【文章內(nèi)容簡介】 機與系統(tǒng)之間聯(lián)系電抗，就可以增加發(fā)電機的功率極限，即加強了發(fā)電機與無限大系統(tǒng)的電氣聯(lián)系，縮短了“電氣距離”。 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地減小電抗的措施。 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(yuǎn)距離輸電線路所占比重更大。因此，減小線路的電抗，對提高電力系統(tǒng)的功率極限和穩(wěn)定性有重要的作用。具體可采用下面幾種方法。 高壓輸電線路中采用分裂導(dǎo)線的主要目的是為了避免電暈，但同時也可以減小線路的電抗。 由功率極限可見，功率極限與電壓的平方成正比，提高線路的額定電壓等級，也就提高了功率極限。這一措施也可以認(rèn)為是間接地減小了線路的電抗。 串聯(lián)電容補償就是在高壓電力線路上串聯(lián)電容器，利用其 容抗與線路感抗相反的性質(zhì)補償線路感抗，從而使發(fā)電機與系統(tǒng)間總的等值電抗減少，相當(dāng)于縮短了線路的長度，提高了系統(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(rèn)為暫態(tài)電勢（或）為常數(shù)，相當(dāng)于將發(fā)電機的電抗由同步電抗減小為暫態(tài)電抗。如果能夠采用按運行參數(shù)的變化率調(diào)節(jié)勵磁，甚至可以將維持發(fā)電機的端壓設(shè)為參數(shù)，相當(dāng)于將發(fā)電機的電抗減小為零。因此，發(fā)電機裝設(shè)先進(jìn)的調(diào)節(jié)器相當(dāng)于縮短了發(fā)電機與系統(tǒng)間電氣距離，從而提高了系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性 三、改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和采用中間補償設(shè)備 結(jié)構(gòu) 有多種方法可以改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，加強系統(tǒng)的電氣聯(lián)系。例如在距離過長或聯(lián)系電抗過大的輸電線路上，可以增加線路的回路數(shù)以減小電抗。 如果在輸電線路中間的降壓變電站內(nèi)裝設(shè)適量的同步調(diào)相機，且同步調(diào)相機配有先進(jìn)的自動調(diào)節(jié)勵磁裝置，則可以維持同步調(diào)相機極端電壓甚至高壓母線的電壓恒定。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。即原來的系統(tǒng)被分為獨立的兩段，系統(tǒng)中原來的功率極限變?yōu)?、? 者之中的最小值。由于線路上各點電勢、電壓的大小相差不多，而分段后各段的電抗均遠(yuǎn)小于總電抗，所以功率極限大為 提高。 以上介紹的提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的措施都是考慮減小電抗而言，在實際的正常運行中提高發(fā)電機的電勢和電網(wǎng)的運行電壓也可以提高功率極限，但這需要在系統(tǒng)中設(shè)置足夠的無功功率電源。 第穩(wěn)定與無限大系統(tǒng)間的電抗為： （ 31） 發(fā)電機送出的電磁功率為： （ 32） 2. 故障方式時電抗總是大于正常方式時的電抗，即 。在一回輸電線路的 f點發(fā)生不對稱故障時，只要在正序網(wǎng)絡(luò)的故障點根據(jù)不同的 短路類型接入不同的附加電抗，這個正序增廣網(wǎng)絡(luò)即可用來計算不對稱短路時的正序電流和正序功率。例如單相短路，附加電抗應(yīng)為負(fù)序電抗與零序電抗的串聯(lián)；兩相短路時，附加電抗等于負(fù)序電抗；三相短路，作為不對稱短路的一種特殊形式，它的附加電抗?？梢姡喽搪窌r對電力線路的穩(wěn)定性而言是所有故障中最不利的。經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變換后，可得發(fā)電機電動勢與無限大系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)移電抗為： 33 當(dāng)發(fā)電機電動勢不變時，故障情況下的傳輸功率為： （ 34） 3. 短路發(fā)生后，由于繼電保護(hù)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： （ 35） 發(fā)電機的傳輸功率為： （ 36） 二、系統(tǒng)受到大干擾后的物理過程分析 結(jié)合圖 31 和圖 32 進(jìn)行分析，發(fā)生短路故障瞬間，功率特性立即下降為，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(yán)重，功率的幅值越低，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(hù)將迅速切除故障，設(shè)在 c 點且出故障，這是功率特性變?yōu)?,既運行點由的 c 點突變?yōu)榈?e點，此時發(fā)電機的電磁功率大于原動機的機械功率 PE PT,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 PE PT,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(dá) 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的 k 點，即達(dá)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(yán)重，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(dá) 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(jìn)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。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(dāng)減速面積等于加速面積時，轉(zhuǎn)子角速度恢復(fù)到同步轉(zhuǎn)速，功角達(dá)到最大搖擺角并開始減小。當(dāng) Sdefg Sabcd 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(dá)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。 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(dá) h 點以前使轉(zhuǎn)子恢復(fù)同步速度。極限是正好達(dá)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。根據(jù)等面積定則有以下關(guān)系 可推得極限切除角為： （ 37） 式中。 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，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，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。但是，利用上式求得極限切除角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對應(yīng)的故障切除時間，這一時間通常稱為極限切除時間。顯然，故障切除時間小于極限切除時間則系統(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(hù)的動作時間都應(yīng)小于這個時間。 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(yán)重程度，與擾動后的過剩功率的大小及擾動持續(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，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(yīng)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。故障切除時間包含有繼電保護(hù)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(hù)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(dá) 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(yīng)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 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(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障，使發(fā)電機端