發電廠電力系統的暫態穩定性及廠用電系統運行的分析

邢艷鵬

(黑龍江省龍煤礦業工程設計研究院有限公司，黑龍江 七臺河 154600)

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發電廠電力系統的暫態穩定性及廠用電系統運行的分析

邢艷鵬

(黑龍江省龍煤礦業工程設計研究院有限公司，黑龍江 七臺河 154600)

分析了電力系統暫態穩定性的等值電路和功率特性，以及廠用負荷的運行方式、機械設備負荷之間的聯鎖、電接線的基本形式等。提出了提高電力系統暫態穩定性的措施及對發電廠廠用電接線的要求。

發電廠；電力系統；暫態穩定性；用電系統運行

1 發電廠電力系統的暫態穩定性

在發電廠電力系統的各種干擾因素中，短路故障最為危險。在分析電力系統的暫態穩定性時，必須按安全和經濟兩方面綜合考慮各種故障的影響。從安全運行方面分析，要求系統能夠承受住嚴重的短路故障。由于運行時某些故障發生的概率較少，要使系統能經受這種故障的干擾而不失去穩定運行，必然會增加較多投資。按電力系統多年運行中積累的統計資料的分析結果，在相關規程中規定了在電力系統發生故障時，必須保證系統并列運行的穩定性。首先，220 kV及以上電壓等級單回線路的瞬時單相接地故障，或雙回線路永久性單相接地故障。其次，110 kV輸電線路的瞬時兩相接地短路故障。再次，110 kV以下電壓等級輸電線路的瞬時三相短路故障。發電廠設有母線差動保護時，母線的兩相接地短路故障。

1.1 電力系統暫態穩定性的等值電路和功率特性分析

電力系統中發生三相短路時，相當于把電源經短路總阻抗短接。此時，電源送出的短路電流到達短路點，電源所供的功率將消耗在電源至短路點之間的各元件上，不能越過短路點送至受電端。所以，會引起受電端功率的不平衡，直接威脅系統的穩定運行。若電力系統中出現不對稱短路，同樣會影響發電機的輸出功率，破壞電力系統的功率平衡，威脅電力系統的穩定運行。

1.2 提高發電廠電力系統暫態穩定性的措施

第一，選用快速繼電保護裝置和高速斷路器。要快速切除故障，提高繼電保護裝置和斷路器的動作速度。目前，已經能做到在短路發生后0.06 s切除故障，其中繼電保護裝置動作時間為0.02 s，斷路器跳閘時間為0.04 s。第二，裝設自動重合閘裝置。電力系統中的故障絕大多數為線路的短路故障，特別是高壓架空輸電線路的短路故障多為瞬時性，自動重合閘裝置動作的成功率很高。在提高供電可靠性的同時，由于改變了系統的功角特性，因此，提高了系統暫態穩定性。第三，采用強行勵磁裝置。強行勵磁裝置在電力系統發主故障后，必須增加發電機輸出的電磁功率，以提高電壓穩定性。同時，強行勵磁裝置動作后改變發電機的功角特性曲線，使加速面積減小，而增加最大減速面積，使發電機暫態穩定性提高。第四，采用快速控制調速汽門。當電力系統發生故障后，發電機組因有過剩功率加速時，汽輪機控制系統將作出調整調速汽門的判斷，迅速調節調速汽門開度，減小汽輪機輸入功率，提高系統的暫態穩定性。第五，減小系統阻抗。在發電廠與系統之間的總阻抗中，遠距離輸電線路的阻抗所占比例較大，若能夠減少其阻抗值，能使發電機輸出功率增加，可提高暫態穩定性。

2 發電廠廠用電系統及其運行

2.1 對發電廠廠用電接線的要求

第一，供電可靠、運行靈活。必須按電廠的容量和重要性，對廠用負荷連續供電給予保證，并在日常、事故、檢修等各種條件下都能滿足供電要求。機組啟停、事故、檢修等條件下的切換操作要方便、省時，出現全廠停電時，可以盡快從系統取得啟動電源。第二，接線簡單清晰、投資少、運行費低。由可靠性分析證明，過多的備用元件會使接線復雜，運行操作復雜，故障率多，投資運行費高。第三，廠用電源的對應供電性、接線的整體性設置足夠交流事故保安電源。

2.2 發電廠廠用負荷的運行方式

廠用負荷按其所對應機電設備的工作特點的不同，有連續、短時、斷續、經常和不經常等幾種。運行中要按廠用負荷運行方式的不同，分別確定巡視與維修的要求。

2.3 發電廠廠用機械設備負荷之間的聯鎖

發電廠廠用機械設備負荷之間的聯鎖，是指在電廠生產過程中，按生產的需要，當某個機械設備投入或退出運行時，要求相應的機械設備也必須相應改變其工作狀態。例如:工作水泵事故跳閘或水泵出口壓力降低時，要求聯鎖裝置必須使備用水泵自動投入。廠用機械設備負荷之間的運行與備用聯鎖要求，在電動機的二次控制回路中或DCS系統中采用不同的控制接線來實現。

2.4 發電廠高壓廠用電接線的基本形式

在火電廠中，輔助設備多、用電量大，為了提高廠用電供電可靠性，廠用電系統接線通常采用單母線接線，把廠用各獨立母線段分別由工作電源和備用電源供電，裝設備用電源自動投入裝置。發電廠廠用母線按爐分段的優點: A.廠用電動機接在同一段母線上，既便于管理又方便檢修。B.可使廠用母線事故影響范圍局限在一機一爐，不致過多干擾正常機組運行。C.廠用電回路故障時，短路電流較小，可使用成套的高低壓開關柜和配電箱。輔助設備的工作電源與備用電源應分別取自不同的母線段，正常運行時不允許并列運行(同期并列操作例外)，各分段的母線上負荷盡可能分配均勻。在生產過程中相互關聯的設備應使用由本機組直接供電的廠用電源。

2.5 低壓廠用電系統

380 V低壓系統為中性點直接接地系統，在發生單相接地故障時，中性點不出現位移，保護裝置馬上跳閘，電動機停轉。大機組電廠低壓廠用電系統現廣泛采用PC- MCC接線。在以往發電廠中，由于采用的設備可靠性低，一旦設備出現故障，會造成廠用電部分或全部消失。所以，為了獲得較高的可靠性，不得不采用如:低壓廠用備用變壓器、增加廠用母線段之間的聯絡線等，導致廠用電接線復雜。隨著新建發電廠設備制造水平的提高，設備本身可靠性也高，所以，廠用電接線設計為簡單接線，保證供電可靠性，有利于發電廠的自動控制。在低壓廠用變壓器的配置上，低壓廠用工作變壓器、低壓廠用公用變壓器都是成對設置，采用互為備用方式，可不另設專用的備用變壓器。每臺機裝設一臺低壓公用變壓器，供給機組的公用負荷，兩臺公用變壓器互為備用。廠區輸煤變壓器、除灰變壓器、水泵房變壓器、循環水變壓器都成對設置，采用互為備用的方式。

2.6 發電廠廠用電壓水平校驗及電壓調整

發電廠的廠用電動機多采用直接啟動方式啟動。電動機啟動電流較大，會導致啟動時母線電壓降低。由于異步電動機的轉矩在頻率不變條件下與外加電壓成正比，如果電壓過低，就會使啟動時間過長，由于發熱與溫升的影響對電動機不利，啟動時間過長還要影響其他負荷的正常供電。所以，電動機啟動時電源電壓不得太低。為保證廠用負荷電動機自啟動，必須進行電動機自啟動電壓校驗。

第一，電動機正常啟動。電動機在正常啟動時，通常是逐臺啟動。對容易啟動的電動機啟動，要求廠用母線電壓高于額定電壓的70%。對啟動非常困難的電動機啟動，如果制造廠有明確合理的啟動電壓要求時，應滿足制造廠的要求。第二，成組電動機自啟動電壓檢驗。為保證發電機組的安全可靠運行，一般應保證一類負荷的電動機都能可靠自啟動。在實際生產運行中，廠用母線突然失去電壓后，電動機仍處于惰走狀態，經較短的時間間隔即可恢復供電。這時，電動機都還具有較高的轉速，容易啟動，因此，對廠用母線電壓的最低允許值，要求較單個電動機正常啟動時的電壓值低。如果高壓廠用母線無電動機啟動，只有低壓廠用母線上的電動機啟動，即只有低壓電動機單獨自啟動的情況，在低壓單個或成組電動機啟動時，為保證電動機可靠啟動，要求母線電壓不低于額定電壓的50%。第三，電壓調整。高壓備用變壓器采用有載調壓分裂變壓器，其高壓電源由220 kV系統引接，220 kV系統電壓變化范圍為220 kV～242 kV，6 kV母線電壓要求不超過額定電壓值的±5%。最嚴重情況為:電源電壓最高(242 kV)，高壓備用變壓器空負荷；電源電壓最低(220 kV)。

[1] 熊信銀.電力系統工程基礎[M].武漢:華中科技大學出版社，2016.

[2] 譚紹瓊，周秀珍.火電廠電氣設備及其系統[M].北京:中國電力出版社，2016.

Transient stability of power plant power system and analysis of operation of auxiliary power system

XING Yan-peng

(Heilongjiang Longmay Mining Engineering Design and Research Institute Co., Ltd., Qitaihe 154600, China)

The equivalent circuit and power characteristics of power system transient stability, the operation mode of auxiliary load, the interlocking of mechanical equipment load and the basic form of electrical connection are analyzed. The measures to improve the transient stability of the power system and the requirements for auxiliary electrical wiring are put forward.

Power plant; Power system; Transient stability; Power system operation

2017-02-27

邢艷鵬(1981-)，男，助理工程師。

TM31

B

1674-8646(2017)10-0128-02