一、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?？梢哉f(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。二是盡可能減小電機(jī)相對(duì)運(yùn)行的振蕩幅度;即應(yīng)從提高暫態(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。

二、提高交流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施

彩用自動(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;例如增加輸電線路的回路數(shù),減小線路電抗加強(qiáng)系統(tǒng)的聯(lián)系;另外,當(dāng)輸電線路通過(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)距離的輸電線路中間點(diǎn)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(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電壓恒定。

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。快速切除故障的作用是減小加速面積,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。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(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(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。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,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)電廠中切掉一臺(tái)發(fā)電機(jī)的方法,這等值于減少電動(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)生不對(duì)稱接地短路時(shí),產(chǎn)生的零序電流分量通過(guò)接在變壓器中性點(diǎn)的接地電阻將產(chǎn)生有功功率,同時(shí)減少了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡功率,提高輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。