试论机组跳闸对电网频率及电压稳定性的影响

杜泽源 罗熹 张志文

【摘 要】电力供应事关国民经济发展全局，也决定着居民生活质量，而机组跳闸则会对电力稳定供应带来直接影响。在容量较小的电力系统中机组跳闸势必会对系统运行带来严重影响，低频切负荷虽然维持电网频率的稳定却会导致无功功率大幅增加，电压瞬间激增，反之切除负荷量过多又会导致电压稳定性严重下降，容易损毁设备。本文从机组跳闸作为研究的切入点，分析了机组跳闸后对电网频率以及电压稳定性所带来的不良影响并据此探讨了电抗器应用效果，为电网安全平稳运行提供帮助。

【关键词】机组跳闸；电网频率；电压稳定性

中图分类号： TM732 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）01-0161-002

Influence of Unit Trip on Power Grid Frequency and Voltage Stability

DU Ze-yuan LUO Xi ZHANG Zhi-wen

（State Grid Hubei Electric Power Co.，Ltd.Shiyan Power Supply Company，Shiyan 442000，China）

【Abstract】The supply of electricity is related to the overall economic development of the country and the quality of life of the residents.However，the unit trip will have a direct impact on the stable supply of electricity.In a smaller power system，the unit trip will inevitably have a serious impact on the system operation.Although the low frequency load shedding maintains the stability of the grid frequency，the reactive power will increase sharply and the voltage surge instantaneously.On the contrary，if the load is cut too much，Resulting in a serious decline in voltage stability， easy to damage the device.In this paper，the tripping of the unit is taken as the starting point of the study. The adverse effects on the frequency and the voltage stability after the tripping of the unit are analyzed. The application effect of the reactor is discussed to provide help for the safe and stable operation of the power network.

【Key words】Unit trip；Grid frequency；Voltage stability

我国地域幅员辽阔，经济发展水平参差不齐，各地区电力系统规模以及电力结构存在着较大的差异性，经济发达地区对于大容量、高参数的电力系统需求较高，而经济欠发达地区则普遍采用小容量电力系统，一方面满足本地区电力供应，另一方面有效的避免了电力以及其他能源的浪费情形，得到了广泛的使用[1]。然而，虽然小容量电力系统总装机容量较低，但50MW及以上的机组占比却处于较高水平，在电力系统实际运行中机组跳闸情形并非罕见，电网频率以及电压稳定性亦会受到不同程度影响，所以围绕此方面内容展开研究与分析无疑具有重要研究价值和现实意义。

1 小容量电力系统特点

小容量电力系统多用于偏远的经济欠发达地区，但随着国民经济的飞速发展以及精准扶贫的深入开展，该类地区对于电力的需求随之提高，既往所使用的小容量电力系统逐渐无法满足电力供应需求，机组跳闸情形屡屡发生，已经成为制约当地经济发展的重要因素之一。本文中小容量电力系统在运行时自身负荷相对较小并且受覆盖范围的影响，负荷分布极为不均，峰谷之间的差值尤为明显，继而引发无功功率过剩情形。距离电站较远的地区负荷较低，故此在系统布局上采取220kV线路传输的策略，而此种方式电力输送功率远低于电路自身的自然功率。此外，目前我国普遍使用的220kV线路多为双分裂导线，在电力系统运行时充电功率大，由此所致的无功过剩情形更为明显[2]。当50MW及以上的机组跳闸之后虽然无功功率随之下降，但大量无功负荷亦被同时切除，故此无功功率的总量并未明显降低，反而处于持续增加之中。所以小容量电力系统中50MW及以上的机组跳闸后进一步加剧了无功功率过剩情形，导致整个电力系统的电压失稳，瞬间电压激增并长期处于高电压负荷运行。

2 机组跳闸对电网频率及电压稳定性的影响

本文中小容量电力系统一共安装了2台50MW发电机组负责日常的电力供应。由于本地区晚间18：00～22：00为用电高峰时段，晚高峰对于电力的需求更为强烈。当一台发电机跳闸后无功功率瞬间激增，电压骤变之下对电网频率以及电压稳定性均会带来直接影响，而协同效应（Synergy Effects）下另一台机组亦会受此影响相继出现跳闸情形。因本地区经济发展水平较低，电力系统备用容量建设滞后，使得两台50MW发电机跳闸后备用容量严重不足，从而造成了电网频率急剧下降，在第1轮、第2轮即发生动作。在切除大量负荷之后整个电力系统的电网频率在跳闸情形发生后5s左右级恢复至正常负荷电压，其余低功率发电机在调速作用下于25s后振荡得到了有效恢复并接近于额定频率。在22：00～次日6：00则屬于低谷时段，发电机组跳闸之后整个电力系统存在明显的功率缺额情形，在第1轮动作中电力系统将过高的负荷切除，使得电网频率呈现出了典型的振荡衰减表现，系统潮流流向明显改变并对低频振荡带来了强烈的干扰，在最初的40s内整个振荡频率维持在0.25Hz～0.6Hz之间，40s之后系统频率加减衰减并趋向于稳定。具体的高峰时段以及低谷时段电网频率曲线如下图1所示。

为了保障电力的平稳供应以及系统的稳定运行，小容量电力系统之中普遍安装有低频减载装置以实现整个供电网络内有功负荷的切除，与此同时大量的无功负荷亦会随之被切除，使得不同地区之间的联络线潮流大幅降低，充电功率持续增加之下电压随之升高，输电线路中充电功率亦随之发生正向改变，造成系统电压失衡[3]。用电高峰时段处于供电系统边缘的地区供电呈现出瞬间过电压情形，具有高电压幅值、长时间持续、剧烈波动等特点，即便是暂态过程结束电压幅值依然居高不下，使得电压质量十分低下并对继电保护装置的准确启动带来不良影响。标准220kV供电系统中机组跳闸后瞬间电压最高能够达到242kV，暂态过程结束后依然维持于高电位（240kV）。用电低谷时段机组跳闸时整个电网频率以低频振荡为表现，整个电力系统电压波动尤为强烈，振荡幅度一般在0.95（p.u.）～1.15（p.u.），在1min后震荡幅度渐渐趋于平稳，维持在1.07（p.u.）。当降低至0.05（p.u.）時电压最高可达248kV。故此通过上述分析可知，机组跳闸后均会给电网频率及电压稳定性带来不良影响。

3 电抗器应用后电网频率及电压稳定性的影响

随着科学技术的快速发展，各种保护监控装置陆续走入电力行业之中。针对机组跳闸对电网频率以及电压稳定性带来的不良影响，本文采取了加用电抗器的处置策略。该装置既属于保护监控装置，又为进线备自投装置，集保护、监视、控制、人机接口和通讯等多种功能于一身，在本质上是以电流、电压保护为基本配置的数字式保护单元，尤为适用于小容量电力系统。将其接入电力系统后经过励磁变压器变压后形成中压，通过改变调频电源输出频率以促使电流回路处于串联谐振状态，再调节调频电源输出电压，促使电压维持在稳定的数值。本文中电抗器应用后高峰时段整个电力系统的电压瞬时值、稳态值均较之前大幅降低，而低谷时段虽然电压瞬时值虽然并未彻底消除振荡，但偏远地区的电压瞬时值、稳态值已得到了一定控制，有效的抑制了低频振荡，具体数值见下表1。

由上表结果可知，电抗器应用后小容量电力系统电压更为稳定，而随着电压稳定性的提高，电网频率同样能够得到有效调整，加之该装置采用32位单片微型计算机作为微控制器芯片，内置有大容量的随机存取存储器和闪存，具有较强的数据运算、逻辑处理和信息存储能力，无论是可靠性还是运行速度均极佳，不失为一种理想的处置手段。

4 小结

综上所述，机组跳闸后将会导致整个电力系统无功功率大幅提高，电压瞬时激增，使得电网频率异常波动，电压稳定性严重下降，时间过长容易对整个电力系统中的其他设备带来损害。电抗器的使用则有效的解决了电器跳闸所引发的电网频率异常以及电压不稳情形，可作为一种优选处置手段推广使用。

【参考文献】

[1]巩晓玲，樊艳芳，钟显，等.±800kV天中特高压直流送端系统安全稳定性分析[J].高压电器，2017，53（08）：43-48+54.

[2]崔永江.一起机组汽轮机振动大机组跳闸非停事件的原因分析及防范措施[J].山东工业技术，2017（09）：42.

[3]李学伟，姚常青，高嵩.MaxDNA控制系统DPU频繁切换导致机组跳闸故障分析[J].山东电力技术，2017，44（03）：70-73.