电力系统频率及电压降低时的处理

2022-09-10

频率和电压是电力系统运行的两大质量指标。若频率或电压不稳定, 不仅给发电厂 (变电站) 及电力系统本身带来许多危害, 而且更重要的是不能满足广大用户对电能质量的要求, 使用户的产品质量下降甚至报废。因此, 当系统频率或电压变化时, 各发电厂 (变电站) 值班人员应按照规定主动调整, 使其恢复至规定范围内运行。

1 频率的调整

电力系统的频繁应经常保持50周/s。其偏差要求是:在300万千瓦以上的系统不得超过±0.2周/s;不足300万千瓦的系统不得超过±0.5周/s。

频繁发生变化, 是由于系统中发电机的功率和用户的负荷不平衡所引起的。当系统负荷增加或发电机出力减少时, 频繁就要下降, 相反, 将会升高。由于电力系统的负荷经常不断地变化, 又由于发电机功率的改变往往受原动机的影响而不能完全适应系统负荷的变化, 因此频繁的波动是不可避免的。

在电力系统中, 为了保证频繁的稳定, 中心调度通常将发电厂分为第一调频厂、第二调频厂及负荷监视厂三类, 并事先给予各发电厂日负荷曲线。调频厂的主要任务是及时调整系统的频繁, 使它保持在允许范围内。为了完成这一任务, 调频厂经常在高峰负荷到来前要开炉并机, 而在低峰期间停机压炉。若在条件时, 调频厂选为水电厂较为理想。因为水轮发电机组, 从起动到并列带上满负荷, 只需1.5min~2min时间。各负荷监视厂, 同样必须按调度员预发的负荷曲线来调整。只有全网各发电厂互相配合, 才能保证频繁在允许范围之内。

频繁的调整, 一般采用人工调节, 即当系统频率降低时, 值班人员应向增加方向操作调速开关, 开大汽轮机的调速汽门, 增加其进汽量, 从而使频率增加, 当系统频率增高时, 操作方向相反。

2 电力系统频率降低的处理

当电力系统频率降低时, 应按下列程序进行处理。

(1) 当电力系统的频率低至49.5周/s以下, 但在48周/s以上时, 各发电厂值班人员无须等待调度员的命令, 应自行增加发电厂出力。直至频率恢复到49.5周/s以上, 或达到发电厂运行中机组的最大可能出力为止, 同时并应将此事报告值班调度员。对于与系统联系较弱的发电厂, 增加出力可能使联络线过负荷, 则应根据联络线极限允许负荷增加其出力。

与此同时, 值班调度员应命令将备用容量投入运行。若系统中所有备用容量均已投入运行, 而频繁仍未恢复至49.5周/s以上时, 庆立即与用户联系, 停用部分用电设备。若限制负荷后不能使频率恢复至规定值, 则值班调度员应下令切断部分负荷, 使频率低于49.5周/s的持续时间不超过30min, 或低于49周/s的持续时间不超过15min。

(2) 当频率降低至规定值时 (如48.5周/s以下时) , 值班人员应检查频率自动减负荷装置的动作情况。当该装置在整定频率数值下没有动作时, 应立即手动切断送电线路。当系统中没有装设低频自动减负荷装置或装置容量不足时, 发电厂值班人员应按调度部门的事先规定, 立即自动切断部分送电线路。

(3) 当电力系统频率降低至足以破坏火力发电厂厂用电系统的安全运行时, 一般在46周/s左右, 各发电厂值班长可以按现场规程的规定, 将专用的厂用电发电机或将事先规定的供厂用电及部分重要用户的一台或数台发电机与系统解列, 而无须得到值班调度员的许可。当厂用机组与系统解列后, 待电力系统频率达到48.5周/s以上时, 应尽快将厂用电机组与系统恢复并列。

3 电压的调整

系统用电的电压是供电质量标准之一。为了保证供电的电压质量, 系统电压应维持在额定值运行, 实际上, 运行中系统的电压不可能始终保持在额定值。系统负荷不断变化, 电压也随之变化。一般规定系统运行电压的变动范围不超过±5%, 最低不应低于额定值90%。如超过电压变动范围, 运行人员应进行调整, 使系统电压维持在允许变动范围内。

电压的变化是系统中无功功率失去平衡的反应。当用户所需要的无功功率超过电源发出的无功功率时, 电压就下降。反之就会升高。

在电力系统中电压降低是经常发生的, 它对电气设备的危害性很大, 归纳起来有以下几个方面。

(1) 发电机在低于额定电压下运行时, 要维持同样的出力, 定子电流就必然增加, 增加的程度略大于电压下降的百分数。如果定子线圈电流在额定电压下已达额定值, 电压降低后要维持有功出力不变, 那么发电机的无功出力将随电压降低而减少。理论分析, 电压降低1%无功出力降低3%。

(2) 静电电容器的出力与电压的平方成反比, 因此在电压在一定范围内降低1%, 其出力减少2%。

(3) 线路损耗受电压的影响较大, 它与电压的平方反反比。在一定范围内, 电压降低1%, 线路的有功和无功损耗将增加2%。

(4) 发电厂与用户的交流电动机, 若定子电流增加, 则会因电动机长期过负荷运行而烧坏;另外, 异步电机的最大转矩与电压的平方成正比, 当系统电压低到额定值的70%时, 在满负荷情况下, 电动机就会停止转动。

综上所述, 当系统的无功电源发出的无功功率不能满足用户负荷需要时, 电压就要降低。系统电压降低后, 发电机、调相机和静电电容器的出力也降低, 交流电动机会停转或烧坏, 电网损耗会显著增加, 因此, 在系统无功不足的情况下, 应设法提高发电机端电压和主系统的电压, 以保证用户的电能质量。

在电力系统中, 为了保证电压质量, 必须进行电压调整, 使系统的无功功率保持正常的平衡。

调度员为了监视系统的运行电压, 应选择地区负荷集中的发电厂和变电站的母线作为监视系统电压的中枢点, 中枢点的正常电压值和允许电压变动范围是按用户电压质量要求来确定的。因此, 此点的电压确定后, 系统中其他处的电压也随之确定。

调度是应经常监视系统中枢点的电压和规定电压曲线的发电厂、变电站的母线电压。当上述母线电压超出允许变动范围时, 调度员应采取下列措施。

(1) 增加或减少该区的调相机负荷;

(2) 改变带负荷调压变压器的分接头位置;

(3) 投入或切除安装在变电站内的静电电容器;

(4) 改变系统运行方式, 达到潮流分布合理, 使电压得以改善;

(5) 经上述方法不能满足要求时, 应减少或增加地区负荷。

电厂值班人员, 应根据规定的电压曲线要求进行监视及调整。发电机的自动励磁装置应经常投入运行, 如未有自动电压调整器者, 值班人员应及时进行手动调整, 以保证电压的稳定。

装有同期调相机或带有负荷调压变压器的变电站值班人员, 应根据规定的电压曲线进行监视和调整, 使电压保持在允许变动范围内。没有调压设备的变电站, 值班人员应经常进行电压监视, 发现电压有异常情况应立即报告系统调度员, 以便及时采取措施, 使电压恢复到正常范围内。

4 系统电压降低的事故处理

电压下降可能与频率下降同时发生, 也可能单独出现。这两种情况都是由于系统无功不足所引起的。

假如电压下降与频率下降同时发生, 则提高频率所采取的措施也可用于提高电压。

发电厂和装有调相机的变电站, 当母线电压超过规定的变化范围时, 值班人员应不待调度员的命令, 自行调整发电机和同期调相机的励磁;使母线电压恢复到正常范围内。若发电机和调相机已带满负荷而母线电压仍低于允许变动范围时, 应报告值班调度员迅速处理。

为了保证系统的静态稳定, 调度部门应对系统中若干中枢点规定事故极限电压值。当各点电压下降到此值时, 值班人员应利用发电机和调相机的事故过负荷能力, 增加无功出力以维持电压, 为消除上述过负荷, 必要时可限制或切除部分负荷。

在运行中, 当发电机或调相机过负荷时, 值班人员可以降低励磁电流以减少或消除过负荷。但应注意, 不得使电压下降到事故极限值以下。电压降至事故极限值而发电机或调相机仍过负荷时, 应根据过负荷的多少采取下列不同措施。

(1) 如果过负荷小于15%, 应首先将过负荷的情况及时报告, 由调度员负责处理。同时, 电厂或变电站的值班人员可将备用机组投入, 消除过负荷, 但不允许降低有功出力或进一步降低励磁电流。系统调度员应利用系统中所有无功和有功的备用容量来消除上述过负荷。如过负荷的发电厂位于系统中的受电端, 那么由另一端经长距离重负荷向本地区送电时, 降低过负荷发电机的有功出力不仅不能降低过负荷, 而且还会引起静态稳定的破坏。因此, 在这种情况下, 应该限制或切断受电端用户的负荷。

(2) 如果过负荷大于15%而频率正常时, 电厂或变电站的值班人员应及时向调度员报告, 同时自行采取措施, 在事故过负荷允许的时间内, 将过负荷消除。此时, 若过负荷的电厂是送电端, 可降低发电厂的有功出力;若是受电端, 可切断用户负荷。当电厂内无地区负荷切断时, 可根据调度员的命令将附近变电站的部分用户切断。当电压降至极限值而过负荷仍然存在时, 应迅速采取措施, 利用系统中的一切备用无功容量来提高电压消除过负荷。此时可将个别发电厂和变电站电压提高到最高允许值。

(3) 当系统电压降低至足以破坏火力发电厂厂用系统的安全运行时, 应采取紧急拉闸措施, 保证发电厂的安全运行。

(4) 在系统中对负荷比较集中的电压中枢点, 调度员应根据静态稳定时计算规定出极限电压, 以极限电压的108%为允许的最低运行电压。

当电压降低到极限电压的103%, 并有下降趋势时, 为防止系统电压崩溃, 调度员应采取紧急拉闸措施, 使电压不致降到允许最低电压以下。

综上所述, 当系统电压降低到事故极限电压时, 系统调度员应采取下列措施。

(1) 发电机自动调整励磁和强行励磁装置应经常投入, 因为它们是保证电压稳定的重要设备;

(2) 改变运行方式, 以进行潮流的强迫分布, 提高系统电压;

(3) 动用备用容量, 迅速开起水轮机作调相机运行, 火电厂备用机组也要做好开机准备, 同时, 应合理加入静电电容器和充分利用用户的无功补偿装置;

(4) 运用发电机、调相机的过负荷能力;

(5) 适当提高频率运行, 因为提高频率, 电压可相应增高。在一般情况下, 系统频率升高1%, 电压相应提高4%~5%, 无功出力可提高7%~10%。

(6) 按现场规定的事故拉闸顺序切断部分负荷;

(7) 投入低电压负荷装置, 自动切除部分负荷;

(8) 当系统电压降低到足以破坏电厂厂用电安全运行时, 应按事先规定将厂用发电机或专用厂用发电机与系统解列, 专供厂用电和部分重要用户。