電力系統(tǒng)安全控制的主要內(nèi)容包括對電力系統(tǒng)進(jìn)行安全監(jiān)視和安全分析,并提出安全控制對策并予以實(shí)施。
安全監(jiān)視是利用電力系統(tǒng)信息收集的傳輸系統(tǒng)所獲得的電力系統(tǒng)和環(huán)境變量的實(shí)時測量數(shù)據(jù)和信息,使運(yùn)行人員能正確而及時地識別電力系統(tǒng)的實(shí)時狀態(tài),校核實(shí)時電流或電壓是否已到極限。
安全分析是在安全監(jiān)視的基礎(chǔ)上,對預(yù)想事故的影響進(jìn)行估算:分析電力系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)在發(fā)生預(yù)想事故后是否安全;確定在出現(xiàn)預(yù)想事故后為保持系統(tǒng)安全運(yùn)行采取的矯正措施。電力系統(tǒng)安全分析分為靜態(tài)安全分析和動態(tài)安全分析。所謂靜態(tài)安全分析是指只考了事故后穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的安全性,而不考慮從當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)向事故后穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的動態(tài)轉(zhuǎn)移過程。所謂動態(tài)安全分析是包括事故后動態(tài)過程的安全分析。
安全控制是指在電力系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)下,為了保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行所進(jìn)行的各種調(diào)節(jié)、校正和控制。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下安全控制的首要任務(wù)是監(jiān)視不斷變化著的電力系統(tǒng)狀態(tài)(發(fā)電機(jī)出力、母線電壓、系統(tǒng)頻率、線路潮流、系統(tǒng)間交換功率,等等),并根據(jù)日負(fù)荷曲線調(diào)整運(yùn)行方式和進(jìn)行正常的操作控制(如啟、聽發(fā)電機(jī)組,調(diào)節(jié)發(fā)電出力,調(diào)整高壓變壓器分接頭的位置等),使系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)維持在規(guī)定的范圍內(nèi),以滿足正常供電的需要。
安全控制還包括預(yù)防性安全控制、緊急狀態(tài)下的安全控制和事故后的恢復(fù)控制。廣義的理解安全控制也包括對電能質(zhì)量和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)型的控制。預(yù)防性安全控制是指在進(jìn)行控制時電力系統(tǒng)并未受到干擾,安全分析已經(jīng)顯示電力系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)在出現(xiàn)某種事故時是不安全的。實(shí)行預(yù)防性安全控制之后會提高電力系統(tǒng)的安全性。
在電力系統(tǒng)運(yùn)行中,外界因素(如雷擊、鳥害等)、內(nèi)部因素(如絕緣老化、損壞等)及操作等,都可能因其各種故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)的出現(xiàn)。常見的故障有:①單相接地;②兩相接地斷路;③兩相短路;④三相短路;⑤斷線等。
系統(tǒng)故障可能造成的后果是:
(1) 短路故障點(diǎn)強(qiáng)大的短路電流及燃起的電弧,可能損毀設(shè)備;
(2) 電力系統(tǒng)部分區(qū)域電能質(zhì)量下降,如電壓大幅度降低,影響用戶的正常生產(chǎn)工作;
(3) 短路電流所通過設(shè)備因熱效應(yīng)和點(diǎn)動力而損壞或縮短了壽命;
(4) 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性遭到破壞,產(chǎn)生震蕩,甚至引起系統(tǒng)瓦解。
電力系統(tǒng)非正常運(yùn)行狀態(tài)有:過負(fù)荷、過電壓、非全相運(yùn)行、振蕩(非同步運(yùn)行)、次同步諧振、同步發(fā)電機(jī)短時失磁異步運(yùn)行等。
故障和非正常運(yùn)行狀態(tài)都能引起系統(tǒng)事故(如電壓崩潰事故、頻率崩潰事故)。所謂事故,是指系統(tǒng)的全部或部分的整車廠運(yùn)行遭到破壞,造成對用戶停止送電、少送點(diǎn)貨電能質(zhì)量變壞,甚至造成人身傷亡、設(shè)備損壞等。為減少事故發(fā)生,要加強(qiáng)設(shè)備維修工作,提高運(yùn)行質(zhì)量,嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度。
在電力系統(tǒng)中,除了應(yīng)采取積極措施盡可能消除發(fā)生故障的誘因外,當(dāng)故障發(fā)生時,必須迅速可靠地將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除。這就需要在每個電器元件上裝設(shè)靈敏可靠的機(jī)電保護(hù)裝置。
機(jī)電保護(hù)裝置就是能迅速反應(yīng)電力系統(tǒng)中電器元件發(fā)生的各種故障及不正常運(yùn)行狀態(tài),并有選擇性的動作與跳閘貨發(fā)出信號的一種自動裝置,它的基本任務(wù)是:①自動、迅速、有選擇地跳開特定的斷路器,從電力系統(tǒng)中切除故障元件,保證無故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行;②反應(yīng)電器元件的不正常運(yùn)行狀態(tài),并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件,動作于信號、減負(fù)荷和跳閘。機(jī)電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中的主要作用是預(yù)防事故,縮小事故范圍,提高運(yùn)行的可靠性,最大限度的保證向用戶安全、連續(xù)供電,它是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行不可缺少的組成部分。
此外,自動重合閘、備用電源自動投入裝置、按頻率自動減負(fù)載、自動發(fā)電控制裝置、自動勵磁調(diào)節(jié)裝置、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等電力系統(tǒng)自動裝置也是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的重要自動化設(shè)備。
電力系統(tǒng)運(yùn)行中存在各種擾動,這些擾動將是電力系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)的機(jī)械輸入與電力暑促產(chǎn)生短時的不同程度的不平衡,使并列運(yùn)行的各發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速發(fā)生相應(yīng)的不同變化。電力系統(tǒng)因而出現(xiàn)擺動(電流、電壓、功率等電氣量的周期性變化)。如果擺動逐漸衰減以至消失,即稱為電力系統(tǒng)保持了同步穩(wěn)定。各國電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明,有了合理的電力網(wǎng)結(jié)構(gòu),并配置相應(yīng)的機(jī)電保護(hù)等自動裝置,電力系統(tǒng)可以具有較高穩(wěn)定性。否則,較易發(fā)生穩(wěn)定事故,甚至造成大面積停電。同步穩(wěn)定又分為:靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定。
電力系統(tǒng)中,各電壓中樞點(diǎn)的電壓都各有其允許的最低極限值,運(yùn)行電壓在極限值以上是穩(wěn)定的,在極限值以下是不穩(wěn)定的。造成電壓低下的根本原因是無功電源不足。電壓低于極限值以下時,形成電壓越低、無功功率缺額越大的惡性循環(huán),電壓將繼續(xù)下降,如不及時處理將導(dǎo)致受影響的地區(qū)停電?,F(xiàn)代電力系統(tǒng)在配電系統(tǒng)中大量采用帶負(fù)荷自動調(diào)電壓分接頭的變壓器,在系統(tǒng)無功不足的情況下,仍然力圖保持供電電壓不降低,這就會把上一級電力網(wǎng)電壓拉低,以至低于極限值,這是電力系統(tǒng)發(fā)生電壓穩(wěn)定事故的一個重要原因。