电力系统非同步振荡事故浅1

电力系统非同步振荡事故浅谈 [摘要]：通过对电力系统振荡时电气量变化的分析，指出了非同步振荡事故反映在信号、 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 记等方面的诸多现象。提出了处理电力系统非同步振荡事故一般采取的两种方法：人工再同步法和系统解列法。人工再同步是指采取一系列措施，如：减少频率升高的送端电厂的出力，增加频率降低的受端电厂的出力；增加频率升高的送端系统的负荷，减少频率降低的受端系统的负荷；增加发电机的励磁电流等。采取上述措施都有可能将系统重新拉回同步。系统解列法是指系统预先在某个适当的地点选择一个解列点，当系统振荡时，在该点将系统解列，然后切除故障后再恢复并列。这两种方法在实际工作中配合使用，使事故消除在初始阶段。 [关键词]：电力系统非同步振荡    电气量变化    事故现象    事故处理方法 电力系统正常运行中，由于系统内部短路、大容量发电机跳闸或失磁、突然切除大负荷线路、系统负荷突变、电网结构及运行方式不合理、系统无功电力不足引起电压崩溃、联络线跳闸及非同期并列操作等原因，使电力系统的稳定性遭到破坏，可能引起系统振荡。 在系统振荡中，若由于振荡中的能量消耗，振幅越来越小，逐渐衰减下来，在经过一定的往复振荡后，进入了稳定运行状态，这种振荡称之为同步振荡。如果振幅越来越大，无法恢复原有的稳定状态或进入新的稳定运行状态就将引起非同步振荡。非同步振荡使电力系统崩溃，大面积停电，对过民经济遭成很大危害。这就要求电力系统运行人员提高对振荡的认识，正确处理事故，维持系统的稳定运行。下面简要谈谈振荡时各电气量的变化以及非同步震荡事故的处理方法。 一、 电力系统振荡时电气量的变化： 1． 功率的变化 我们以双电源辐射形网络（图1）为例 G1 G2 T2 T1 该系统为一简单的电力系统，发电机通过变压器接入系统。我们假设输电线路不受电压和频率变化影响，则容易推出公式 传输功率p的大小与发电机电动势和母线电压的夹角＆成正弦关系。通常称为“功角”。传输功率 p=f（δ）的特性通常为“功角特性”。功角特性曲线如图2所示： 图2功率特性曲线 当系统发生振荡后，功率特性曲线如图3所示：    P P1 a δh δm δc δ0 O δ 图3功率特性曲线 图中p1为正常运行，p2为故障运行，p3为故障切除后的功率特性曲线。图中a点正常运行时的运行点，发生故障后功率特性立即降为p2,此时功率角仍保持为δ，运行点沿p2向c点突变至b点，相对速度ω-ω0,功率角δ逐渐增大，运行点沿p2向c点移动。如果故障切除，则运行点从 c点突变至e点，δ角开始减小，运行点沿p2移向k点，在k点附近振荡，振荡过程如图4所示 △P＝Pe－PT k k a k ω b ωc　 ω0　 ωk　 δc　 δ δk　 δ0　 δk　 图4振荡过程 若故障切除较晚，＆继续增大，将导致系统失步，如图5所示 ΔP c t h a b d ω ωh　 ωc　 ω0　 δh　 δc　 δ δ0　 t 图5失步过程 2、电流、电压的变化 我们以图6为例说明振荡时电流、电压的变化。 Em I EN N M XL RL XNRN XM RM 图6 如以电势 为参考，使其相位为零，则 =. 在系统振荡时，可认为N侧系统等值电势 围绕 旋转或摆动，因为 落后于 的角度δ在0度到360度之间变化。 = e-jδ 由M侧流向N侧的电流I为 令  表示两侧系统电势幅值之比。则 设以 为参考向量， =   则 由此可知，振荡电流的幅值与相位都与振荡角δ有关，只有当δ恒定不变时，IM和θ    为常数，振荡电流才是纯正弦函数。图7为电流随δ的变化图，当δ为∏的偶数倍时，Im最小；当δ为π的奇数倍时，IM最大。 IM δ o 720 360 图7 上面讲了系统振荡时电流与＆的关系，下面讨论电压与＆的关系。振荡时系统中性点电位仍为零，故线路两侧母线的电压 和 为              系统各点阻抗角相同时电压与＆的关系如图8所示 UN UM U2 0 720 360 180 图8 对于各部分阻抗角不同的情况，可以用类似的方法进行分析，我们不再祥谈。 二、 电力系统非同步振荡的事故现象及特征 振荡时电气量的变化，反应在各种表记上，表现为表记的摆动，具体表现为： 在发电厂内（1） 定子电流表的摆动最剧烈，可能在满刻度范围内摆动，且电流有时超过额定值；（2） 发电机定子电压表和其他母线电压表剧烈摆动，且电压表指示值降低。当发电机装有自动励磁电压调整装置时，其端电压波动也要小一些。（3） 有功功率表的指针在全刻度摆动，其原因为在同步振荡时，发电机送出有功功率，而在非同步振荡时，发电机吸收有功功率，故表记摆动很大。（4）转子电流、电压表的指针在正常值附近剧烈摆动，因振荡时发电机定子磁场与转子间有相对速度，励磁绕组及转子其他金属部件中都感应起交变电流。（5）发电机将发出不正常的、有节奏的鸣音，其节奏与表记的摆动相互应。（6）强行励磁一般动作。（7）厂用电动机由于频率和电压降低而大大影响工作效率，甚至低压脱扣，严重威胁电厂的安全运行。（8）失去同期的两部分系统的联络线路输送功率往复摆动最大。（9）处于振荡中心的电压振荡最激烈，并周期性的过零，离开振荡中心的越远处，电压波动越小。且振荡时，受电端周波下降，送电端周波升高，并略有摆动。 电力系统非同步振荡的特征：电力系统发生非同步振荡时，系统之间仍然有电的联系，系统的有功功率、无功功率、电流以及某些节点的电压，呈现不同程度周期性的摆动。振荡时，由于全网出力和负荷严重不平衡，联络线的有功功率、无功功率将比正常值大的多；一些没有振荡闭锁装置的继电保护因为电压降低、电流增大而可能误动作；连接失步的发电厂或系统的联络线上的潮流摆动幅度最大，每周期约至零值变化一次；在系统振荡的两端电压振幅不甚剧烈。振荡剧烈程度与系统容量、联络线的运行方式及接线阻抗有关。一般的讲，系统容量大，运行方式合理时，接线阻抗小些，系统发生振荡的程度轻一些。 电力系统非同步振荡的事故处理，一般采用人工再同步法和系统解列法。 1． 人工再同步 发生系统振荡后，如果失去同步的系统之间在某一瞬间频率相等，这就说明该瞬间两系统之内的发电机是同步的，如果这时还能满足其他一些条件，例如发电机的相对角度相等，系统就不会再失步。人工再同步的关键，就是使得滑差为零。什么是滑差呢？我们已经知道，振荡时，系统没有同一的频率，送端频率高，受端频率低。假设二者分别为f1和f0，则与之对应的等值电动势角速度为 送、受端系统的滑差为S 实现人工再同步有两个方法 1＞ 使失去同步的系统频率相等，即没法减少滑差的平均值，使频率相等的措施很多，现在通常采用的有：a、减少频率升高的送端电厂的出力，增加频率降低的受端电厂的出力。送端电厂在减出力的过程中，要注意频率不应低于48~49hz，否则系统内的自动低频减载装置将动作，频率一般应限制的数值，各系统在现场事故处理规程中都有具体规定，若系统容量大，电网结构紧密的可适当提高一些，如49.5hz等。b、增加频率升高的送端系统的符荷。C、将频率升高的送端系统中的部分机组解列，并入频率降低的受端系同中去。d、按值班调度员的命令，启动若干备用机组并入到频率降低的受端系统中去。一般当受端系统有旋转备用容量时，应首先投入，否则应采取限制部分负荷的办法，直到按照事先编制的拉路程序进行紧急拉路。 上述方法之所以能实行再同步，原因为降低了发电机的出力，就使得原动机的输入机械功率减少。我们知道，发电机异步运行时的输出功率是异步功率与机械功率相平衡的，原动机输出减小，就意味着异步功率减小，同时也意味着功率角的减小，使得两电源间的滑差S减小，当减小到接近零值时，就有了恢复同步的条件。 2＞ 增加滑差的脉动振幅，使滑差瞬时值经过零时 这部分的措施是增加发电机的励磁电流和提高系统电压，由              可知，当发电机的励磁电流增加时，发电机电动势相应增加，或者系统电压增高，使同步功率幅值增大，转子加速和减速的幅度增大，即加速度的范围变大了，最后导致滑差瞬时值增加，即滑差瞬时值的上限增加，下限降低，当下限降低到零时，就能恢复同步了。 一般来讲，处理非同步振荡时，大都采用人工再同步的办法，并以等化频率为主，辅以增加励磁电流的办法。 2． 系统解列法 系统预先在某个适当的地点选择一个解列点，当发生系统振荡时，在该点将系统解列，使振荡的系统分成两部分，并失去电的联系，这两部分能够保证各自运行的独立性，然后切除故障并经过并列操作使系统恢复正常运行。 解列的地点（即系统中某个断路器），必须事先安排妥当，选择的原则如下： （1） 应尽量保持解列后各部分系统的功率平衡，以防止频率、电压的大幅度变化，这样大幅度的变化有时会导致解列后系统内部的电厂间的失步和联络线过负荷跳闸事故。因此，解列点往往选择在易于振荡的系统部分之间潮流分界点上，或者在交换功率最小处。 （2） 应使解列后的系统容量足够大，即尽量使系统分为两部分或者三部分，而不是四分五裂。大容量系统因为其抗干扰能力强，只需在系统之间设置少量的解列点，但发电机出口断路器不能作为解列点。 （3） 适当考虑操作方便，恢复并列操作也方便的处所。 在系统振荡事故处理中，人工再同步和系统解列法二者相辅相成，交替使用，以图9为例： 图9 线路AB间发生接地故障，母保正确动作，由于断路器A的保护拒动，使断路器D几秒后越级跳闸，使火电厂A输送160MW的联络线全部切断，系统形成了220~110KV的环网形式，使110KV系统联络线输送功率大大增加，静稳定破坏，系统振荡。那么，如何处理呢？由图9可以看出，送端有两个较大的坑口电厂，应迅速减少出力，在受端部分也有很多电厂，特别 是水电厂应迅速减少出力，火电厂 A、B、C也都可以增加出力以提高受端系统的频率和电压。这就是我们说的人工再同步法。在采取上述措施无效以后，经过一定时间（约3~4分钟），系统振荡仍未消失，不能拖入同步，这时就应考虑采取系统解列法。当然，我们应根据调度命令，将解列点开关断开，系统解列。发生振荡的系统之间推动电的联系，就不存在同步与否的问题了。然后，经过运行方式，负荷和发电出力的调整，系统各部分之间频率相等后，再恢复并列。 根据运行经验，处理振荡事故应注意以下几点： 1＞ 水电厂和大容量受端系统失步引起振荡时，宜采用人工再同步法，因为水电厂出力增加快。 2＞ 系统中无适当的解列点或解列点不止一个，而且分布在不同的变电所时，宜采用人工再同步，这样可以减少不必要的甩负荷，且可简化操作。 继续阅读