摘 要:論文分析了用于防止電壓崩潰的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行措施，以某煉化公司電站為案例進(jìn)行典型事例分析，最后分析了系統(tǒng)電壓波動原因分析和解決方案。

關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng)，電壓崩潰，無功控制，靜止無功發(fā)生器

電力系統(tǒng)是一個(gè)非線性動態(tài)系統(tǒng)，電壓穩(wěn)定是電力系統(tǒng)穩(wěn)定的一個(gè)方面。無功供給不足將導(dǎo)致電壓失穩(wěn)。

一、電壓穩(wěn)定及電壓崩潰的定義

所謂電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)各母線電壓在正常和受擾動后的動態(tài)過程中被控制在額定電壓的允許偏差范圍內(nèi)的能力。在電力系統(tǒng)中，人們把因擾動、負(fù)荷增大或系統(tǒng)變更后造成大面積、大幅度電壓持續(xù)下降，并且運(yùn)行人員和自動系統(tǒng)的控制無法終止這種電壓衰落的情況稱之為電壓崩潰。這種電壓的衰落可能只需幾秒鐘，也可能長達(dá)10~20min，甚至更長，電壓崩潰是電壓失穩(wěn)的最明顯的特征，它會導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解。而所謂的電壓安全性是指在出現(xiàn)任何適當(dāng)而又可信的預(yù)想事故或有害的系統(tǒng)變更后，系統(tǒng)維持電壓穩(wěn)定的能力。綜觀國內(nèi)外的電網(wǎng)電壓崩潰事故的發(fā)生和發(fā)展過程，從根本原因看，電壓失穩(wěn)歸因于系統(tǒng)不能滿足無功功率需求的增加。典型的電壓崩潰過程可以描述為：在電力系統(tǒng)發(fā)生擾動后，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵和負(fù)荷需求的減少，系統(tǒng)能夠保持電壓穩(wěn)定之后，有載調(diào)壓變壓器OLTC 的連續(xù)調(diào)節(jié)使負(fù)荷電壓和功率得到恢復(fù)，同時(shí)OLTC原電壓下降，電流上升，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)無功功率越限，發(fā)電機(jī)無功功率越限的連鎖反應(yīng)使得負(fù)荷電壓急劇下降，這又使得補(bǔ)償電容器輸出的無功減少，以及電動機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)而吸收更多的無功，從而引起附近的電動機(jī)堵轉(zhuǎn)以及電容器端電壓的進(jìn)一步下降，如此惡性循環(huán)最終導(dǎo)致了電壓急劇下降，出現(xiàn)電壓崩潰。

二、防止電壓崩潰的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)合理選取補(bǔ)償設(shè)備的大小、額定值和補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn);

(2)電網(wǎng)電壓和發(fā)電機(jī)無功輸出的綜合控制，在正常運(yùn)行中要備有一定的可以瞬時(shí)自動調(diào)出的無功功率備用容量;

(3)保護(hù)控制設(shè)備和電力系統(tǒng)的要求之間協(xié)調(diào);

(4)正確使用有載調(diào)壓變壓器;

(5)完善低電壓自動聯(lián)切負(fù)荷設(shè)備;

(6)運(yùn)行中保證系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度;

其中：合理選取補(bǔ)償設(shè)備的大小、額定值和補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)和補(bǔ)償方法，電網(wǎng)電壓和發(fā)電機(jī)無功輸出的綜合控制，安裝足夠容量的無功補(bǔ)償設(shè)備,這是做好電壓調(diào)整，防止電壓崩潰的基礎(chǔ)。隨時(shí)校正正常負(fù)荷變化引起的電壓變化，需要一定的調(diào)節(jié)手段，而為了滿足事故緊急控制的需要，所要求的無功補(bǔ)償容量還必須能快速投入使用。在正常運(yùn)行中要備有一定的可以瞬時(shí)自動調(diào)出的無功備有容量。不同的無功補(bǔ)償設(shè)備有不同的調(diào)節(jié)性能要求和不同的用途，如在由受端系統(tǒng)端的短路電流水平很低的電網(wǎng)中，樞紐變電所中裝設(shè)靜止補(bǔ)償器(SVC)往往不能起到預(yù)期的作用，在系統(tǒng)故障后的動態(tài)擺動過程中，支持受端系統(tǒng)側(cè)電壓的作用。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)ACTS 技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，其中新型靜止無功發(fā)生器ASVG，具有響應(yīng)速度快，可以在從感性到容性的整個(gè)范圍中進(jìn)行連續(xù)的無功調(diào)節(jié)，特別是在欠壓條件下仍可有效地發(fā)出無功功率，在系統(tǒng)對稱運(yùn)行條件下所需儲能電容容量較小，從而可以減小裝置體積等優(yōu)點(diǎn)，得到了電力工業(yè)界越來越大的關(guān)注。發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的負(fù)荷補(bǔ)償可調(diào)節(jié)其高壓側(cè)或通過升壓變壓器的一部分無功。在很多情況下，縮短了恒定電壓點(diǎn)同負(fù)載的電氣距離，有利于提高電壓穩(wěn)定性。另外，勵磁控制的二級控制也可用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)局部電壓。提高電壓安全性的緊急無功補(bǔ)償電源的最優(yōu)配置地點(diǎn)的選擇，對于事故緊急無功補(bǔ)償控制效果影響很大，根據(jù)電壓崩潰的機(jī)理，將電網(wǎng)的電壓弱節(jié)點(diǎn)作為緊急無功補(bǔ)償電源的配置點(diǎn)是比較直接的方法，在無功電源規(guī)劃中應(yīng)用的也較多。當(dāng)然也有其它選擇配置地點(diǎn)的方法，例如將先導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的概念應(yīng)用到電力系統(tǒng)無功配置的規(guī)劃研究中，選擇目標(biāo)為保證系統(tǒng)受擾動后所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓偏移最小，并給出了易于實(shí)現(xiàn)的先導(dǎo)節(jié)點(diǎn)選擇算法。電力系統(tǒng)電壓調(diào)整器(PSVR)的應(yīng)用將明顯提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。

三、典型事例分析

2006 年某煉化公司電站2# 發(fā)電機(jī)由于主氣門不正常關(guān)閉無法正�；謴�(fù)，被迫緊急停車。8 分鐘后1# 發(fā)電機(jī)也因低電壓跳閘。造成兩臺發(fā)電機(jī)全部跳閘的嚴(yán)重后果。這是一起典型的電力系統(tǒng)無功不足的電壓崩潰事故。電氣微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)記錄如下:

1.1# 發(fā)電機(jī)7UM622(見表一)

表1 分析說明:

(1)1# 發(fā)電機(jī)跳車時(shí)發(fā)電機(jī)發(fā)出69.44MW 有功功率，從系統(tǒng)吸收59.74MVAR 無功功率。

(2)1# 發(fā)電機(jī)端口電壓下降至4.23kV(約為正常時(shí)的67%，保護(hù)定值為75%、35;65V、0.55跳閘)

(3)4、5、6 項(xiàng)保護(hù)動作情況說明此時(shí)1# 發(fā)電機(jī)端口系統(tǒng)發(fā)生了系統(tǒng)振蕩，電流、電壓波動較大。

2.1# 發(fā)電機(jī)7UM622 保護(hù)內(nèi)波形圖

從波形分析，保護(hù)裝置錄波啟動后600ms 時(shí)電壓己下降至4.72kV(75%左右)，1100ms 時(shí)下降至4.41kV(70%左右)，說明系統(tǒng)電壓波動明顯。

四、系統(tǒng)電壓波動原因分析

(1)說明在2# 發(fā)電機(jī)停車后，電站系統(tǒng)無功功率大量不足，從外系統(tǒng)吸收大量無功功率。

(2)2# 發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)還發(fā)有37.29MVAR 無功功率，瞬時(shí)的停機(jī)對系統(tǒng)造成較大波動，引起1# 發(fā)電機(jī)端口出現(xiàn)系統(tǒng)振蕩、波動。

(3)1# 發(fā)電機(jī)在2# 機(jī)停機(jī)后，有功功率出現(xiàn)波動，從數(shù)據(jù)顯示最大值達(dá)69.44MW，此時(shí)1# 機(jī)受總視在功率75MVA 限制，無功無法達(dá)到最大出力，限制了1# 發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵倍數(shù)，所以從1#發(fā)電機(jī)功率曲線分析，1# 發(fā)電機(jī)無功功率有明顯上揚(yáng)(均達(dá)10MVAR)，但上升后明顯無法維持穩(wěn)定運(yùn)行。

(4)所以說明在2# 發(fā)電機(jī)停機(jī)后電站系統(tǒng)出現(xiàn)無功功率嚴(yán)重不足，電壓明顯下降，此時(shí)1# 發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵動作，但受總能力所限，無法維持發(fā)電機(jī)端口電壓在正常水平，引起發(fā)電機(jī)低電壓保護(hù)動作跳閘。

五、解決方案

在電站一臺發(fā)電機(jī)跳車情況下，總變兩臺主變壓器電流最大均達(dá)到150A(額定電流為316A)，基本達(dá)到半負(fù)荷運(yùn)行。有載調(diào)壓機(jī)構(gòu)自動閉鎖，無法通過變壓器分接頭優(yōu)化控制達(dá)到調(diào)整電壓的目的。由于公司備用無功均采用手動操作的水平，在事故狀態(tài)下，無法及時(shí)調(diào)整。由此，采用了新型靜止無功發(fā)生器(ASVG)和電力系統(tǒng)電壓調(diào)整器(PSVR)的無功/ 電壓控制策略，作為提高系統(tǒng)可靠性的改進(jìn)方案。

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