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開關(guān)電源廠家談天說地如何提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性

電力系統(tǒng)在運行中失去穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)最嚴(yán)重的事故。為此,在電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行中,當(dāng)經(jīng)過計算后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度不夠高。就應(yīng)該采取技術(shù)措施,保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。另外,一旦系統(tǒng)失去穩(wěn)定,則應(yīng)采取相應(yīng)的措施,限制事故范圍,減小由此帶來的損失,并盡快恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行。

  
    電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析應(yīng)從靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定兩方面來進行。一般來說,靜態(tài)穩(wěn)定程度高的系統(tǒng),暫態(tài)穩(wěn)定性也要高一些。靜態(tài)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)正常運行方式下維持其自身穩(wěn)定的能力,一個系統(tǒng)在正常運行方式時都不能完全保持其穩(wěn)定性,就更難保障受到大的干擾之后的穩(wěn)定性即暫態(tài)穩(wěn)定。所以為了提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性,必須采取帶有根本性的措施,即增加系統(tǒng)穩(wěn)定儲備,縮小電氣距離。對于暫態(tài)穩(wěn)定性來說,因為是考慮系統(tǒng)受到大的干擾后的穩(wěn)定性,所以保持系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性比保持系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性更難,措施相應(yīng)多一些。我們分別從這兩方面就提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定的措施展開討論。

  
    一、提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施  


    電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到某種微小的擾動且擾動消失后,不發(fā)生自激振蕩后或非同期失步。自動恢復(fù)到原來運行狀態(tài)的能力。  


    下面由簡單系統(tǒng)功—角特性方程式可知,在傳輸功率一定的情況下,發(fā)電機可能的極限功率愈大,則靜穩(wěn)定極限也愈高,相應(yīng)的靜態(tài)穩(wěn)定性能就愈好。而要提高靜穩(wěn)定極限則可以提高電源電勢和受端電壓。減小電抗。提高電源電勢和系統(tǒng)電壓,首先要求系統(tǒng)和發(fā)電機有足夠的無功電源;而要減小電抗,就要增大電源容量。同時縮短發(fā)電機和系統(tǒng)之間的“電氣距離”。  


    1、發(fā)電機采用自動調(diào)節(jié)勵磁裝置  


    當(dāng)發(fā)電機不采用自動調(diào)節(jié)勵磁裝置時,空載電勢Eq為常數(shù),發(fā)電機的電抗為同步電抗Xd。當(dāng)采用了自動調(diào)節(jié)勵磁裝置以后,發(fā)電機可以做到Eq’或者是Vg為常數(shù)。而Eq’為常數(shù)意味著Xd減小為Xd’,而Vg為常數(shù)則意味著Xd將對系統(tǒng)穩(wěn)定性不起作用。因此,發(fā)電機裝設(shè)先進的自動調(diào)節(jié)勵磁裝置就相當(dāng)于縮短了發(fā)電機和系統(tǒng)之間的“電氣距離”。由于裝設(shè)自動調(diào)節(jié)勵磁裝置價格低廉,效果明顯,是提高靜態(tài)穩(wěn)定性的首選措施。  


    2、 減小線路電抗  


    減小線路電抗,加強系統(tǒng)之間的聯(lián)系,可以提高靜穩(wěn)定極限,提高穩(wěn)定程度。直接減小線路電抗可采用以下方法:1)、用電纜代替架空線;2)、采用擴徑導(dǎo)線;3)、采用分裂導(dǎo)線。前面兩種方法因投資過高或其他技術(shù)問題,尚難普遍實現(xiàn)。所以,直接減小線路電抗的方法主要是采用分裂導(dǎo)線。例如對于500kV架空線路,當(dāng)采用單根導(dǎo)線時電抗大約為0.43Ω/km;采用三分裂導(dǎo)線時約為0.3Ω/km;電抗值下降了三分之一。因此,220kV及以上系統(tǒng)多采用分裂導(dǎo)線。  


    3、 提高線路額定電壓等級  


    從功—角特性方程可看出,提高線路額定電壓等級,可提高靜穩(wěn)定極限,提高靜態(tài)穩(wěn)定的水平。但提高電壓等級需要增加投資,尤其需要系統(tǒng)有足夠的無功電源。  


    4、 采用串聯(lián)電容器補償  


    串聯(lián)電容器補償可由于調(diào)壓,也可以通過減少線路電抗來提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性。在后一種情況下,應(yīng)通過計算決定其補償度。一般來說,補補償度愈大,線路等效電抗愈小,對于提高穩(wěn)定性有利。但補償度過大時將出現(xiàn)一系列的問題:造成阻尼功率系數(shù)D為負,引起系統(tǒng)自發(fā)性低頻振蕩,容易是發(fā)電機產(chǎn)生自勵磁,給繼電保護運行造成困難,增大短路電流等?紤]以上因素,用于提高穩(wěn)定性的串聯(lián)電容器補償?shù)难a償度一般應(yīng)小于0.5.  


    串聯(lián)電容器補償一般采用集中補償。對于雙電源線路裝于中點,對于單電源線路裝于末端。  


    5、 改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)  


    改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu),加強系統(tǒng)聯(lián)系,可以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。其方法有:1)、增加輸電線路回路,減小線路電抗;2)、加強線路兩端各自系統(tǒng)的內(nèi)部聯(lián)系,減小系統(tǒng)等效內(nèi)抗;3)、接入中間電力系統(tǒng),這樣可將長距離輸電線中間的電壓維持恒定,相當(dāng)于將輸電線路分段,從而也減小了電抗;4)、在輸電線路中間的降壓變壓器裝設(shè)同期調(diào)相機,且同期調(diào)相機配有先進的自動調(diào)節(jié)勵磁裝置,可以維持其端電壓,甚至變電站高壓母線電壓為恒定。這樣,也相當(dāng)于長距離輸電線路的分段,減小了線路電抗。  


    二、提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施  


    電力系統(tǒng)提高暫態(tài)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在某個運行情況下,突然受到大的干擾后,能否經(jīng)過暫態(tài)過程達到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)或者恢復(fù)到原來的狀態(tài)。但因運行的系統(tǒng)受到急劇的干擾后,將使發(fā)電機電勵磁率和機械功率之間出現(xiàn)大的差額,這是導(dǎo)致系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞的主要原因。因此,提高暫態(tài)穩(wěn)定性的措施,首先考慮縮短不平衡功率作用的時間,減小功率差額的臨時性措施。  


    1、 快速切出故障  


    發(fā)生故障后造成轉(zhuǎn)子軸上的功率差額即不平衡功率,將使轉(zhuǎn)子加速,根據(jù)等面積定則,要使系統(tǒng)獲得暫態(tài)穩(wěn)定性,必須盡量減小加速面積,增大減速面積。這樣才有可能使被加速了的轉(zhuǎn)子回到同步速度,使系統(tǒng)恢復(fù)正常同步運行。而要減小加速面積,最直接的辦法就是快速切除故障?焖偾谐收系牧硪粋積極作用是可以使電動機端電壓迅速回升,減小了電動機失速停轉(zhuǎn)的危險,提高了負荷運行的穩(wěn)定性。為了實現(xiàn)快速切除故障,必須選用快速動作的繼電保護裝置和快速動作的斷路器。

 
    2、 采用重合閘裝置  


    電力系統(tǒng)特別是高壓輸電線路的故障,大多數(shù)是瞬時性故障而不是永久性故障。采用自動重合閘裝置,就是當(dāng)故障發(fā)生而斷路器將故障線路斷開之后,經(jīng)過一定時間由自動重合閘裝置將使線路再次投入運行。若故障的線路是瞬時性的,則當(dāng)斷路器重合后系統(tǒng)可能就此又恢復(fù)正常運行。這不僅提高了供電可靠性,而且對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定也是有利的,重合閘動作愈快對穩(wěn)定愈有利,但是重合閘的動作時間受到短路處去游離時間的限制。一般短路點往往會出現(xiàn)電弧,如果重合過快,則產(chǎn)生電弧的短路點,可能因去游離不夠而使電弧重燃,使重合閘不成功,甚至使故障擴大。特別是單相重合閘,由于故障相與兩正常相的相間電容和互感而產(chǎn)生的潛供電流維持了電弧的燃燒,使去游離時間加長。重合閘不成功對暫態(tài)穩(wěn)定是很不利的,這相當(dāng)于在很短的時間內(nèi)又給了系統(tǒng)一個大的沖擊。同時增加了斷路器的負擔(dān),在實際使用中應(yīng)引起注意。重合閘不成功增大了加速面積而使系統(tǒng)失去暫態(tài)穩(wěn)定的情形,一般應(yīng)采取措施避免出現(xiàn)這種結(jié)果。  


    3、 強行勵磁  


    當(dāng)由于外部短路而使發(fā)電機端電壓降低,從而使其輸出的電磁功率減小時,可以采用強勵磁裝置以增加其電磁功率輸出,減小轉(zhuǎn)子的不平衡功率。一般的發(fā)電機自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)都具有強行勵磁裝置。當(dāng)機端電壓Vg低于額定電壓的85%時,低電壓繼電器動作,并通過中間繼電器將勵磁裝置的調(diào)節(jié)電阻強行短接,使勵磁機的勵磁電流大大增加。從而使得發(fā)電機的勵磁電流,勵磁電壓都迅速增大,以提高發(fā)電機電勢,增加電磁功率輸出。從而減少轉(zhuǎn)子的不平衡功率,以達到提高暫態(tài)穩(wěn)定性的目的。  


    4、 變壓器中性點經(jīng)小電阻接地  


    當(dāng)在中性點接地的電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱接地短路時,將產(chǎn)生零序電流分量。若此時在系統(tǒng)中星形接線的變壓器中性點經(jīng)小電阻接地,則零序電流流過時將在這一電阻中產(chǎn)生功率損耗。這種功率損耗可以減少轉(zhuǎn)子的不平衡功率,有利于系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。同時接入小接地電阻,反映在正序增廣網(wǎng)絡(luò)中,相當(dāng)于加大了附加阻抗,減少了系統(tǒng)聯(lián)系阻抗,也提高了電磁功率。接地電阻的大小和安裝地點應(yīng)通過計算來確定,一般接地電阻值大約與變壓器的短路電抗值接近。  


    5、 減少原動機輸出的機械功率  


    當(dāng)故障使電磁功率減少時,如能減少原動機輸出的機械功率,則可以減少作用在轉(zhuǎn)子上的剩余功率,提高其暫態(tài)穩(wěn)定性。減少原動機輸出的機械功率措施有:1)、對于汽輪機可以采用快速的自動調(diào)速系統(tǒng)或者快速關(guān)閉進氣門;2)、連鎖切機,即在切除故障的同時,連鎖切除送端發(fā)電廠中的一臺或幾臺發(fā)電機組;3)、采用機械制動即對轉(zhuǎn)子直接制動的方法,利用這種方法減小功率差額,從而提高電力系統(tǒng)運行的暫態(tài)穩(wěn)定性。

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