電力系統(tǒng)振蕩的結(jié)果及預(yù)防

當(dāng)發(fā)生短路或突然有大負(fù)荷切除或投入時(shí)，發(fā)電機(jī)與大系統(tǒng)之間的功角會(huì)發(fā)生變化，發(fā)電機(jī)的輸出功率就會(huì)沿著發(fā)電機(jī)的功角特性曲線來回?cái)[動(dòng)，這就是電力系統(tǒng)的振蕩。

電力系統(tǒng)振蕩的結(jié)果有兩種：一個(gè)是發(fā)電機(jī)的輸出功率和負(fù)載能重新在一個(gè)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)平衡，經(jīng)過一段時(shí)間的振蕩后重新達(dá)到穩(wěn)定，保持同步運(yùn)行。一個(gè)是發(fā)電機(jī)的輸出功率和負(fù)載能無法再在任何一個(gè)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)平衡，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失去同步。

發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)輸入力矩突然變化，如：水輪機(jī)調(diào)速器不正常動(dòng)作;系統(tǒng)發(fā)生突然短路;大機(jī)組或大容量線路突然變化等。通常，短路是引起系統(tǒng)振蕩,破壞穩(wěn)定運(yùn)行的主要原因。

電力系統(tǒng)振蕩的預(yù)防：預(yù)防是多方面的，有繼電保護(hù)上的要求，如快速切斷故障線路;也有運(yùn)行操作上的要求，如避免使發(fā)電機(jī)的容量大于被投入空載線路的充電功率，避免發(fā)電機(jī)帶空載線路啟動(dòng)和以全電壓向空載線路合閘;也有設(shè)計(jì)上的考慮，如避免發(fā)生發(fā)電機(jī)的次同步共振。

系統(tǒng)振蕩有多種：異步振蕩、同步振蕩、低頻振蕩

異步振蕩——其明顯特征是，系統(tǒng)頻率不能保持同一個(gè)頻率，且所有電氣量和機(jī)械量波動(dòng)明顯偏離額定值。如發(fā)電機(jī)、變壓器和聯(lián)絡(luò)線的電流表，功率表周期性地大幅度擺動(dòng);電壓表周期性大幅擺動(dòng)，振蕩中心的電壓擺動(dòng)最大，并周期性地降到接近于零;失步的發(fā)電廠間的聯(lián)絡(luò)的輸送功率往復(fù)擺動(dòng);送端系統(tǒng)頻率升高，受端系統(tǒng)的頻率降低并有擺動(dòng)。

引起電力系統(tǒng)異步振蕩的主要原因：

1、輸電線路輸送功率超過極限值造成靜態(tài)穩(wěn)定破壞;

2、電網(wǎng)發(fā)生短路故障,切除大容量的發(fā)電、輸電或變電設(shè)備,負(fù)荷瞬間發(fā)生較大突變等造成電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞;

3、環(huán)狀系統(tǒng)(或并列雙回線)突然開環(huán),使兩部分系統(tǒng)聯(lián)系阻抗突然增大,引啟動(dòng)穩(wěn)定破壞而失去同步;

4、大容量機(jī)組跳閘或失磁,使系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線負(fù)荷增大或使系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降,造成聯(lián)絡(luò)線穩(wěn)定極限降低,易引起穩(wěn)定破壞;

5、電源間非同步合閘未能拖入同步。

異步系統(tǒng)振蕩的一般現(xiàn)象：

(1)發(fā)電機(jī)，變壓器，線路的電壓，電流及功率周期性的劇烈擺動(dòng)，發(fā)電機(jī)和變壓器發(fā)出有節(jié)奏的轟鳴聲。

(2)連接失去同步的發(fā)電機(jī)或系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線上的電流和功率擺動(dòng)得最大。電壓振蕩最激烈的地方是系統(tǒng)振蕩中心，每一周期約降低至零一次。

(3)失去同期的電網(wǎng)，雖有電氣聯(lián)系，但仍有頻率差出現(xiàn)，送端頻率高，受端頻率低并略有擺動(dòng)。

同步振蕩——其系統(tǒng)頻率能保持相同，各電氣量的波動(dòng)范圍不大，且振蕩在有限的時(shí)間內(nèi)衰減從而進(jìn)入新的平衡運(yùn)行狀態(tài)。

低頻振蕩——在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)經(jīng)輸電線路并列運(yùn)行時(shí)，在負(fù)荷突變等小擾動(dòng)的作用下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間會(huì)發(fā)生相對搖擺，這時(shí)電力系統(tǒng)如果缺乏必要的阻尼就會(huì)失去動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。由于電力系統(tǒng)的非線性特性，動(dòng)態(tài)失穩(wěn)表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的持續(xù)的振蕩，同時(shí)輸電線路上功率也發(fā)生相應(yīng)的振蕩，影響了功率的正常輸送。由于這種持續(xù)振蕩的頻率很低，一般在0.2～2.5HZ之間，故稱為低頻振蕩。

低頻振蕩產(chǎn)生的原因是由于電力系統(tǒng)的負(fù)阻尼效應(yīng)，常出現(xiàn)在弱聯(lián)系、遠(yuǎn)距離、重負(fù)荷輸電線路上，在采用現(xiàn)代、快速、高放大倍數(shù)勵(lì)磁系統(tǒng)的條件下更容易發(fā)生。

所謂阻尼就是阻止擾動(dòng)，平息振蕩。同步發(fā)電機(jī)阻尼繞組作用：發(fā)電機(jī)阻尼繞組在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組外疊加的一個(gè)短路鼠籠繞環(huán)，其作用相當(dāng)于一個(gè)隨轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的鼠籠異步電機(jī)，對發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定起調(diào)節(jié)作用。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)由于定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場是同步旋轉(zhuǎn)的，因此阻力繞組沒有切割磁通因而沒有感應(yīng)電流。當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)擾動(dòng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于定子磁場的轉(zhuǎn)速時(shí)，阻尼繞組切割定子磁通產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在阻尼繞組上產(chǎn)生的力矩使轉(zhuǎn)子加速，二則轉(zhuǎn)差越大則此力矩越大，加速效果越強(qiáng)。

而負(fù)阻尼恰恰相反。勵(lì)磁裝置的負(fù)阻尼，是指勵(lì)磁裝置對于系統(tǒng)功角擺動(dòng)所作出的調(diào)節(jié)作用，會(huì)加大這種擺動(dòng)，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。PSS 勵(lì)磁附加控制器，是一種附加反饋控制，即在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，除了引入發(fā)電機(jī)端電壓作為主要控制信號(hào)外，再引入一個(gè)超前附加控制信號(hào)，作用于調(diào)節(jié)器，改變勵(lì)磁輸出，使整個(gè)勵(lì)磁裝置產(chǎn)生正阻尼轉(zhuǎn)矩，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

電力系統(tǒng)低頻振蕩在國內(nèi)外均有發(fā)生，通常出現(xiàn)在遠(yuǎn)距離、重負(fù)荷輸電線路上，或者互聯(lián)系統(tǒng)的弱聯(lián)絡(luò)線上，在采用快速響應(yīng)高放大倍數(shù)勵(lì)磁系統(tǒng)的條件下更容易出現(xiàn)。一般認(rèn)為，發(fā)生低頻振蕩的主要原因是，現(xiàn)代電力系統(tǒng)中大容量發(fā)電機(jī)的標(biāo)幺值電抗增大，造成了電氣距離的增大，再加之遠(yuǎn)距離重負(fù)荷輸電，造成系統(tǒng)對于機(jī)械模式(其頻率由等值發(fā)電機(jī)的機(jī)械慣性決定)的阻尼減少了;同時(shí)由于勵(lì)磁系統(tǒng)的滯后特性，使得發(fā)電機(jī)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的阻尼轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致低頻振蕩的發(fā)生。采用勵(lì)磁控制系統(tǒng)的附加控制構(gòu)成的PSS 或其他方式，可以補(bǔ)償負(fù)的阻尼轉(zhuǎn)矩，抑制低頻振蕩。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)是附加于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制手段。隨著自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，PSS附加控制更成為勵(lì)磁系統(tǒng)不可缺少的功能之一。好的PSS附加控制能夠增加弱阻尼或負(fù)阻尼勵(lì)磁系統(tǒng)的正阻尼，能夠有效的抑制電力系統(tǒng)低頻震蕩，從而提高發(fā)電機(jī)組(線路)的最大輸出(傳輸)能力。

電力系統(tǒng)振蕩的預(yù)防：提高穩(wěn)定水平

電力系統(tǒng)的振蕩在小系統(tǒng)內(nèi)是比較常見的，在大系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的很少。但它的危害也是比較可怕的，是必須要預(yù)防的!

在小系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生較多，主要是在小系統(tǒng)內(nèi)有很多不很穩(wěn)定的負(fù)荷，系統(tǒng)內(nèi)的電站都比較小，在它的負(fù)荷發(fā)生較大的變化時(shí)很難使系統(tǒng)穩(wěn)定，也很可能發(fā)生震蕩。

在小系統(tǒng)內(nèi)有時(shí)有的設(shè)備的安裝不合也有可能引起系統(tǒng)的振蕩。如開關(guān)處安的阻容吸收器大小的不合適而引起了一次系統(tǒng)的小小振蕩。

電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩的處理方式

若發(fā)生趨向穩(wěn)定的振蕩,即愈振蕩愈小,則不需要什么操作,做好處理事故的思想準(zhǔn)備就行.若造成失步,則要盡快創(chuàng)造恢復(fù)同步的條件。

1、增加發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。對于有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī),在1min內(nèi)不得干涉自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器和強(qiáng)勵(lì)裝置的動(dòng)作,對于無自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī),則要手動(dòng)增加勵(lì)磁。增加勵(lì)磁的作用,是為了增加定轉(zhuǎn)子磁極間的拉力,以消弱轉(zhuǎn)子的慣性作用,使發(fā)電機(jī)較宜在到達(dá)平衡點(diǎn)附近時(shí)被拉入同步。

2、若是一臺(tái)發(fā)電機(jī)失步,可適當(dāng)減輕其有功出力,即關(guān)小水輪機(jī)導(dǎo)葉,這樣容易拉入同步,這好比減小轉(zhuǎn)子的沖勁.若是系統(tǒng)的兩個(gè)部分失去同步,則每個(gè)電廠要根據(jù)實(shí)際情況增加負(fù)荷或減少負(fù)荷,因?yàn)檫@時(shí)送端系統(tǒng)的頻率升高,受端系統(tǒng)的頻率降低,頻率低的電廠應(yīng)該增加有功出力,同時(shí)將電壓提高到最大允許值,頻率高的電廠應(yīng)該減少有功出力,以降低頻率盡量接近于受端的頻率,同時(shí)也要將電壓提高到最大允許值?？傊?增加勵(lì)磁是必須的。

3、按上述方法出力1-2min后仍未進(jìn)入同步,則需要將失步發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列,或者按調(diào)度要求,將兩個(gè)非同步的系統(tǒng)解列。

發(fā)電機(jī)裝設(shè)了快速勵(lì)磁系統(tǒng)，或者與電力系統(tǒng)間的聯(lián)系很弱，會(huì)引起發(fā)電機(jī)對電力系統(tǒng)的自發(fā)振蕩這類靜態(tài)不穩(wěn)定。