發(fā)電機裝設(shè)先進(jìn)的調(diào)節(jié)器就相當(dāng)于縮短了發(fā)電機與系統(tǒng)間的電氣距離，從而提高了靜態(tài)穩(wěn)定性。自動勵磁調(diào)節(jié)對改善暫態(tài)穩(wěn)定也有明顯作用，良好的自動勵磁在暫態(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)在的勵磁系統(tǒng)都配備有某種強行勵磁裝置，其作用是在系統(tǒng)故障時，迅速增加發(fā)電機的勵磁電壓，減小了E'q的衰減程度，如果強行勵磁倍數(shù)很高，甚至可以使暫態(tài)電勢增大。

改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及減小線路電抗：電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的方法較多，例如增加輸電線路的回路數(shù)，減小線路電抗加強系統(tǒng)的聯(lián)系；另外，當(dāng)輸電線路通過的地區(qū)原來就有輸電系統(tǒng)時，將這些中間系統(tǒng)與輸電線路連接成為較大的聯(lián)合輸電系統(tǒng)，這樣可以使長距離的輸電線路中間點的電壓得到維持，相當(dāng)于將輸電線路分成兩段，縮小了電氣距離。而且，中間系統(tǒng)還可與輸電線交換有功功率，起到互為備用的作用。在輸電系統(tǒng)中間接入中間調(diào)相機，這些調(diào)相機配有先進(jìn)的自動勵磁調(diào)節(jié)器，則可以維持調(diào)相機端點電壓甚至變壓器高壓母線電壓恒定。這樣，輸電系統(tǒng)就等值地被分割為兩段，每一段的電氣距離將遠(yuǎn)小于整個輸電系統(tǒng)的電氣距離，輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到提高。由于調(diào)相機維護(hù)工作困難，已逐步被靜止補償器所替代。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以及采用串聯(lián)電容器補償?shù)确椒▉硖岣咻旊娤到y(tǒng)的穩(wěn)定性。

快速切除短路和自動重合閘：快速切除故障是提高暫態(tài)穩(wěn)定最根本、最有效的措施，同時又是簡單易行的措施?？焖偾谐收系淖饔檬菧p小加速面積，增大減速面積，提高了發(fā)電機之間并列運行的穩(wěn)定性。另一方面，快速切除故障也可使負(fù)荷中的電動機端電壓迅速回升，減少了電動機失速和停頓的危險，提高了負(fù)荷的穩(wěn)定性。切除故障時間是繼電保護(hù)裝置動作時間和斷路器動作時間的總和。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)裝置動作時間，0.04s為斷路器動作時間。高壓輸電線路的短路故障，絕大多數(shù)是瞬時性的，故障線路切除后通過自動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作的單相重合閘裝置。這種裝置自動選出故障相切除，經(jīng)過一小段時間后又重新合閘。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。

系統(tǒng)解列與異步運行和再同步：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)運行的穩(wěn)定性，但不能保證破壞系統(tǒng)穩(wěn)定的事故絕對不發(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，可以采取系統(tǒng)解列、異步運行和再同步等應(yīng)急措施，以減少損失，盡快恢復(fù)對用戶的正常供電。系統(tǒng)解列就是當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定破壞已不可避免時，盡量限制事故擴大，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)點或解列點斷開某些斷路器，使系統(tǒng)分解為若干獨立子系統(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)正常運行方式。正確選擇解列點很重要，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)入異步運行的汽輪發(fā)電機繼續(xù)留在系統(tǒng)中工作，并采取措施促使發(fā)電機恢復(fù)同步運行。但這種短期異步運行方式主要適用于有功功率儲備較欠缺、無功功率儲備較充裕的輸電系統(tǒng)中的隱極式同步汽輪發(fā)電機。在發(fā)電機異步運行時，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)個別汽輪發(fā)電機因勵磁系統(tǒng)的故障而失磁時。只要故障不危及發(fā)電機組的繼續(xù)運行，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，而讓它在系統(tǒng)中短時間異步運行，待勵磁系統(tǒng)故障消除后，重新投入勵磁，使它恢復(fù)正常的同步運行。

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

參考文獻(xiàn)：

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