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1、浅谈电力系统运行稳定性的提高 摘要： 本文主要研究了电力系统发生系统性事故的原因、事故发展过程的规律、 促使造成事故的环境因素等。同时，在对电力系统进行深入分析的基础上从电 网结构的合理性、继电保护、自动装置等几个方面进行分析考虑，并拟定出有 效地防止事故的措施，以达到提高电力系的统稳定性的目的。 关键词：电力系统；稳定性；提高 引言： 随着大规模联合电力系统的出现，系统的结构和运行方式越来越复杂、多 变，特别是很多远距离大功率输电路和电力系统间弱联系的出现，增加了发生 系统事故和导致大面积停电的几率。所以提高当前电力系统运行的稳定性有着 十分重要的意义。 为了避免电力系统事故的发生和发展，需
2、要仔细研究发生系统性事故的原 因、事故发展过程的规律、促使造成事故的环境因素等。同时，在对电力系统 进行深入分析的基础上提出了有效地防止事故的措施。 大规模联合电力系统运行的稳定性问题，就成为影响整个电力系统安全、 可靠运行的重要因素。 电力系统稳定破坏的主要表现形式是：并列运行的发电机组失步；频率持 续严重降低造成系统频率崩溃；电压持续严重降低造成电压崩溃。 系统内出现大干扰的原因是多种多样的，归纳起来大致有以下3类：一是 负荷的突然变化，例如切除或投入大容量的用电设备；二是切除或投入电力系 统的某些大型元件，例如发电机组、变压器、输电线路等；三是电力系统内发 生短路故障。在上述3类情况中，
3、短路故障是最危险的，所以主要应考虑这种 情况。对于中性点直接接地的系统，要考虑以下几种短路情况：单相接地短路； 两相短路；两相接地短路；三相短路。针对事故起因和发展的特点，为提高电 网安全运行水平，应从以下几个方面考虑。 1电网结构的合理性 电力系统是根据电源和负荷的增长逐步发展起来的，从简单到复杂、从不 完善到完善，所以出现了一些单回大环网和高低压电磁环网等不可靠和不合理 的电网结构。因此，在事故情况下容易使电力系统失去稳定，导致严重的大面 积停电后果。所以根据规定的可靠性准则，从确保电力系统安全性和经济性出 发，考虑电力系统的现状和发展，使其具有合理的电源配置和电力系统结构、 完备的技术和
4、措施以及良好的技术和经济性能，保证在各种预期的运行方式和 事故情况下，才能保证电力系统安全稳定运行。1.1加强受端系统结构 受端系统的最高等级电压的主干电网应及早形成。加强受端主干网，特别 是220 kV以上电压电网的联系，一方面缩短电气距离，减小受端系统等值电源 的阻抗，并使之有足够的转动惯量；另一方面，改善受端系统内部的网络结构， 提示受端系统运行的灵活性和可靠性以及抗事故的能力。这样，使受端系统在 其他外部发生故障或振荡时能维持足够高的电压，同时使受端系统中所有同步 电机在任何情况下都成为一个同步运行的整体，以保证受端系统安全供电。 1.2电源的合理接入 一定规模的发电厂应根据发电厂的规
5、划容单机容量、送电距离和送电容量 以及其在电力系统中的地位和作用，直接接入相应一级的电网。一般可按分区 的原则将电源接入主电力系统。而且在考虑电网结构时，要注意分散外接电源， 以避免在严重事故情况下因负荷转移而使事故连锁扩大。所以，每个输送到受 端系统的电源支路的传输功率与系统总功率比重不能过大。 1.3合理选择送端系统结构 合理选择送端系统结构主要是加强发电厂和地区电网的联系和多个发电厂 间的联系。 （1）为了简化电力系统的结构，提高电力系统稳定水平，节约投资，主力 发电厂可不设高压母线，采用发电机变压器线路串联的单元式接线直接接 入枢纽变电所，这是分散电源的一种形式。这样即使短路发生在一个
6、单元的发 电机母线侧，也不会影响到其他单元。 （2）应该避免几组送电线路在电源侧互联。 （3）在电力系统中应避免大环网或高低压电磁环网向负荷中心送电。 1.4合理的有功功率备用容量 电力系统运行的特点之一是电能不能大量地、廉价地储存。在任何时刻， 发电机发出的功率等于此时系统综合负荷与各元件功率损耗之和。电力系统运 行可靠性要求在电力系统中各发电厂有足够的有功功率备用，以保持电力系统 经常能在额定功率下运行。有功功率的备用包括负荷备用容量、事故备用容量、 检修备用容量。 1.5合理的无功功率容量及备用 电力系统中无功功率不足时，会引起系电压的下降，无功功率严重不足时， 会引起系统电压的稳定性遭
7、到破坏。无功电源的分布要合理，一方面应避免无 功功率的长距离交换，另一方面不允许最大负荷时有地区间不平衡的现象。无 功功率的平衡不仅要考虑系统总的无功功率的平衡，而且还要考虑分地区的无 功功率的平衡。为了防止电压崩溃，应考虑系统有足够的无功功率容量及备用，以保证电 力系统各枢纽点电压在正常和事故后均能满足运行的需要。无功功率备用容量 一般为无功负荷的78，通常将无功备用容量放在发电厂内。 2、继电保护和自动装置对电力系统稳定的作用 在电力系统中，安全自动装置的使用，可以提高供电的可靠性和稳定性， 防止事故扩大和对重要地区的破坏性停电，并在故障切除后能够快速恢复供电， 从而保证电力系统的安全运行
8、。继电保护也是一种自动装置，它通过反映电力 系统中电气设备故障或不正常的工作状况而作用于断路器跳闸或发出信号，它 是保证电力系统安全运行的重要措施之一。当电力系统发生短路故障时，继电 保护装置应能自动控制地、快速地、有选择性地将故障设备从电力系统中切除， 减轻故障设备的损坏程度和对邻近地区供电的影响，从而维护电力系统运行的 稳定性和安全性。 2.1快速遮断 在电力系统中发生故障等扰动时，快速开关在12个周期内把故障点快速 断开，可以抑制发电机的加速，从而提高电力系统的暂态稳定性。 22快速切机及解列 由于短路故障或输电线路断开而使送端发电机的电磁功率突然减少时，为 了不使发电机加速而失去暂态稳
9、定性，可以迅速切除部分送端发电机组，通常 采用在输电线路断路器断开时连锁切机的办法，使其余机组坳机输入功率和输 出功率尽可能平衡，以抑制发电机转子的加速，使暂态稳定性得以提高。 2.3自动重合闸 由于电力系统的故障，特别是高电压等级的输电线路，绝大多数是瞬时性 的故障，采用自动重合闸装置，在故障发生后，由继电保护装置启动断路器， 将故障线路切除，待故障消除后，又自动将线路投入运行，以提高供电的可靠 性。 2.4采用制动装置 （1）电气制动。所谓电气制动，就是当系统发生故障、发电机的输出功率 急剧减小、发电机因功率过剩而加速时，迅速投入自动电阻，额外消耗发电机 的有功功率，以抑制发电机组加速，提
10、高电力系统的暂态稳定。 （2）机械制动。电气制动是增大发电机的电磁功率、间接地实现制动来提 高电力系统的暂态稳定性。而机械制动则是直接在发电机组的转轴上施加制动 力矩、抵消机组的机械功率来提高系统的暂态稳定性。 2.5快速关闭主汽门现在大容量汽轮发电机组都是高温、高压、具有中间再热的机组，而且都 配置了反应较快的阀门控制系统。因此，这种机组能够方便地做到快速调节汽 轮机对发电机的输入功率，以适应系统发生故障时发电机输出功率的降低，从 而减缓了发电机组在故障期间的加速，达到提高系统稳定性的目的。采用这种 措施，可以在故障后不切机的情况下，抑制发电机的加速，使系统保持第一振 荡周期的稳定，同时，在
11、故障排除后能很快地恢复到原来的出力。 2.6自动调节励磁控制 在系统发生故障或干扰时，快速励磁控制系统迅速捕捉到发电机端电压等 的变化信息，并对之加以控制，这样来抑制发电机相位角的摇摆，提高系统稳 定性。自动调节励磁装置的投资在整个系统投资中占的比重极小。 2.7切负荷 在受端系统发生功率亏缺时，切除部分负荷是维持系统稳定、防止频率崩 溃的重要措施。一般采用按频率减负荷装置（低频减载）。 3、加强稳定管理 在电力系统的实际运行中，事故的发生和发展往往与电力系统的运行方式 （包括实际的接线方式）有很大的关系。根据我国稳定破坏的事故统计来看， 其中与运行管理有关的事故，20世纪70年代占事故总数的
12、72，80年代占 59.5。所以，为了保证系统安全运行，应该对实际运行的电力系统的结构和 运行方式进行几天以至几周的合理安排，并结合安全运行导则的规定和运行经 验及具体环境条件，对各种预想事故进行离线和在线安全分析，并规定出一系 列的处理方法。 稳定工作是一种综合性的工作，它不仅是运行部门的工作，也与发电、输 电、变电、继电保护、通信、自动化等多种专业有着紧密联系，稳定工作贯穿 在电网规划、系统设计、设备制造及基建施工直到运行调度的全过程。稳定运 行管理工作的主要内容是：组织好稳定工作专业讨论，交流管理经验，研究稳 定问题，制定或修改有关规章制度；组织并进行稳定计算，以便及时发现新问 题，掌握
13、电网的新特点，及时提供保稳定的措施；加强继电保护和自动装置的 专业管理；制定并落实稳定措施。 4、建立最后一道防线 为了防止大面积停电，必须建立好安全稳定的最后一道防线。在系统设计 和运行中，必须考虑电力系统发生稳定破坏的因素，并为之采取预防措施，使 其对电力系统的影响最小，关键是要考虑最坏的情况，这是一个根本性的战略 措施。事先有了防范措施，就可能使电力系统避免走向崩溃瓦解。建立应付失去稳定性的措施，是保证电力系统安全稳定运行的最后一道防线。现代电力系 统的稳定措施越来越受到重视，发生稳定破坏的次数日趋减少，但稳定破坏的 后果越来越严重，所以建立最后一道防线的意义也更为重大。防止系统崩溃的
14、方法如下： （1）在规划电网结构时，应实现合理的分层分区原则；运行中的电力系统 必须在适当地点设置解列点，并装设自动解列装置。当主系统发生稳定破坏时， 能够有计划地将系统迅速而合理地解列为供需尽可能平衡而各自保持同步运行 的两个或几个部分，防止系统长时间不能拉入同步或造成系统瓦解，扩大事故。 （2）电力系统必须考虑可能发生的最严重事故情况并配合解列点的安排， 合理安排自动低频减负荷的顺序和所切负荷数值。当系统全部或解列后的局部 出现功率缺额时，能够有计划地按频率下降情况自动减去足够数量的次要负荷， 以保证重要负荷的不间断供电。 （3）在负荷集中的地区，如有必要应考虑当运行电压降低时，自动或手动
15、 切除部分负荷，或有计划解列，以防止发生电压崩溃。 结束语： 在现代化的电力系统中，保证电力系统安全供电已成为电力系统正常运行 的首要问题，也就是要求电力系统能以合格的电能对用户连续供电。但由于各 种客观和主观因素的影响，使电力系统经常出现一些干扰和事故。通过采用以 上介绍的安全运行举措，就可以在一定程度上提高电力系统的安全稳定运行水 平，减少出现事故的几率，并在出现事故后，能够依靠电网本身的抗干扰能力、 继电保护和自动装置的正确动作以及运行人员的控制和操作，使事故得到及时 处理，尽量缩小事故的范围及其所带来的影响和损失，并在事故后尽快平稳地 恢复供电。 参考文献： 【1】 腾福生.电力系统调度自动化和能量管理系统.四川大学出版社。 【2】 刘天琪.现代电力系统分析理论与方法.北京：中国电力出版社， 2007。 【3】 贺家李.电力系统继电保护原理.北京：中国电力出版社。 【4】 何仰赞，温增银. 电力系统分析.华中科技大学出版社。 【5】 李先彬. 电力系统自动化（第三版）北京:中国电力出版社。 【6】 王显平.电力系统故障分析北京:中国电力出版社
