【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)與系統(tǒng)之間聯(lián)系電抗，就可以增加發(fā)電機(jī)的功率極限，即加強(qiáng)了發(fā)電機(jī)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(duì)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(shí)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(jí)，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(bǔ)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(bǔ)償線路感抗，從而使發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間總的等值電抗減少，相當(dāng)于縮短了線路的長(zhǎng)度，提高了系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。 二、采用自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置 發(fā)電機(jī)裝設(shè)比例型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器時(shí)，可認(rèn)為暫態(tài)電勢(shì)（或）為常數(shù)，相當(dāng)于將發(fā)電機(jī)的電抗由同步電抗減小為暫態(tài)電抗。如果能夠采用按運(yùn)行參數(shù)的變化率調(diào)節(jié)勵(lì)磁，甚至可以將維持發(fā)電機(jī)的端壓設(shè)為參數(shù)，相當(dāng)于將發(fā)電機(jī)的電抗減小為零。因此，發(fā)電機(jī)裝設(shè)先進(jìn)的調(diào)節(jié)器相當(dāng)于縮短了發(fā)電機(jī)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(bǔ)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(qiáng)系統(tǒng)的電氣聯(lián)系。例如在距離過長(zhǎng)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(jī)，且同步調(diào)相機(jī)配有先進(jìn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，則可以維持同步調(diào)相機(jī)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(dú)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(diǎn)電勢(shì)、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(shí)際的正常運(yùn)行中提高發(fā)電機(jī)的電勢(shì)和電網(wǎng)的運(yùn)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(jī)送出的電磁功率為： （ 32） 2. 故障方式時(shí)電抗總是大于正常方式時(shí)的電抗，即 。在一回輸電線路的 f點(diǎn)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，只要在正序網(wǎng)絡(luò)的故障點(diǎn)根據(jù)不同的 短路類型接入不同的附加電抗，這個(gè)正序增廣網(wǎng)絡(luò)即可用來計(jì)算不對(duì)稱短路時(shí)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(shí)，附加電抗等于負(fù)序電抗；三相短路，作為不對(duì)稱短路的一種特殊形式，它的附加電抗?？梢姡喽搪窌r(shí)對(duì)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(jī)電動(dòng)勢(shì)與無限大系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)移電抗為： 33 當(dāng)發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)不變時(shí)，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(dòng)作，斷開故障線路，如圖 31（ c）所示，此時(shí)發(fā)電機(jī)電勢(shì)與無限大系統(tǒng)間的電抗為： （ 35） 發(fā)電機(jī)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(huì)立即變化，這是發(fā)電機(jī)的運(yùn)行由 a 點(diǎn)突降至 b點(diǎn)，其輸出的功率顯著減少，而原動(dòng)機(jī)的機(jī)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(yùn)行點(diǎn)由 b 點(diǎn)向 c 點(diǎn)移動(dòng)。如果故障永久存在，始終存在過剩轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機(jī)將不斷加速，最終與系統(tǒng)失去同步。實(shí)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(diǎn)且出故障，這是功率特性變?yōu)?,既運(yùn)行點(diǎn)由的 c 點(diǎn)突變?yōu)榈?e點(diǎn)，此時(shí)發(fā)電機(jī)的電磁功率大于原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率 PE PT,所以發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子受制動(dòng)而減速。設(shè)制動(dòng)過程直到 f 點(diǎn)時(shí)發(fā)電機(jī)才回到同步轉(zhuǎn)速，但 f 點(diǎn)與 e 點(diǎn)一樣，仍存在 PE PT,在制動(dòng)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(diǎn)前轉(zhuǎn)自一直減速，在 k 點(diǎn)雖然機(jī)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(yùn)行點(diǎn)向下越過 k 點(diǎn)后，機(jī)械功率開始大于電磁功率，轉(zhuǎn)子又開始加速，因此在 k 點(diǎn)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(diǎn)，即達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)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(diǎn)才切除，這時(shí)轉(zhuǎn)子加速已經(jīng)比較嚴(yán)重，功角不斷增大，在 f 點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子的加速度仍然大于同步轉(zhuǎn)速，甚至在到達(dá) h 點(diǎn)后發(fā)電機(jī)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(diǎn)，此時(shí)電磁功率減小，使發(fā)電機(jī)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(jī)與無限大系統(tǒng)之間失去同步。對(duì)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(shí)，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(shí)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(shí)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(yùn)行點(diǎn)會(huì)越過 h 點(diǎn)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(shí)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(diǎn)以前使轉(zhuǎn)子恢復(fù)同步速度。極限是正好達(dá)到 h 點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子恢復(fù)同步速度，這時(shí)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(shí)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(huì)造成加速面積大于減速 面積，暫態(tài)過程中運(yùn)行點(diǎn)就會(huì)越過 h 點(diǎn)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?yàn)楣こ躺蠈?shí)際需要知道的是，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定必須在多少時(shí)間內(nèi)切除故障線路，也就是知道與極限切除角對(duì)應(yīng)的故障切除時(shí)間，這一時(shí)間通常稱為極限切除時(shí)間。顯然，故障切除時(shí)間小于極限切除時(shí)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(dòng)作時(shí)間都應(yīng)小于這個(gè)時(shí)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上機(jī)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(dòng)后的過剩功率的大小及擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間有關(guān)。對(duì)簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì) E 及提高系統(tǒng)電壓 U 等，對(duì)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(dòng)重合閘裝置的應(yīng)用 這兩個(gè)措施可以較大的減 小加速面積，同時(shí)增大減速面積，既有效又經(jīng)濟(jì)。 快速切除故障對(duì)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(shí)間愈小，加速面積愈小，而對(duì)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(shí)間包含有繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間、斷路器固有分閘時(shí)間和滅弧時(shí)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(shí)間一般都在兩個(gè)周波（約 ― ）左右，新型保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間可做到幾十毫秒內(nèi)，因此切除故障的最快時(shí)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(shí)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(dòng)重合閘裝置的措施可以提高供電的可靠性，對(duì)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(jī)功率特性、消耗或輸出發(fā)動(dòng)機(jī)的過剩功率 現(xiàn)代電力系統(tǒng)中大型發(fā)動(dòng)機(jī)都裝有強(qiáng)行勵(lì)磁裝置，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障，使發(fā)電機(jī)端