提高交流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

摘要：本文從輸電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要因數(shù)出發(fā)，闡述了輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)行的穩(wěn)定性，是輸電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要因數(shù)。隨著輸電系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，輸電距離和輸送容量大大增大，系統(tǒng)的穩(wěn)定問(wèn)題就顯得比較突出。可以說(shuō)，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(lái)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(shí)，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(yùn)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(dòng)后，發(fā)電機(jī)軸上出現(xiàn)的不平衡轉(zhuǎn)矩將使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生劇烈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)發(fā)電機(jī)的相對(duì)角的振蕩超過(guò)一定限度時(shí)，發(fā)電機(jī)便會(huì)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(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提高交流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

采用自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置：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(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，因此，減小發(fā)電機(jī)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(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(guò)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(lái)，縮短搖擺過(guò)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。

改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及減小線(xiàn)路電抗：電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(xiàn)路的回路數(shù)，減小線(xiàn)路電抗加強(qiáng)系統(tǒng)的聯(lián)系；另外，當(dāng)輸電線(xiàn)路通過(guò)的地區(qū)原來(lái)就有輸電系統(tǒng)時(shí)，將這些中間系統(tǒng)與輸電線(xiàn)路連接成為較大的聯(lián)合輸電系統(tǒng)，這樣可以使長(zhǎng)距離的輸電線(xiàn)路中間點(diǎn)的電壓得到維持，相當(dāng)于將輸電線(xiàn)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(xiàn)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(jī)，這些調(diào)相機(jī)配有先進(jìn)的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，則可以維持調(diào)相機(jī)端點(diǎn)電壓甚至變壓器高壓母線(xiàn)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(gè)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(jī)維護(hù)工作困難，已逐步被靜止補(bǔ)償器所替代。另外減小線(xiàn)路電抗主要是通過(guò)采用分裂導(dǎo)線(xiàn)、提高線(xiàn)路額定電壓等級(jí)以及采用串聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)确椒▉?lái)提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

快速切除短路和自動(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(jiǎn)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(jī)之間并列運(yùn)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(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)到短路后切除故障線(xiàn)路，其中為保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間，為斷路器動(dòng)作時(shí)間。高壓輸電線(xiàn)路的短路故障，絕大多數(shù)是瞬時(shí)性的，故障線(xiàn)路切除后通過(guò)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(xiàn)路的故障大多數(shù)是單相接地，這類(lèi)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(guò)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(chǎng)和受端系統(tǒng)沒(méi)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(yùn)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(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，可以采取系統(tǒng)解列、異步運(yùn)行和再同步等應(yīng)急措施，以減少損失，盡快恢復(fù)對(duì)用戶(hù)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(kāi)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(guò)調(diào)整，再把各部分并聯(lián)起來(lái)，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(wú)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(wú)功功率，這樣必將大大地改變系統(tǒng)中的無(wú)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(wú)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。

采用快速汽門(mén)控制與電氣制動(dòng)：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(mén)的措施，就會(huì)顯著減小過(guò)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(mén)，因此有時(shí)采用在故障時(shí)從送端發(fā)電廠(chǎng)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(guò)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