一、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(kuò)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(jī)軸上出現(xiàn)的不平衡轉(zhuǎn)矩將使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生劇烈的相對運動;當(dāng)發(fā)電機(jī)的相對角的振蕩超過一定限度時,發(fā)電機(jī)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(jī)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。二是盡可能減小電機(jī)相對運行的振蕩幅度;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)子相對加速度以及減少轉(zhuǎn)子相對動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

彩用自動調(diào)節(jié)勵磁裝置:當(dāng)發(fā)電機(jī)裝設(shè)自動勵磁調(diào)節(jié)器時,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(qiáng)行勵磁裝置,其作用是在系統(tǒng)故障時,迅速增加發(fā)電機(jī)的勵磁電壓,減小了E′q的衰減程度,如果強(qiáng)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(qiáng)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(jī),這些調(diào)相機(jī)配有先進(jìn)的自動勵磁調(diào)節(jié)器,則可以維持調(diào)相機(jī)端點電壓甚至變壓器高壓母線電壓恒定。

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(jī)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(jī)端電壓迅速回升,減少了電動機(jī)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(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。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)同步運行。但這種短期異步運行方式主要適用于有功功率,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(jī)因勵磁系統(tǒng)的故障而失磁時。只要故障不危及發(fā)電機(jī)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(jī),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(jī)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(jī)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(jī)的方法,這等值于減少電動機(jī)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(jī)輸出的有功功率急劇減少,發(fā)電機(jī)組因功率過剩而加速,迅速投入制動電阻,消耗發(fā)電機(jī)的有功功率以制動發(fā)電機(jī),使發(fā)電機(jī)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,同時減少了發(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。