发电厂电力系统的暂态稳定性及厂用电系统运行的分析

邢艳鹏

(黑龙江省龙煤矿业工程设计研究院有限公司，黑龙江 七台河 154600)



发电厂电力系统的暂态稳定性及厂用电系统运行的分析

邢艳鹏

(黑龙江省龙煤矿业工程设计研究院有限公司，黑龙江 七台河 154600)

分析了电力系统暂态稳定性的等值电路和功率特性，以及厂用负荷的运行方式、机械设备负荷之间的联锁、电接线的基本形式等。提出了提高电力系统暂态稳定性的措施及对发电厂厂用电接线的要求。

发电厂；电力系统；暂态稳定性；用电系统运行

1 发电厂电力系统的暂态稳定性

在发电厂电力系统的各种干扰因素中，短路故障最为危险。在分析电力系统的暂态稳定性时，必须按安全和经济两方面综合考虑各种故障的影响。从安全运行方面分析，要求系统能够承受住严重的短路故障。由于运行时某些故障发生的概率较少，要使系统能经受这种故障的干扰而不失去稳定运行，必然会增加较多投资。按电力系统多年运行中积累的统计资料的分析结果，在相关规程中规定了在电力系统发生故障时，必须保证系统并列运行的稳定性。首先，220 kV及以上电压等级单回线路的瞬时单相接地故障，或双回线路永久性单相接地故障。其次，110 kV输电线路的瞬时两相接地短路故障。再次，110 kV以下电压等级输电线路的瞬时三相短路故障。发电厂设有母线差动保护时，母线的两相接地短路故障。

1.1 电力系统暂态稳定性的等值电路和功率特性分析

电力系统中发生三相短路时，相当于把电源经短路总阻抗短接。此时，电源送出的短路电流到达短路点，电源所供的功率将消耗在电源至短路点之间的各元件上，不能越过短路点送至受电端。所以，会引起受电端功率的不平衡，直接威胁系统的稳定运行。若电力系统中出现不对称短路，同样会影响发电机的输出功率，破坏电力系统的功率平衡，威胁电力系统的稳定运行。

1.2 提高发电厂电力系统暂态稳定性的措施

第一，选用快速继电保护装置和高速断路器。要快速切除故障，提高继电保护装置和断路器的动作速度。目前，已经能做到在短路发生后0.06 s切除故障，其中继电保护装置动作时间为0.02 s，断路器跳闸时间为0.04 s。第二，装设自动重合闸装置。电力系统中的故障绝大多数为线路的短路故障，特别是高压架空输电线路的短路故障多为瞬时性，自动重合闸装置动作的成功率很高。在提高供电可靠性的同时，由于改变了系统的功角特性，因此，提高了系统暂态稳定性。第三，采用强行励磁装置。强行励磁装置在电力系统发主故障后，必须增加发电机输出的电磁功率，以提高电压稳定性。同时，强行励磁装置动作后改变发电机的功角特性曲线，使加速面积减小，而增加最大减速面积，使发电机暂态稳定性提高。第四，采用快速控制调速汽门。当电力系统发生故障后，发电机组因有过剩功率加速时，汽轮机控制系统将作出调整调速汽门的判断，迅速调节调速汽门开度，减小汽轮机输入功率，提高系统的暂态稳定性。第五，减小系统阻抗。在发电厂与系统之间的总阻抗中，远距离输电线路的阻抗所占比例较大，若能够减少其阻抗值，能使发电机输出功率增加，可提高暂态稳定性。

2 发电厂厂用电系统及其运行

2.1 对发电厂厂用电接线的要求

第一，供电可靠、运行灵活。必须按电厂的容量和重要性，对厂用负荷连续供电给予保证，并在日常、事故、检修等各种条件下都能满足供电要求。机组启停、事故、检修等条件下的切换操作要方便、省时，出现全厂停电时，可以尽快从系统取得启动电源。第二，接线简单清晰、投资少、运行费低。由可靠性分析证明，过多的备用元件会使接线复杂，运行操作复杂，故障率多，投资运行费高。第三，厂用电源的对应供电性、接线的整体性设置足够交流事故保安电源。

2.2 发电厂厂用负荷的运行方式

厂用负荷按其所对应机电设备的工作特点的不同，有连续、短时、断续、经常和不经常等几种。运行中要按厂用负荷运行方式的不同，分别确定巡视与维修的要求。

2.3 发电厂厂用机械设备负荷之间的联锁

发电厂厂用机械设备负荷之间的联锁，是指在电厂生产过程中，按生产的需要，当某个机械设备投入或退出运行时，要求相应的机械设备也必须相应改变其工作状态。例如:工作水泵事故跳闸或水泵出口压力降低时，要求联锁装置必须使备用水泵自动投入。厂用机械设备负荷之间的运行与备用联锁要求，在电动机的二次控制回路中或DCS系统中采用不同的控制接线来实现。

2.4 发电厂高压厂用电接线的基本形式

在火电厂中，辅助设备多、用电量大，为了提高厂用电供电可靠性，厂用电系统接线通常采用单母线接线，把厂用各独立母线段分别由工作电源和备用电源供电，装设备用电源自动投入装置。发电厂厂用母线按炉分段的优点: A.厂用电动机接在同一段母线上，既便于管理又方便检修。B.可使厂用母线事故影响范围局限在一机一炉，不致过多干扰正常机组运行。C.厂用电回路故障时，短路电流较小，可使用成套的高低压开关柜和配电箱。辅助设备的工作电源与备用电源应分别取自不同的母线段，正常运行时不允许并列运行(同期并列操作例外)，各分段的母线上负荷尽可能分配均匀。在生产过程中相互关联的设备应使用由本机组直接供电的厂用电源。

2.5 低压厂用电系统

380 V低压系统为中性点直接接地系统，在发生单相接地故障时，中性点不出现位移，保护装置马上跳闸，电动机停转。大机组电厂低压厂用电系统现广泛采用PC- MCC接线。在以往发电厂中，由于采用的设备可靠性低，一旦设备出现故障，会造成厂用电部分或全部消失。所以，为了获得较高的可靠性，不得不采用如:低压厂用备用变压器、增加厂用母线段之间的联络线等，导致厂用电接线复杂。随着新建发电厂设备制造水平的提高，设备本身可靠性也高，所以，厂用电接线设计为简单接线，保证供电可靠性，有利于发电厂的自动控制。在低压厂用变压器的配置上，低压厂用工作变压器、低压厂用公用变压器都是成对设置，采用互为备用方式，可不另设专用的备用变压器。每台机装设一台低压公用变压器，供给机组的公用负荷，两台公用变压器互为备用。厂区输煤变压器、除灰变压器、水泵房变压器、循环水变压器都成对设置，采用互为备用的方式。

2.6 发电厂厂用电压水平校验及电压调整

发电厂的厂用电动机多采用直接启动方式启动。电动机启动电流较大，会导致启动时母线电压降低。由于异步电动机的转矩在频率不变条件下与外加电压成正比，如果电压过低，就会使启动时间过长，由于发热与温升的影响对电动机不利，启动时间过长还要影响其他负荷的正常供电。所以，电动机启动时电源电压不得太低。为保证厂用负荷电动机自启动，必须进行电动机自启动电压校验。

第一，电动机正常启动。电动机在正常启动时，通常是逐台启动。对容易启动的电动机启动，要求厂用母线电压高于额定电压的70%。对启动非常困难的电动机启动，如果制造厂有明确合理的启动电压要求时，应满足制造厂的要求。第二，成组电动机自启动电压检验。为保证发电机组的安全可靠运行，一般应保证一类负荷的电动机都能可靠自启动。在实际生产运行中，厂用母线突然失去电压后，电动机仍处于惰走状态，经较短的时间间隔即可恢复供电。这时，电动机都还具有较高的转速，容易启动，因此，对厂用母线电压的最低允许值，要求较单个电动机正常启动时的电压值低。如果高压厂用母线无电动机启动，只有低压厂用母线上的电动机启动，即只有低压电动机单独自启动的情况，在低压单个或成组电动机启动时，为保证电动机可靠启动，要求母线电压不低于额定电压的50%。第三，电压调整。高压备用变压器采用有载调压分裂变压器，其高压电源由220 kV系统引接，220 kV系统电压变化范围为220 kV～242 kV，6 kV母线电压要求不超过额定电压值的±5%。最严重情况为:电源电压最高(242 kV)，高压备用变压器空负荷；电源电压最低(220 kV)。

[1] 熊信银.电力系统工程基础[M].武汉:华中科技大学出版社，2016.

[2] 谭绍琼，周秀珍.火电厂电气设备及其系统[M].北京:中国电力出版社，2016.

Transient stability of power plant power system and analysis of operation of auxiliary power system

XING Yan-peng

(Heilongjiang Longmay Mining Engineering Design and Research Institute Co., Ltd., Qitaihe 154600, China)

The equivalent circuit and power characteristics of power system transient stability, the operation mode of auxiliary load, the interlocking of mechanical equipment load and the basic form of electrical connection are analyzed. The measures to improve the transient stability of the power system and the requirements for auxiliary electrical wiring are put forward.

Power plant; Power system; Transient stability; Power system operation

2017-02-27

邢艳鹏(1981-)，男，助理工程师。

TM31

B

1674-8646(2017)10-0128-02