提高輸電系統穩定性的措施

□崔紅衛(河南鄭州供電公司)

提高輸電系統穩定性的措施

□崔紅衛(河南鄭州供電公司)

提高輸電系統運行的穩定性，是電力系統安全可靠運行的保障，本文從電力系統靜態和暫態穩定分析了提高輸電系統穩定性的具體措施。

輸電系統穩定性；靜態暫態措施

1.輸電系統穩定性的重要性

電能不同于其它能源，發電、輸電、配電和用電在同一瞬間完成，發電和用電之間必須時刻保持供需平衡，一旦平衡被破壞，供大于求，會造成頻率、電壓升高；供小于求，會造成頻率、電壓下降，更嚴重還會導致電力系統的崩潰。因此保持電力系統的功率平衡，提高輸電系統運行的穩定性，是電力系統安全可靠運行的保障。隨著我國電力特高壓技術的發展，輸電距離和輸送容量大大增大，系統的穩定問題就顯得比較突出。

2.提高輸電系統穩定性的措施

電力系統的靜態穩定性表明：靜態儲備越大則靜態穩定性越高。提高靜態穩定性的措施很多，但是根本性措施是縮短電氣距離；提高系統電壓水平。暫態穩定性的提高可采取減少負荷與電源的功率或能量的差額，使之達到新的平衡；還可在穩定破壞時，采取措施限制事故進一步擴大。所以提高輸電系統穩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的功率極限；即應從提高發電機的電勢E、減小系統電抗x、提高和穩定系統電壓U等方面著手。二是盡可能減小發電機相對運行的振蕩幅度；即應從提高提高暫態穩定，減小發電機轉子軸上的不平衡功率、減小轉子相對加速度以及減少轉子相對動能變化量等方面著手。

2.1 改善電網結構及減小線路電抗：在超高壓遠距離輸電線路的中間，增設用斷路器將線路分段和增加分支線路的開關站。可實現：一是降低工頻過電壓水平和操作過電壓水平；二是當線路發生故障時，由于開關站兩側都裝設了斷路器，所以僅使一段線路被切除，系統阻抗增加不多，即提高了系統的穩定性，又縮小了事故范圍；三是超/特高壓遠距離交流輸電，空載時線路電壓隨線路長度增加而增加，可在開關站安裝無功補償裝置（電抗器）來吸收容性充電無功功率，來保證電壓質量；另外減小線路電抗主要是通過采用分裂導線、提高線路額定電壓等級等方法來提高輸電系統的穩定性。

2.2 采用自動調節裝置：當發電機裝設自動勵磁調節器時，發電機可視為具有E’q為常數的功率特性，這也就相當于將發電機的電抗從同步電抗xd減小為暫態電抗x’d了。發電機的電抗在輸電系統總電抗中所占的比重很大，如果采用按運行參數的變化率調節勵磁則甚至可以維持發電機端電壓為常數，這就相當于將發電機的電抗減小為零。因此，發電機裝設先進的調節器就相當于縮短了發電機與系統間的電氣距離，從而提高了靜態穩定性。自動勵磁調節對改善暫態穩定也有明顯作用，良好的自動勵磁在暫態搖擺過程中能增大系統的阻尼，從而能使系統振蕩迅速平息下來，縮短搖擺過程，這是十分有利的。此外，為改善暫態穩定性，現在的勵磁系統都配備有某種強行勵磁裝置，其作用是在系統故障時，迅速增加發電機的勵磁電壓，減小了E’q的衰減程度，如果強行勵磁倍數很高，甚至可以使暫態電勢增大，從而恢復系統的穩定運行。

2.3 快速切除故障和采用自動重合閘：快速切除故障是提高暫態穩定最根本、最有效的措施，同時又是簡單易行的措施。快速切除故障可使負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，提高了負荷的穩定性。切除故障時間是繼電保護裝置動作時間和斷路器動作時間的總和。目前可達到短路后0.06s切除故障線路，其中0.02s為保護裝置動作時間，0.04s為斷路器動作時間。超高壓輸電線路的短路故障，絕大多數是瞬時性的，故障線路切除后通過自動重合閘裝置立即重新投入，大多數情況下可以恢復正常運行，成功率可達90%以上。超高壓輸電線路的故障大多數是單相接地，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，經過一小段時間后又重新合閘。由于只切除一相，送電端的發電廠和受端系統沒有完全失去聯系，故提高了系統的暫態穩定性。

2.4 系統解列與異步運行、再同步：合理采用各種提高穩定的措施之后，可以大大提高系統運行的穩定性，但不能保證破壞系統穩定的事故絕對不發生，因而可能出現未能預料的嚴重事故，使系統仍有可能失去穩定。為此，系統穩定破壞后，當條件許可時，可以讓發電機短期異步運行，盡快投入系統備用電源，然后增加勵磁，實現機組再同步的應急措施，以減少損失，盡快恢復對用戶的正常供電。系統解列就是當系統穩定破壞已不可避免時，盡量限制事故擴大，減少穩定破壞造成的危害。把已經失去同步的輸電系統，在適當的節點或解列點斷開某些斷路器，使系統分解為若干獨立子系統，各自保持同步的部分。這樣，各部分可以繼續同步運行，保全系統的大部分。在事故消除后，經過調整，再把各部分并聯起來，恢復系統正常運行方式。正確選擇解列點很重要，應該讓解列后各部分的電源和負荷基本上平衡，否則將使系統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。如果系統穩定的破壞不是由發電機本身的故障而引起的，可以考慮允許因穩定破壞而轉入異步運行的汽輪發電機繼續留在系統中工作，并采取措施促使發電機恢復同步運行。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中的隱極式同步汽輪發電機。在發電機異步運行時，仍可向系統中送出部分有功功率，但要從系統中吸取無功功率，這樣必將大大地改變系統中的無功功率的平衡關系，降低系統的電壓水平。當個別汽輪發電機因勵磁系統的故障而失磁時。只要故障不危及發電機組的繼續運行，且系統中無功電源充足，可以不立即切除失磁的發電機，而讓它在系統中短時間異步運行，待勵磁系統故障消除后，重新投入勵磁，使它恢復正常的同步運行。

2.5 采用快速汽門控制與變壓器中性點經小電阻接地：在系統故障時，對于汽輪機采用快速的自動調速系統或者快速關閉進汽門的措施，就會顯著減小過剩功率，提高系統的暫態穩定性。水輪機由于水錘現象不能快速關閉進水門，因此有時采用在故障時從送端發電廠中切掉一臺發電機的方法，這等值于減少原動機功率。電氣制動就是當輸電系統中發生短路故障時，發電機輸出的有功功率急劇減少，發電機組因功率過剩而加速，迅速投入制動電阻，消耗發電機的有功功率以制動發電機，使發電機不失步。另外變壓器中性點經小電阻接地的作用為接地短路時的電氣制動，使系統發生不對稱接地短路時，產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生有功功率，同樣減少了發電機轉子的不平衡功率，提高輸電系統的暫態穩定性。

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2012-07-20