电力系统非同步振荡事故浅1.docx

［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EUP 二 d sm 5X工d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 (5 )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：图 3 功率特性曲线图中P］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6，运行点沿p2向c点突变至b点，相对 速度3 -3 0,功率角6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，6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 所示若故障切除较晚，＆继续增大，将导致系统失步，如图 5 所示tt2、电流、电压的变化我们以图 6 为例说明振荡时电流、电压的变化图6如以电势E为参考，使其相位为零，则E =E在系统振荡时，M M . N可认为N侧系统等值电势E围绕E旋转或摆动，因为E落后于EN M N M的角度6在0度到360度之间变化。

E = E e-j6NM由 M 侧流向 N 侧的电流 I 为Em - E= M N—Z + Z + Z ML1 一 Ne - j5EM X EZ + Z + Z mMLN11 Z111Z + Z + ZMLN=y e - j511h=佇表示两侧系统电势幅值之比则EM=EMY11（1-he 一 j）E - E M N——Z + Z + ZMLN设以 E. 为参考向量， E. = E 则MMI = I e - j（a-e）MMI = E y v'1 + h2 + 2h cos5M M 11hsin5U = arctg1- hcos5由此可知，振荡电流的幅值与相位都与振荡角6有关，只有当6恒定不变时，Im 和9为常数，振荡电流才是纯正弦函数图7为 电流随6的变化图，当6为n的偶数倍时，Im最小；当6为n的奇 数倍时，IM最大M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U7和UMNM M ZM= E N - I ZN系统各点阻抗角相同时电压与＆的关系如图 8 所示图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^，则与之对应的等值电动势角速度为①=2吋1 0 1 1①二2兀f 00送、受端系统的滑差为 S①一①S = 0 10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：◎©o220KV火电厂A@ GD-/坑口电厂A@ (ZD-/坑口电厂B220KV火电厂B火电厂C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3〉 系统内容易发生失步的电厂较多时，宜采用人工再同 步，因为这种情况下的电厂故障几率较高，判断较困难，。