【正文】 對于 自動重合閘的經(jīng)濟效益，應(yīng)該用無重合閘時，由于停電而造成的國民經(jīng)濟損失來衡量，自動重合閘本身的投資很低，工作可靠，因而經(jīng)濟效益顯著，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，重新合上斷路器的工作可由運行人員手動操作進行。 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 52 第 二 節(jié) 故障時對 自動重合閘的 要求 一 、 自動重合閘概述 在電力系統(tǒng)中 ,輸電線路 (特別是架空線路 )最容易發(fā)生故障。如對電力設(shè)備的繼電保護，當(dāng)電力設(shè)備故障時，要求最靠近故障點的斷路器動作斷電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 51 開電網(wǎng)的供電電源，即電力設(shè)備繼電保護的選擇性。電力系統(tǒng)由于受到自然（如雷擊、風(fēng)災(zāi)等）、 人為 （如設(shè)備制造上的缺陷、誤操作等） 等因素的影響，會不可避免的發(fā)生各種形式的短路故障和異常運行狀態(tài)。 畫出 t?? 曲線如下圖所示： 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 40 《 3》 兩相 短路接地 （ 1） 取 ?? 則 ： 223 6 0 3 6 0 5 0 0 . 0 5 3 . 5 11 2 . 8 1 8JftK T ? ? ?? ? ? 則故障時 ? 仍為 ? 發(fā)電機的輸出功率即降低為 ( ? ) ( 0 ) s i n 0 . 5 6 2 s i n 2 8 . 9 7 0 . 2 7 2IIMPP ?? ? ? ? ? ( 0 ) 0 ( 0 ) 1 0 .2 7 2 0 .7 2 8P P P? ? ? ? ? ? ( 0 )( 1 ) 0 3. 51 1. 27 822PK? ??? ? ? ? ? ? ( 1 ) ( 0 ) ( 1 ) 2 8 . 9 7 1 . 2 7 8 3 0 . 2 4 8? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 第一時段末，即第二時間段開始時發(fā)電機輸出功率為 ( 1 ) ( 1 )s i n 0 . 5 6 2 s i n 3 0 . 2 4 8 0 . 2 8 3IIMPP ?? ? ? ? ? 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 41 (1 ) 1 0 .2 8 3 0 .7 1 7P? ? ? ? ( 2 ) ( 1 ) ( 1 ) 1 . 2 7 8 3 . 5 1 0 . 7 1 7 3 . 7 9 4KP??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ( 2 ) ( 1 ) ( 2 ) 3 0 . 2 4 8 3 . 7 9 4 3 4 . 0 4 2? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 如此計算如下表所示 t(s) v ? () sin ()v? ()VP ()vP? ( 1)v??? () 0 0 1 2 3 4 由上表可看出在 時 ? 對應(yīng)的角度為 小于極限切除角 。E 與系統(tǒng)間的 總轉(zhuǎn)移電抗為 IIX =++2? += 所以故障時發(fā)電機輸出的最大功率為 MPⅡ = E 39。 ? ? 01 c o s c o sc o s T h o I I I M h I I McmI I I M I I MP P PPP? ? ? ??? ? ? ? ???? ?????? ?? ?111 1 3 8 .0 2 2 8 .9 7 1 .4 9 5 c o s 1 3 8 .0 2 1 .2 7 c o s 2 8 .9 7180c o s 1 .4 9 5 1 .2 7c o s 0 .4 9 9 1 1 9 .9 1???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ?《 2》 .兩相短路 , (a)此時附加電抗 x? 是負序網(wǎng)絡(luò)在故障點的等值電抗 . X?2= ?? ? ( ) ( )X ? ??=++++ = 所以，故障時發(fā)電機輸出的最大功率為 M E 39。 第四章 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 的分析計算 第一節(jié) 計算極限切除角 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 26 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 27 解 :選取基準(zhǔn)值，計算各種參數(shù)， 取 BS =220MVA， ? ?110 115B KVU ?, ? ?220 220U 1 1 5 = 2 0 9 K V121B ?? 222 4 2 1 0 . 5 2 2 039。即在 發(fā)電機 加速期間投入制動電阻，利用電阻消耗發(fā)電機的部分過剩 功率， 使加速面積減小 ， 使系統(tǒng)振蕩受到阻尼的影響，達到 提高暫態(tài)穩(wěn)定性 的目的 。如圖 32所示，故障切除時間 ct 愈小 ，加速面積愈小，而對應(yīng)的最大可能減速面積愈大，愈利于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。 第 二 節(jié) 提高 電力系統(tǒng) 暫態(tài)穩(wěn)定性的措施 引起 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問題，主要是由于遭受大干擾后，在發(fā)動機轉(zhuǎn)子上機械輸入功率與電磁輸入功率的不平衡所造成的。極限是正好達到 h 點時 轉(zhuǎn)子恢復(fù)同步速度，這時的故障切除角成為極限切除角 cm? 。設(shè)制動過程直到 f 點時發(fā)電機才回到同步轉(zhuǎn)速，但 f 點與 e 點一樣，仍存在 PEPT,在制動作用下轉(zhuǎn)子繼續(xù)減速將小于同比轉(zhuǎn)速，功角也開始減小，到達 k 點前轉(zhuǎn)自一直減速，在 k 點雖然機械功率與電磁功率平衡，但由于轉(zhuǎn)子低于同步轉(zhuǎn)速，功角繼續(xù)減小，但運行點向下越過 k 點后，機械功率開始大于電磁功率，轉(zhuǎn)子又開始加速，因此在 k 點上下產(chǎn)生振蕩，由于阻尼作用使震蕩不斷衰減最后趨向于上 P?? 的 k 點，即達到一個新的穩(wěn)定運行方式，說明這一系列大干擾下系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變換后，可得發(fā)電機電動勢 E? 與 無限大系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)移電抗為： 39。設(shè)發(fā)生的一組干擾是：處于正常運行方式的系統(tǒng)，在圖 31 中 （ b）中所示一回線路的始端 f 點發(fā)生不對稱故障，發(fā)生故障后有繼電保護動作切除故障線路，如圖 31 中（ c）所示 。使輸電線路等值的分為兩段提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。 二、 采用自動調(diào)節(jié)勵磁裝置 發(fā)電 機裝設(shè)比例型勵磁調(diào)節(jié)器時，可認為暫態(tài)電勢 39。 下面介紹幾種提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施，這些都是直接或間接電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 15 地減小電抗的措施。 由以上分析可見，在運行點 b，系統(tǒng)受到小干擾后，不是轉(zhuǎn)移到運行點 a，就是與系統(tǒng)失去同步，故 b 點是不穩(wěn)定的，系統(tǒng)電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 14 本身不能維持在 b 點穩(wěn)定運行。 不計原動機的調(diào)速器作用，則原動機的輸出功率 TP 不變。 以簡單電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性分析，可設(shè)同步發(fā)電機為隱極機，用同步發(fā)電機的空載電勢 qE 和同步電抗 dX 表示發(fā)電機，則其等值電路如圖上圖所示。為了便于應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法和計算工具進行電力系統(tǒng)的計算分析，和在實際運行中更確切地檢驗電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的水平并采取提高穩(wěn)定的措施，把電力系統(tǒng)穩(wěn)定分為靜態(tài)穩(wěn)定，暫態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定三類。 目前電力系統(tǒng)穩(wěn)定一般是按照電力系統(tǒng)承受擾動的大小分為靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性兩大類，即電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定是指電電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 10 力系統(tǒng)受到小干擾后，能夠自動恢復(fù)到起始運行狀態(tài)的能力。 對于變壓器一般給出其額定電壓、額定功率以及短路電壓百分數(shù)等。 又如 有功功率、無功功率、視在功率的標(biāo)幺值分別為： * BPP S?、* B S?、* BSS S? （ 13） 式中： P 為有功功率， MW； Q 為無功功率， Mvar； S 為視在 功 率， MVA； BS 為功率基準(zhǔn)值， MVA。能滿足這一點，系統(tǒng)就是功角穩(wěn)定的，否則就是功率不穩(wěn)定的，而必須采取相應(yīng)的措施以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常運行狀態(tài)下受到某種干擾后， 能否經(jīng)過一定的時間后回到原來的運行狀態(tài)或者過渡到一個新的運行狀態(tài)的問題。 本設(shè)計共分六個章節(jié)，第一章為電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)知識；第二章介紹電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，并提出了 在實際生產(chǎn)生活中 提高靜態(tài)穩(wěn)定性的有效措施；第三章介紹電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，并提出了在實際運行中提高暫態(tài)穩(wěn)定性的有效措施；第四章介紹用分段法求各種故障下發(fā)電機的搖擺曲線；第五章介紹了在各種故障下對繼電保護和自動重合閘的要求；第六章為結(jié)束語。 （注：本設(shè)計著重 分析的是電力系統(tǒng)受干擾后的另一種暫態(tài)過程，即電力系統(tǒng)的機電暫態(tài)過程。如果能夠，則認為系統(tǒng)在該運行狀態(tài)下是穩(wěn)定的。 本設(shè)計對電力系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性物理過程、發(fā)電機功率特性和功率極限進行了透徹的分析，研究了不同故障類型下，故障切除時間對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。 二、 基準(zhǔn)值的選取 基準(zhǔn)值的選取有一定的隨意性，下面僅以三相電路說明之。其短路電壓百分數(shù)和電抗標(biāo)幺值的關(guān)系為： ? ? ? ?0 0 *23 0100 0 001 0 0 1 0 000S NTN N TT NNIXU S XXUU ? ?? ? ? ? (111) 式中： TX 為 變壓 器電抗的有名值。 而電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到大干擾后，各同步發(fā)電機能夠保持同步運行并過渡到新的或恢復(fù)到原來的穩(wěn)定運行方式的能力。 綜上所述，電電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 11 力系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常穩(wěn)定運行狀態(tài)下受到干擾后，能否經(jīng)過一定的時間后回到原來的運行狀態(tài)或過渡到一個新的穩(wěn)定運行狀態(tài)的問題，如果能夠，則認為該系統(tǒng)在正常運行下是穩(wěn) 定的；反之，若系統(tǒng)不能回到原來的運行狀態(tài)或不能建立一個新的穩(wěn)定運行狀態(tài)，則說明系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。功率特性方程為式 sinqEq dEUP X ??? （ 21） 式中： 1212d LTTdX X X XX ? ? ? ? ?。 當(dāng)電力 系統(tǒng)中出現(xiàn)小干擾，使功角 ? 增加一個微小的增量 ? ?0???，發(fā)電機輸出的電磁功率達到與圖 21 中 39。 由上述簡單電力系統(tǒng)穩(wěn)定的分析可見，雖然 a， b 兩點對應(yīng)的電磁功率和機械功率都能夠平衡，但穩(wěn)定的運行點 a 對應(yīng)的功角 090a? ? ，處于功角曲線的上升部分，隨著功角的增加輸出的電磁功率也增加，即 0EdPd? ? ；不穩(wěn)定的運行點 b 對應(yīng)的功角 090b? ? ，處于功角特性曲線的下降部分，隨著功角的增加輸出的電磁功率反而減小，即 0EdPd? ? 。 一、 減小元件的電抗 在電力系統(tǒng)中，線路的電抗所占比例較大，特別是遠距離輸電線路所占比重更大。qE （或39。即原來的系統(tǒng)被分為獨立的兩段，系統(tǒng)中原來的功率極限 ? ?1239。 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 18 1. 正常運行方式時，電勢 39。( ) ( )39。 該系統(tǒng)中同樣存在受到大干擾后暫態(tài)穩(wěn)定破壞的情況，如果故障線路切除的比較慢，到 c 點才切除，這時 轉(zhuǎn)子加速已經(jīng)比較嚴重，電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 21 功角不斷增大，在 f 點時轉(zhuǎn)子的加速度仍然大于同步轉(zhuǎn)速，甚至在到達 h 點后發(fā)電機轉(zhuǎn)子仍未能恢復(fù)到同步轉(zhuǎn)速，因此，功角就將越過 h 點，此時電磁功率減小，使發(fā)電機將進一步加速，加速度越來越大，而使功角不斷增大，導(dǎo)致發(fā)電機與無限大系統(tǒng)之間失去同步。根據(jù) 等面積定則有以下關(guān)系 ? ? ? ? ? ? ? ?0 00s i n s i nc m hcm mP P d P P d AA ?? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ??? 可推得極限切除角為： 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 22 ? ?0 0 0c o s c o sc o s h m h mcmmmP P PPP? ? ? ?? ?? ??? ?? ? ??? （ 37） 式中，0 1 0sin mPP? ? ??， 1 0sinh mPP?? ? ????。暫態(tài)穩(wěn)定 的嚴重程度，與擾動后的過剩功率 P? 的 大小及擾動持續(xù)時間有關(guān)。故障切除時間 ct 包含 有繼電保護動作時間、斷路器固有分閘時間和滅弧時間幾部分。 變電站中性點經(jīng)小阻抗接地時的作用原理與電氣制動非常相似，變壓器中性點 上所接地小電阻只在系統(tǒng)不對稱運行時才能起作用，可認為是短路故障時的電氣制動。 0 . 2 5 0 . 2 0 91 0 . 5 2 0 9 3 5 2 . 5dX ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 222 2 4 2 1 0 . 5 2 2 00 . 2 1 0 . 1 7 61 0 . 5 2 0 9 3 6 0X ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 21 2 2 02 5 0 0 . 4 1 0 . 2 5 82 2 0 9LX ? ? ? ? ?21 2 4 2 3 0 00 . 1 4 0 . 1 1 52 0 9 3 6 0TX ??? ? ? ????? 22 2 4 2 2 2 00 . 1 4 0 . 0 9 52 0 9 3 6 0TX ??? ? ? ????? ? ?3 5 2 .58 1 2 .8 2220JTs? ? ? 運