提高输电系统稳定性的措施

□崔红卫(河南郑州供电公司)

提高输电系统稳定性的措施

□崔红卫(河南郑州供电公司)

提高输电系统运行的稳定性，是电力系统安全可靠运行的保障，本文从电力系统静态和暂态稳定分析了提高输电系统稳定性的具体措施。

输电系统稳定性；静态暂态措施

1.输电系统稳定性的重要性

电能不同于其它能源，发电、输电、配电和用电在同一瞬间完成，发电和用电之间必须时刻保持供需平衡，一旦平衡被破坏，供大于求，会造成频率、电压升高；供小于求，会造成频率、电压下降，更严重还会导致电力系统的崩溃。因此保持电力系统的功率平衡，提高输电系统运行的稳定性，是电力系统安全可靠运行的保障。随着我国电力特高压技术的发展，输电距离和输送容量大大增大，系统的稳定问题就显得比较突出。

2.提高输电系统稳定性的措施

电力系统的静态稳定性表明：静态储备越大则静态稳定性越高。提高静态稳定性的措施很多，但是根本性措施是缩短电气距离；提高系统电压水平。暂态稳定性的提高可采取减少负荷与电源的功率或能量的差额，使之达到新的平衡；还可在稳定破坏时，采取措施限制事故进一步扩大。所以提高输电系统稳定性和输送能力的一般原则是：一是尽可能地提高输电系统的功率极限；即应从提高发电机的电势E、减小系统电抗x、提高和稳定系统电压U等方面着手。二是尽可能减小发电机相对运行的振荡幅度；即应从提高提高暂态稳定，减小发电机转子轴上的不平衡功率、减小转子相对加速度以及减少转子相对动能变化量等方面着手。

2.1 改善电网结构及减小线路电抗：在超高压远距离输电线路的中间，增设用断路器将线路分段和增加分支线路的开关站。可实现：一是降低工频过电压水平和操作过电压水平；二是当线路发生故障时，由于开关站两侧都装设了断路器，所以仅使一段线路被切除，系统阻抗增加不多，即提高了系统的稳定性，又缩小了事故范围；三是超/特高压远距离交流输电，空载时线路电压随线路长度增加而增加，可在开关站安装无功补偿装置（电抗器）来吸收容性充电无功功率，来保证电压质量；另外减小线路电抗主要是通过采用分裂导线、提高线路额定电压等级等方法来提高输电系统的稳定性。

2.2 采用自动调节装置：当发电机装设自动励磁调节器时，发电机可视为具有E’q为常数的功率特性，这也就相当于将发电机的电抗从同步电抗xd减小为暂态电抗x’d了。发电机的电抗在输电系统总电抗中所占的比重很大，如果采用按运行参数的变化率调节励磁则甚至可以维持发电机端电压为常数，这就相当于将发电机的电抗减小为零。因此，发电机装设先进的调节器就相当于缩短了发电机与系统间的电气距离，从而提高了静态稳定性。自动励磁调节对改善暂态稳定也有明显作用，良好的自动励磁在暂态摇摆过程中能增大系统的阻尼，从而能使系统振荡迅速平息下来，缩短摇摆过程，这是十分有利的。此外，为改善暂态稳定性，现在的励磁系统都配备有某种强行励磁装置，其作用是在系统故障时，迅速增加发电机的励磁电压，减小了E’q的衰减程度，如果强行励磁倍数很高，甚至可以使暂态电势增大，从而恢复系统的稳定运行。

2.3 快速切除故障和采用自动重合闸：快速切除故障是提高暂态稳定最根本、最有效的措施，同时又是简单易行的措施。快速切除故障可使负荷中的电动机端电压迅速回升，减少了电动机失速和停顿的危险，提高了负荷的稳定性。切除故障时间是继电保护装置动作时间和断路器动作时间的总和。目前可达到短路后0.06s切除故障线路，其中0.02s为保护装置动作时间，0.04s为断路器动作时间。超高压输电线路的短路故障，绝大多数是瞬时性的，故障线路切除后通过自动重合闸装置立即重新投入，大多数情况下可以恢复正常运行，成功率可达90%以上。超高压输电线路的故障大多数是单相接地，这类故障可以采用按相动作的单相重合闸装置。这种装置自动选出故障相切除，经过一小段时间后又重新合闸。由于只切除一相，送电端的发电厂和受端系统没有完全失去联系，故提高了系统的暂态稳定性。

2.4 系统解列与异步运行、再同步：合理采用各种提高稳定的措施之后，可以大大提高系统运行的稳定性，但不能保证破坏系统稳定的事故绝对不发生，因而可能出现未能预料的严重事故，使系统仍有可能失去稳定。为此，系统稳定破坏后，当条件许可时，可以让发电机短期异步运行，尽快投入系统备用电源，然后增加励磁，实现机组再同步的应急措施，以减少损失，尽快恢复对用户的正常供电。系统解列就是当系统稳定破坏已不可避免时，尽量限制事故扩大，减少稳定破坏造成的危害。把已经失去同步的输电系统，在适当的节点或解列点断开某些断路器，使系统分解为若干独立子系统，各自保持同步的部分。这样，各部分可以继续同步运行，保全系统的大部分。在事故消除后，经过调整，再把各部分并联起来，恢复系统正常运行方式。正确选择解列点很重要，应该让解列后各部分的电源和负荷基本上平衡，否则将使系统的某一部分的频率和电压大幅度下降，甚至崩溃，而另一部分的频率和电压上升很高。如果系统稳定的破坏不是由发电机本身的故障而引起的，可以考虑允许因稳定破坏而转入异步运行的汽轮发电机继续留在系统中工作，并采取措施促使发电机恢复同步运行。但这种短期异步运行方式主要适用于有功功率储备较欠缺、无功功率储备较充裕的输电系统中的隐极式同步汽轮发电机。在发电机异步运行时，仍可向系统中送出部分有功功率，但要从系统中吸取无功功率，这样必将大大地改变系统中的无功功率的平衡关系，降低系统的电压水平。当个别汽轮发电机因励磁系统的故障而失磁时。只要故障不危及发电机组的继续运行，且系统中无功电源充足，可以不立即切除失磁的发电机，而让它在系统中短时间异步运行，待励磁系统故障消除后，重新投入励磁，使它恢复正常的同步运行。

2.5 采用快速汽门控制与变压器中性点经小电阻接地：在系统故障时，对于汽轮机采用快速的自动调速系统或者快速关闭进汽门的措施，就会显著减小过剩功率，提高系统的暂态稳定性。水轮机由于水锤现象不能快速关闭进水门，因此有时采用在故障时从送端发电厂中切掉一台发电机的方法，这等值于减少原动机功率。电气制动就是当输电系统中发生短路故障时，发电机输出的有功功率急剧减少，发电机组因功率过剩而加速，迅速投入制动电阻，消耗发电机的有功功率以制动发电机，使发电机不失步。另外变压器中性点经小电阻接地的作用为接地短路时的电气制动，使系统发生不对称接地短路时，产生的零序电流分量通过接在变压器中性点的接地电阻将产生有功功率，同样减少了发电机转子的不平衡功率，提高输电系统的暂态稳定性。

[1]卢强.电力系统非线性控制.1993年.

[2]张全元.变电运行现场技术问答.2009年.

[3]韩祯祥.电力系统自动化.1997年,1期.

[4]许珉.发电厂电气主系统.2010年

2012-07-20