一、輸電系統運行的穩(wěn)定性,是輸電系統安全可靠運行的重要因數

隨著輸電系統規(guī)模的擴大,輸電距離和輸送容量大大增大,系統的穩(wěn)定問題就顯得比較突出。可以說,輸電系統穩(wěn)定性是限制交流電流遠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,如果正確選擇調節(jié)器的參數,使輸電系統不發(fā)生自發(fā)振蕩時,那么輸電系統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,輸電系統受大擾動后,發(fā)電機軸上出現的不平衡轉矩將使發(fā)電機產生劇烈的相對運動;當發(fā)電機的相對角的振蕩超過一定限度時,發(fā)電機便會失去同步,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的功率極限;即應從提高發(fā)電機的電勢E、減小系統電抗x、提高和穩(wěn)定系統電壓U等方面著手。二是盡可能減小電機相對運行的振蕩幅度;即應從提高暫態(tài)穩(wěn)定,減小發(fā)電機轉子軸上的不平衡功率、減小轉子相對加速度以及減少轉子相對動能變化量等方面著手。

二、提高交流輸電系統穩(wěn)定性的措施

彩用自動調節(jié)勵磁裝置:當發(fā)電機裝設自動勵磁調節(jié)器時,發(fā)電機可看做具有E′q為常數的功率特性,這也就相當于將發(fā)電機的電抗從同步電抗xd減小為暫態(tài)電抗x′d了。發(fā)電機的電抗在輸電系統總電抗中所占的比重很大,因此,減小發(fā)電機的電抗可以提高系統的功率維持發(fā)電機端電壓為常數,這就相當于將發(fā)電機的電抗減小為零。因此,發(fā)電機裝設先進的調節(jié)器就相當于縮短了發(fā)電機與系統間的電氣距離,從而提高了靜態(tài)穩(wěn)定性。自動勵磁調節(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的阻尼,從而能使系統振蕩迅速平息下來,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,現在的勵磁系統都配備有某種強行勵磁裝置,其作用是在系統故障時,迅速增加發(fā)電機的勵磁電壓,減小了E′q的衰減程度,如果強行勵磁倍數很高,甚至可以使暫態(tài)電勢增大。

改善電網結構及減小線路電抗:電網結構是輸電系統安全穩(wěn)定運行的基礎,改善電網結構的方法較多;例如增加輸電線路的回路數,減小線路電抗加強系統的聯系;另外,當輸電線路通過的地區(qū)原來就有輸電系統時,將這些中間系統與輸電線路連接成為較大的聯合輸電系統,這樣可以使長距離的輸電線路中間點的電壓得到維持,相當于將輸電線路分成兩段,縮小了電氣距離。而且,中間系統還可與輸電線交換有功功率,起到互為備用的作用。在輸電系統中間接入中間調相機,這些調相機配有先進的自動勵磁調節(jié)器,則可以維持調相機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。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荷中的電動機端電壓迅速回升,減少了電動機失速和停頓的危險,提高了負荷的穩(wěn)定性。切除故障時間是繼電保護裝置動作時間和斷路器動作時間的總和。目前可達到短路后0.06s切除故障線路,其中0.02s為保護裝置動作時間,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,大多數情況下可以恢復正常運行,成功率可達90%以上。超高壓輸電線路的故障大多數是單相接地,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)電廠和受端系統沒有完全失去聯系,故提高了系統的暫態(tài)穩(wěn)定性。

系統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,可以大大提高系統運行的穩(wěn)定性,但不能保證破壞系統穩(wěn)定的事故絕對不發(fā)生,因而可能出現未能預料的嚴重事故,使系統仍有可能失去穩(wěn)定。為此,可以采取系統解列、異步運行和再同步等應急措施,以減少損失,盡快恢復對用戶的正常供電。系統解列就是當系統穩(wěn)定破壞已不可避免時,盡量限制事故擴大,減少穩(wěn)定破壞造成的危害。把已經失去同步的輸電系統,在適當的節(jié)點或解列點斷開某些斷路器,使系統分解為若干獨立子系統,各自保持同步的部分。這樣,各部分可以繼續(xù)同步運行,保全系統的大部分。在事故消除后,經過調整,再把各部分并聯起來,恢復系統正常運行方式。如果系統穩(wěn)定的破壞不是由發(fā)電機本身的故障而引起的,可以考慮允許因穩(wěn)定破壞而轉入異步運行的汽輪發(fā)電機繼續(xù)留在系統中工作,并采取措施促使發(fā)電機恢復同步運行。但這種短期異步運行方式主要適用于有功功率,但要從系統中吸取無功功率,這樣必將大大地改變系統中的無功功率的平衡關系,降低系統的電壓水平。當個別汽輪發(fā)電機因勵磁系統的故障而失磁時。只要故障不危及發(fā)電機組的繼續(xù)運行,且系統中無功電源充足,可以不立即切除失磁的發(fā)電機,而讓它在系統中短時間異步運行,待勵磁系統故障消除后,重新投入勵磁,使它恢復正常的同步運行。

采用快速汽門控制與電氣制動:在系統故障時,對于汽輪機采用快速的自動調速系統或者快速關閉進汽門的措施,就會顯著減小過剩功率,提高系統的暫態(tài)穩(wěn)定性。水輪機由于水錘現象不能快速關閉進水門,因此有時采用在故障時從送端發(fā)電廠中切掉一臺發(fā)電機的方法,這等值于減少電動機功率。電氣制動就是當輸電系統中發(fā)生短路故障時,發(fā)電機輸出的有功功率急劇減少,發(fā)電機組因功率過剩而加速,迅速投入制動電阻,消耗發(fā)電機的有功功率以制動發(fā)電機,使發(fā)電機不失步。另外變壓器中性點經小電阻接地的作用為接地短路時的電氣制動,使系統發(fā)生不對稱接地短路時,產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生有功功率,同時減少了發(fā)電機轉子的不平衡功率,提高輸電系統暫態(tài)穩(wěn)定性。