小水电电力系统的稳定措施汇总

1、小水电电力系统的稳定措施罗光汉 刘锡兰 殷作武 广东省水电厅（510085 ）（一）前言以小水电供电为主的县电力系统，在枯水季节常依靠大电网供部分电力。当 该部分电力突然被切断时， 县系统常常发生周波和电压崩溃，并网运行的小水电 机组纷纷解列，使全县陷于一片凄黑。在丰水季里， 小水电的季节性电能大M上网， 当与大网联网线路故障或突然 被强迫 脱网时，县系统同样发生解列停电。 解列后的小水电系统常发生周波过高， 发电机电压升 高，机组过速，威胁设备安全。县系统在孤立运行后与大电网恢复并网时，过去常常因系统连接点开关没有 同期装置，故只能先让县网停电， 在大电网电压送至水电站母线后， 再逐一开机

2、并网，要经历 一次停电过程。为了解决上述问题，广东省水利电力厅在1987年度科研计划中列入小水电 系统稳定的科研项目，以怀集县小水电电力系统为试点，其任务是：.防止脱网时小水电系统瓦解，根据脱网时小水电出力，保持城镇和重要负荷连续供电；.防止脱网时小水电系统因季节性电能严重过剩而产生的频率升高和过电压事故；.在恢复并网时不经停电过程，大小电网宜接进行无痕迹并网。该科研项目由厅农电局和县农电总站协作完成。1988年底稳定装置经典型 试验后投入运行。在投入后第三天即发生110kV系统连接点开关被强迫自动跳闸，突然切断大电网所供的电力，该装置按预定程序正确动作，避免了过去经常 发生的又一次全县停电。

3、 在恢复与大电网并网时，也不再需要经全县停电，小水 电站逐一开机并网过程。该电网稳定装置，经县供电局组织七个单位进行验收鉴定，得到充分的肯定。（二）水电电力系统失去稳定的物理现象为正确解决小水电电力系统的稳定问题，必须先从理论上分析负荷变动时电力系统的频率特性。1.电力系统的静态频率特性在稳定情况下，系统频率与有功功率的关系称为电力系统静态频率特性。整 个电力系统的负荷是各类负荷的总和，具静态频率特性如图1所示。111电力呢班科恚萤市特性正常运行时，如系统有一定的旋转备用容M,则在负荷增减时，靠调速器自动调节水轮机导叶出力，维持系统频率在额定值附近运行。 如旋转备用容M不足， 产生功率缺额时，

4、 则系统频率将降低，同一负荷所吸收的有功功率减少，在新的 平衡点上运行。有功功率随频率而变的现象称为负荷调节效应。电力系统静态频率特性在fe至0. 9fe区间接近一宜线，K值与县电力系统负 荷结构有 关，约在1? 3之间，在45? 50H范围内近似一常数。K值还与季节有 关，防不同季节有 土（ 10? 15） %勺变化。负荷调节效应用 K表示如下式：k _ P p,f - LP/ L从静态频率特性曲线可知，45H以下曲线段比较平缓，频率下降对负荷所吸收的PfM影响较小，已不能建立新的稳定频率点运行，陷于频率崩溃状态。二电力系统的动态频率特性电力系统有功功率平衡受到破坏时，系统频率的变化并不是瞬

5、时完成的，而是要经历一个过渡过程。从起始值fe过渡到新的稳态值fa与时间t的关系称为电力系统动态频率特性。电力系统动态频率特性按指数规律变化，如图2所示。可用下式表达：f弄仁+ （后一f y耳 I*卜式中Tf一系统频率变化时间常数，与系统等值机组惯性常数和负荷调节效应有关，一般在4? 10S之间，小系统取小值f一过渡过程中任一点的频率（三）怀集县小水电电力系统稳定措施怀集县是水力资源比较丰富的县，至1986年底，全县已建成小水电站 39座，总装机容M为2. 65万kW最大出力2. 3万kW最小出力（枯水期）0. 42万kW并网容M I . 9万kWIt 2电力乐睥说EH卓埒住1987年怀集县电

6、力系统结线见图 3。1987年县供电基本情况：本县负荷丰水期白天约1万kW晚峰约1 ? 3万kW零点约0. 77万kW;上大电网容M白天约 0. 8万kW晚峰约0 ? 6万kW,零点约1. 1万kW日 发电M约60万kW? h,自用25? 28万kW- h ,上大 电网32? 35万kW- h。枯水期一宜 严格限制用电，原则上维持自发自用。但由于怀集县网与大电网联网的 110kV线路要通过广宁县的黄盆变电站。四 会县青 塘变电站，再接至市属永安变电站。四会县负荷较大，市调常为限电，将永安变电站四会110kV出线开关拉闸，这时四会和广宁县的负荷压到怀集县各小水电站上来，负担不起，造成频率和电压崩

7、溃，每年此类现象要发生20次左右。怀集县飞云110kV变电站，过去未装设同期装置，每次恢复联网时，要全县停电,操作频繁。为此，针对怀集县小水电电力系统的具体情况，提出解决稳定的措施。1 .稳定装置的设计原则(1)在出现可能危及系统运行稳定性的情况时，应在2? 3S内紧急减负荷， 使全县系统频率和电压不发生崩溃。(2)紧急减负荷，首先与广宇一四会解列，把功率缺口的矛盾缩小在本县范围内。如仍未能使怀集县系统稳定运行，则靠一轮低周减载装置，在 1. 5S内再减去本县一部分次要负荷，使系统稳定在45H z以上运行。(3)怀集县电力系统稳定以后，再依靠飞云、拦马两变电站装设的二、三轮低周减载装置使频率恢

8、复到 49Hz左右，然后调整机组出力恢复至 50Hz。(4)季节性电能突然送不出有如等值机组甩负荷一样，将发生频率和电压升高。如电压升高超过电压保护整定值，贝M呆护动作，跳闸停机。为限制频率和电压升高，在飞 云变电站装设二轮过电压紧急切电源装置。(5)为使独立运行的县电力系统与大系统宜接并网，在飞云110kV变电站103开关装设半自动准同期装置，利用调度电话指挥主调机组调节周波与电压达准同期条件时，开关自动合上，恢复并网。稳定装置是由解列、三轮低周减载、等装置组成，原理结线见图 4期 两轮过电压、紧急切电源及半自动准同2?稳定装置的具体结线和元件参数整定F 2 X JCkOOh f . . f

9、 、-n r10k V X潭聚4 X SflOLIL KI fWAr 7 1r YIlJr I i的J#IB4 It局甜站必向电贞解列和睡怡H淹解叩庄崖出9飞A，广宁世ij轮埔中*Q5 h OOoOkVA Sri0 (不J81(1) 飞云110kV变电站在110kV市线出线开关装设两套解列装置：a.低周 起动方向电流解列；b.低压低周解列。前者的作用是当系统频率降至 48Hz以下，即以0. 5S 时限起动方向电流元件，如电力方向为母线向线路，电流超过莫一预定值时，即将系统解列。后者是考虑到电压崩溃和频率崩溃可能同时出现。(2)在飞云和拦马两变电站分别装设两轮和三轮低周减载装置。第一轮动作频率4

10、8H,动作时限I.5S ;第二轮动作频率47Hz,动作时限4S;第三轮46Hz动作时限9S。各 轮减载负荷大小随系统供用电水平而变，切负荷顺序先次要，后重要，尽M少切。(3)在飞云变电站装设两轮过电压紧急切电源装置，第一轮整定电压1. 15Ue,动作时限0. 5S,先切去中洲小水电和飞云补偿电容；第二轮整定电压1. 3Ui,IS跳104开关切水下水电站。4）防误动措施为防止系统电压突变时装置误动， 其动作时限整定为大于 0. 5s即可躲过 外部 短路引起的低电压及短路电流在线路上产生的有功损耗会造成有功功率缺额，引起频率下降，可能误解列。低压低周解列动作值应按避开线路保护第一 段整走，动作时限取1. 5S。3.稳定装置的典型试验在装置