【文章內(nèi)容簡介】 短路發(fā)生后， 由于 繼電保護裝置將迅速 動作，斷開故障線路 ，如圖 31（ c）所示， 此時發(fā)電機電勢與無限大系統(tǒng)間的電抗為： 39。 1 / 2 2d T L TX X X X X?? ? ? ? ? （ 35） 發(fā)電 機的傳輸 功率為： 39。 s in s inEUPPX ??? ? ? ????? （ 36） 二、 系統(tǒng)受到大干擾后的物理過程分析 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 20 結(jié)合 圖 31 和圖 32 進行 分析 ，發(fā)生短路故障瞬間，功率特性立即下降為 P? ，但由于轉(zhuǎn)子的慣性，其角度不會立即變化，這是發(fā)電機的運行由 a 點突降至 b 點，其輸出的功率顯著減少，而原動機的機械功率 PT 不變，產(chǎn)生了較大的過剩轉(zhuǎn)矩， PTPb，故障情況越嚴重，功率 P? 的幅值越低，則過剩轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)子開始加速，使運行點由 b 點向 c 點移動。如果故障永久存在，始終存在過剩轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機將不斷加速，最終與系統(tǒng)失去同步。實際上，發(fā)生故障后繼電保護將迅速切除故障，設(shè)在 c 點且出故障，這是功率特性變?yōu)?P?? ,既運行點由 P? 的 c 點突變?yōu)?P?? 的 e 點，此時發(fā)電機的電磁功率大于原動機的機械功率 PEPT,所以發(fā)電機的轉(zhuǎn)子受制動而減速。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。 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，導致發(fā)電機與無限大系統(tǒng)之間失去同步。對比以上兩種不同的結(jié)果可見，快速切除故障是保證系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的有效措施。 用等面積定則來判斷暫態(tài)是否穩(wěn)定，等面積定則，即當減速面積等于加速面積時，轉(zhuǎn)子角速度恢復到同步轉(zhuǎn)速，功角達到最大搖擺角并開始減小。當 SdefgSabcd 時系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，反之，系統(tǒng)暫態(tài) 不穩(wěn)定。利用等面積定則，可以決定極限切除角，即功角變化過程中最遲必須在到達 極限切除 角時切除故障，如果切除角大于極限切除角，則加速面積大于減速面積，暫態(tài)過程中運行點會越過 h 點而使系統(tǒng)失去同步。相反，只要切除角小于極限切除角，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。 一、 極限切除角與極限切除時間 根據(jù)前面的 分析可知，為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須在到達h 點以前使轉(zhuǎn)子恢復同步速度。極限是正好達到 h 點時 轉(zhuǎn)子恢復同步速度，這時的故障切除角成為極限切除角 cm? 。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?? ? ????。 在 極限切除角時切除 線路 故障 ，已利用了最大可能的減速面積。如果故障切除角 ? 大于 極限切除角 cm? ， 就會造成加速面積大于減速面積，暫態(tài)過程 中運行點就會越過 h 點而使系統(tǒng)失去同步。相反，只要故障切除角 ? 小于 極限切除角 cm? ，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。但是，利用上式求得極限切除角 cm? 并沒有真正解決問題，因為工程上實際需要知道的是，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定必須在多少時間內(nèi)切除故障線路，也就是知道與極限切除角 cm? 對應 的故障切除時間，這一時間通常稱為極限切除時間 cmt 。 顯然，故障切除時間 ct 小于極限切除時間 cmt 則 系統(tǒng)是穩(wěn)定的，反之系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。因此，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，電力系統(tǒng)中所有繼電保護的動作時間都應小于這個時間 cmt 。 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。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)。對簡單電力系統(tǒng)而言，主要與加速面積和減速面積有關(guān)。提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，就需設(shè)法減小加速面積，增大最大可能的減速面積。需要指出的是，前述提高靜態(tài)穩(wěn)定性的措施，電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 23 如縮短電氣距離、提高發(fā)動機電動勢 E 及提高系統(tǒng)電壓 U 等，對提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性同樣有效。 下面介紹幾種常用的提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施。 一、 故障的快速切除和自動重合閘裝置的應用 這兩個措施可以較大的減小加速面積，同時增大減速面積，既有效又經(jīng) 濟。 快速切除故障對提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性是很有效的。如圖 32所示，故障切除時間 ct 愈小 ，加速面積愈小，而對應的最大可能減速面積愈大，愈利于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。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。 目前廣泛使用的 6SF 斷路器 和真空斷路器的全分閘時間一般都在兩個周波（約 — ）左右，新型保護裝置的 動作時間可做到幾十毫秒內(nèi)，因此切除故障的最快時間已可做到 。 由于 電力系統(tǒng) 中 的故障 大多是短路故障 ， 且短路故障中 大多數(shù) 又 是瞬時 性 的， 所以故障后的重合閘成功率是很高的，一般 可達 90%以上。 所以采用自動重合閘裝置的措施可以提高供電的可靠性，對提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性也有十分明顯的作用，是目前應有的比較多的措施之一。 二、提高發(fā)電機 功率 特性、消耗或輸出發(fā)動機的過剩功率 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 24 現(xiàn)代電力系統(tǒng)中大型發(fā)動機都裝有強行勵磁裝置， 當系統(tǒng)發(fā)生 短路 故障 ，使發(fā)電機端電壓下降到額定電壓的 85%90%時 ， 強行勵磁裝置動作，迅速而大幅度的增加勵磁以 提高發(fā)電機電勢，從而提高了 發(fā)電機輸出的 電磁 功率。 因此，在故障期間減小了加速面積并增大了減速面積，從而提高了系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定。 電氣制動就是當電力系統(tǒng)發(fā)生故障后， 實時的投入制動電阻以消耗發(fā)動機的 部分 過剩 功率。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 。 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。 三、減少原動機的機械功率 TP 故障后減小 原動機的機械功率 TP ， 也 可以減小對轉(zhuǎn)子加速的過剩功率，有利于提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。 1. 采用快速調(diào)速系統(tǒng) 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 25 對于汽輪發(fā)動機組，在故障時采用快速關(guān)閉汽門的方法使原動 機的輸入機械功率迅速減小 ，從而達到減小加速面積增大減速面積的效果，因而有利于暫態(tài)穩(wěn)定。 2. 采用聯(lián)鎖切機 對于水輪發(fā)動機，由于水錘效應一般不采用快速關(guān)閉進水 閥門的方法。因此，對于水利發(fā)電廠有時采用在故障時出切除 部分發(fā)電機，即聯(lián)鎖切機。切除部分發(fā)電機后，等于減小了原動機的輸入功率 TP 。 必須指出，這種措施只能適用于系統(tǒng)容量大，切除部分發(fā)電機對系統(tǒng)的功率平衡不會造成嚴重影響的系統(tǒng)中，否則切除部分發(fā)電機后，將對系統(tǒng)的電壓，頻率造成不良的后果。 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。 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? ? ? 運行參數(shù) 為： ? ?10 02 2 0 1 1 5 2 2 01 , 1 ta n c o s 0 . 9 5 0 . 3 2 9 , 12 2 0 1 2 1 2 0 9P Q U? ?? ? ? ? ? ? ??。 （ 2)確定系統(tǒng)正常運行方式，正常運行時，發(fā)電機與無限大容量系統(tǒng)間的聯(lián)系電抗為： 1 1 239。 0 . 6 7 7I d T TX X X x l X? ? ? ? ? ? 0022 29 77 7739。 1 9811Q X P XU UUE ???? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 10 0 . 6 7 7t a n 2 8 . 9 71 0 . 3 2 9 0 . 6 7 7? ? ??? ? ??????? (3)確定故障方式進行計算 《 1》 .單相接地 （ a） 此時附加電抗 x? 是負序網(wǎng)絡在故障點 f 的等值電抗 2X? 和0X? 的串聯(lián) . 2X? 0 . 1 6 00 . 1 7 6 0 . 1 1 5 0 . 2 5 8 0 . 0 9 50 . 1 7 6 0 . 1 1 5 0 . 2 5 8 0 . 0 9 5? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??????? ? ? 電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性問題分析與計算 28 ? ?? ?0 0 . 1 1 5 0 . 2 5 8 4 0 . 0 9 5 0 . 1 0 40 . 1 1 5 0 . 2 5 8 4 0 . 0 9 5X ? ? ? ???? ? ? 則附加電抗 x? 為： 0 .1 6 0 0 .1 0 4 0 .2 6 4x? ? ? ? ? ? ? ? 09 15 ( 58 95 ) 09 15 ( 58 95 ) 64IIX ? ? ?? ? ? ? ? ?? = 39。 1 .3 9 8 1 1 .2 71 .1 1IIMIIEUP X ?? ? ? （ b）故障切除后 1239。 0 . 9 3 5III q T c TX X X X X? ? ? ? ? 39。 1 .3 9 8 1 1 .4 9 50 .9 3 5IIIIIIEUP X ?? ? ? 1 11 8 0 s in 1 3 8 . 0 21 . 4 9 5h? ?? ? ? ? ? （ C）計算極限切除角。 ? ? 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)絡在故障點的等值電抗 . X?2= ?? ? ( ) ( )X ? ??=++++ = 所以，故