保持电力系统稳定与经济运行的方法与措施

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摘要：随着社会的进步和经济的发展，对电力系统也提出了更高的要求。维护系统稳定并经济运行是电力系统工作者的首要责任。文章对保持电力系统稳定与经济运行的方法与措施进行了探讨。

关键词：电力系统；系统稳定；经济运行；静稳定；动稳定

中图分类号：TM71.2　文献标识码：A　文章编号：1009-2374(2011)01-0095-02

通常来说，我们会将变配电运行方式，分为系统正常与系统非正常两类。除了根据电网的要求，调度部门依据最安全、可靠、灵活的目标制定的系统正常运行方式外，还有系统非正常运行方式。技术人员只有掌握相关变电运行技术，提高责任制的意识，才能更好地保证生产运行的正常进行。而在低碳节能经济的主导下，全面提高电力工业的效益，发挥电网在输电等方面的作用，实施电网间相互连接势在必行。

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保持电力系统的稳定措施

电力系统的稳定可以分为静动稳定和动稳定两个大方面。从电力系统的发展来看，保持稳定性是与电力系统发展的需要。如果说一个孤立的发电厂或较小规模的区域供配电系统对稳定性的要求不是很高，那大容量和广大地区，众多发电厂及大型机组并列运行在同一电力系统时，稳定性对电力系统的运行则显得至关重要了。电力系统的稳定性主要由静稳定和动稳定决定，如果失去稳定，系统内的同步发电机将失步，系统发生振荡，可能会造成系统解列，甚至造成大面积用户停电，使国民经济遭受巨大损失。

1.1　电力系统静稳定

从目前的情况看，影响静稳定性的原因主要有以下方面：架空线路因风吹动、摆动引起线间距离的变化、发电机组的转速非绝对均匀和发电机组受到微小的机械振动等。这些因素的不稳定，都有可能造成电力系统静态的不稳定，有可能导致发电机失步，造成系统解列，甚至大批负荷停电。

一般来说，维护电力系统静稳定性可以采取以下三个措施：

(1)减少系统各元件的感抗，也就是主要减少发电机、变压器和输电线路的电抗。具体来说，可以在有水力发电厂时，选择适当参数的发电机组；减小变压器电抗来提高系统稳定性；在远距离输电中使用分裂导线减小线路电抗、采用串联电容补偿以减少线路电抗、合理选择高一级的标准电压减少电抗或合理选择发电厂主接线，使大型发电机组直接与较高电压的电网连接。

(2)采用自动调节励磁装置。自动调节励磁装置的方法是在发电机上装设自动调节励磁装置，维持发电机的端电压恒定不变，以实现减少发电机电抗，从而达到减少系统电抗的目的。

(3)采用按周波减负荷装置。按照制定的程序，如果出现系统频率下降到某一定值，已经不能满足电能质量的情况，而且也已经不能保证发电机组的运行以及电力系统的运行时，可以根据实际情况切除分次要负荷；如果还没有恢复到需要状态，再行切除部分负荷的装置称为采用周液减负荷装置。这样，在系统内装设低周波减负荷装置，在很大程度上可以防止系统频率继续下降，起到稳定作用。

1.2　电力系统的动稳定

造成动稳定波动的主要原因有-负荷的突然变化、切除或投八电力系统的某些元件；电力系统内发生短路故障等。维护电力系统动稳定性的措施主要有以下几种

(1)可以快速切除短路故障。这可以大大提高动态稳定性。因为在快速切除短路故障的情况下，电厂之间并列运行的稳定性有较大保证，也可以提高电动机的稳定性，同时减少因为短路电流造成的过热或机械损伤，对电气设备带来的损害。

(2)可以采用自动重合闸装置。一般来说电力系统内的故障很多都是瞬时性的，尤其是超高压输电线路的故障。采用这种方式，可以保证在故障发生时，将断路器断开，经一定时限后又可以实行自动将这一线路重含投入正常运行，这样就实现了系统的动稳定性。

(3)可以采用电气制动和机械制动。所谓电气制动，就是在系统发生故障时，发电机输出的功率急剧下降，而发电机组由于功率过剩而加速时，就会迅速投入制动电阻，这样会大大消耗发电机的有功功率，起到阻止发电机加速，实现电力系统动态稳定。在制动电阻接入系统的方式选择上，有两种选择：一是串联接入送至发电厂的主电路，二是并联接入送入发电厂的高压母线上或发电机母线上。而无论是何种方式，都必须要注意，正确选择制动电阻的大小，这样才能有效防止欠制动导致不能限制发电机加速的情况，从而有效地避免发电机失步，或发生过制动，使切除故障时与制动电阻的摇摆过程中失去同步的情况。所谓的机械制动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，实现系统动态稳定性。

(4)变压器中性点经小电阻接地。事实上，变压器中性点经小电阻接地的作用原理和电气制动是差不多的。当故障发生后，短路电流的零序分量将流过变压器的中性点，在所接的电阻上产生有功功率损耗，当故障发生在送电端时，这一损耗主要由送电端发电厂供给；故障发生在受电端时，则主要由受电端系统供给。

2　电力系统经济运行方法和措施

从理论上看，电力系统的经济运行主要包括电网的经济运行、发电厂的经济运行和变配电站的经济运行以及综合考虑整个电力系统的情况。本文仅对电力网、发电厂、变配电站的经济运行进行阐述。

2.1　电力网的经济运行

(1)提高电力网负荷的功率因数。要从根本上提高负荷的功率因数，就必须要减小电力网中通过的无功功率。一般采取如下措施：

首先，科学合理地选择调整异步电动机的运行，有效提高用户的功率因数。异步电动机在能量转换过程中，不仅需要有功功率，还需要无功功率。我们知道，异步电动机所需的无功功率，主要有两部分：一部分是建立磁场所需的空载无功功率，其约占总无功功率的60％～70％：另一部分是绕组漏抗中消耗的无功功率。如果电动机的负荷系数较小时，用户的功率因数就低。这就要求尽量使用户的负荷系数趋近于1。也就是说，相关技术人员为了减少用户所需要的无功功率，应该尽量用同步电动机代替异步电动机。因为同步电动机不仅可以不需要系统供给无功功率，还可以在过励磁情况下向系统送出无功功率。除了异步电动机需要无功功率外，变压器、感应电炉等设备也都需要无功功率。因此，合理地选择变压器容量，并限制变压器空载运行时间，也是提高功率因数的重要措施。

其次，利用并联补偿装置提高用户的功率因数。虽然合理选择异步电动机及变压器容量，能够在一定程度上实现提升系统的功率因数，但却不能完全限制无功功率在电网中通过。因此，还需要在用户处或靠近用户的变配电站中，安装无功功率补偿设备，以保证平衡无功功率。

(2)提高电力网运行的电压水平提高电力网运行的电压水平，是降低电力网电能损耗的措施之～。因为在电力网运行时，系统的线路和变压器等电气设备的绝缘所容许的最高工作电压，是在额定电压的10％以内。所以，在电力网在运行时，在一定的范围内，可以尽量提高运行电压水平，以达到降低电能损耗的目的。而据统计，如果线路运行电压提高5％，则电能损耗就可降低9％，这说明效果是很明显的。

2.2　发电厂的经济运行

从目前国内的情况看，我国电力系统中的发电厂主要有水力发电厂、凝汽式火力发电厂和热电厂等类型。水力发电厂通常建在江河等水力资源丰富的地方，这就决定了其距离负荷中心较远：火力发电厂一般建在煤炭、燃油等动力资源丰富的产地，这样可以实行燃料运输费用的节约，但是距离负荷中心却较远：热电厂则会建在负荷中心。也就是说，电力系统经济运行与否，是与系统内各电厂的类型、电力网功率损耗的大小、各种类型发电厂在电力系统日负荷曲线和年负荷曲线中的位置是否合理相关的。为保证系统运行的经济运行，电力系统必须要在统一的调度下，根据负荷曲线的不同，调整各类型发电厂的负荷。说到底，经济运行问题，事实上就是如何正确安排系统各机组的发电率，使总的燃料达到最少的问题。

2.3　变电所的经济运行

变配电站的经济运行，实际上就是变压器的经济运行。合理地选择变压器容量，将变压器设置在负荷中心，可以提高电力网的功率因数，减小变配电站低压侧线路的长度，还可降低电力网的功率损耗与电能损耗。合理确定变配电站的变压器并列运行台数，使其总功率损耗最小。

3　结语

随着我国工业化进程的不断加快，对电能的需求量越来越大，而电能作为环保能源的一种，在未来很长一段时间内将会得到大力发展。因此，这就对电力系统提出了相当高的要求，既要保证电力系统的稳定性，防止失去稳定，造成系统内的同步发电机将失步、发生振荡，导致系统解列，甚至造成大面积用户停电，又要从成本的角度出发，考虑电力系统的经济运行。

参考文献

[1]唐志平.工厂供配电[M]北京：电子工业出版社.2806.

[2]陈化钢.企业供配电[M]北京：中国水利水电出版社.2006

作者简介：莫少蒙.男，供职于百色水利电力设计院，研究方向：电气工程应其自动化、发电厂及电力系统。