大機(jī)組與大電網(wǎng)協(xié)調(diào)

大機(jī)組與大電網(wǎng)協(xié)調(diào)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前一頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

目前我國(guó)電力系統(tǒng)基本上進(jìn)人大電網(wǎng)、大電廠、大機(jī)組、高電壓輸電、高度自動(dòng)控制的新時(shí)代。大機(jī)組與高電壓、大電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)，一直是影響系統(tǒng)安全、可靠與經(jīng)濟(jì)的重大課題。 近年來，國(guó)際上發(fā)生了多次大面積停電事故，以及機(jī)組重大部件的損壞，電力部門和一些著名制造廠研究了汽輪發(fā)電機(jī)組如何適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行的問題。

(1)當(dāng)機(jī)組偏離額定頻率運(yùn)行時(shí)，在不損傷機(jī)組的前提下，提出了允許運(yùn)行時(shí)間的要求；也提出了在異常頻率下，電網(wǎng)應(yīng)該采取的措施。目前二頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院 (2)隨著一些大機(jī)組的大軸損壞事故的發(fā)生，分析了大機(jī)組在一系列特殊運(yùn)行方式下，都有可能使機(jī)組產(chǎn)生遠(yuǎn)大于機(jī)端出口多相短路時(shí)的電磁與機(jī)械應(yīng)力。

(3)隨著系統(tǒng)串聯(lián)電容補(bǔ)償技術(shù)的采用，發(fā)生了與機(jī)組間產(chǎn)生次同步諧振的現(xiàn)象，當(dāng)與電廠高壓輸電線出口三相短路重合，有可能一次就耗盡了機(jī)組軸系的疲勞壽命，因而必須由電網(wǎng)采取措施予以防止。

(4)隨著長(zhǎng)距離、超高壓輸電線路出現(xiàn)，對(duì)發(fā)電機(jī)提出了吸收無功功率的要求。

(5)隨著電氣鐵道等單相負(fù)荷的日益增長(zhǎng)和大容量機(jī)組轉(zhuǎn)子對(duì)連續(xù)不對(duì)稱負(fù)荷和不對(duì)稱短路適應(yīng)能力的減弱，發(fā)電機(jī)組適應(yīng)電網(wǎng)不對(duì)稱運(yùn)行的能力也已成為眾所關(guān)注的問題。目前三頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前四頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前五頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

對(duì)目前的我國(guó)電網(wǎng)而言，一臺(tái)600MW機(jī)組，在地區(qū)電網(wǎng)中占有較大的比重，它的投切和故障對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有較大影響， 反之，系統(tǒng)的各種異常運(yùn)行或故障，對(duì)600MW機(jī)組的威脅比對(duì)中小型機(jī)組的威脅更大。 我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：發(fā)電機(jī)能承受的誤并列能力為，180°相角差5次或120°相角差2次。 還要求發(fā)電機(jī)應(yīng)能承受電力系統(tǒng)中高壓線路事故后的自動(dòng)重合閘。 這些要求，都將使發(fā)電機(jī)瞬時(shí)產(chǎn)生大的定轉(zhuǎn)子電流及電磁力矩，對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組端部、轉(zhuǎn)子軸頸等造成沖擊及材料壽命損耗。 另外，還要求發(fā)電機(jī)具備失磁異步運(yùn)行能力及三相不對(duì)稱或非全相運(yùn)行能力，這些也容易使發(fā)電機(jī)定子端部和轉(zhuǎn)子表面局部過熱而產(chǎn)生裂紋。目前六頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院一、電力系統(tǒng) 電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)并按規(guī)定的分工和技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求組成的，將一次能源轉(zhuǎn)換為電能并輸送和分配到用戶的一個(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)，如圖7—1所示。 其中發(fā)電廠將一次能源轉(zhuǎn)換為電能，升壓后，經(jīng)過輸電網(wǎng)，再降壓，送人配電網(wǎng)，再由配電網(wǎng)將電能分配至用戶，從而完成了電能從生產(chǎn)到使用的全過程。為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠，系統(tǒng)還配置了繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置、調(diào)度自動(dòng)化和通信等相應(yīng)的輔助系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的根本任務(wù)是向用戶提供充足、可靠、合格和廉價(jià)的電能。 在電力系統(tǒng)中，輸送、變換和分配電能的那一部分稱為電力網(wǎng)(electricnetwork)，如圖7—1中虛線所框的部分·，所以電力網(wǎng)是電力系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，電力網(wǎng)包括輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)。目前七頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前八頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

輸電網(wǎng)主要是將遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的發(fā)電廠所發(fā)出的電能，經(jīng)過變壓器升高電壓并通過高壓輸電線輸送到鄰近負(fù)荷中心的樞紐變電所。同時(shí)，輸電線還有聯(lián)絡(luò)相鄰電力系統(tǒng)和聯(lián)系相鄰樞紐變電所的作用。 在我國(guó)，現(xiàn)有高壓輸電網(wǎng)的電壓為220kV、330kV、500kV、750kV交流和±500kV直流，即將出現(xiàn)1000kV交流和±800kV直流。配電網(wǎng)是將電能從高壓變電所經(jīng)降壓后再分配到用戶的電力網(wǎng)。按電壓，一般又將配電網(wǎng)分為高壓、中壓和低壓三種。 在我國(guó)，高壓配電網(wǎng)電壓一般為35kV、63kV和110kV；中壓配電網(wǎng)電壓一般為6—10kV(有的城市已在考慮升壓為20kV)；低壓配電網(wǎng)電壓一般為三相四線制的380／220V。目前九頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

輸、配電網(wǎng)可按電壓等級(jí)的高低分層，或按負(fù)荷密集的地域分區(qū)。不同容量的發(fā)電廠和電力用戶分別接人不同電壓等級(jí)的電力網(wǎng)，較大容量的應(yīng)接入較高電壓的電力網(wǎng)，較小容量的可接入較低電壓的電力網(wǎng)。 我國(guó)已經(jīng)啟動(dòng)的西電東送工程，將著力推進(jìn)全國(guó)大電網(wǎng)建設(shè)與聯(lián)網(wǎng)，逐步形成大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)的基本格局。發(fā)展具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益和極強(qiáng)資源配置能力的大電網(wǎng)，這是電力工業(yè)發(fā)展的基本規(guī)律。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有實(shí)踐均已證明，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)能帶來多方面的效益，如錯(cuò)峰效益，水、火電互補(bǔ)效益，互為備用和事故支援效益，以及可以最大限度采用高效率高參數(shù)的大機(jī)組等。西電東送戰(zhàn)略的實(shí)施將從根本上改變中國(guó)未來電力發(fā)展的格局，即實(shí)行立足于跨大區(qū)電網(wǎng)之間以及大區(qū)電網(wǎng)與獨(dú)立省網(wǎng)之間的全國(guó)互聯(lián)。 目前十頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

目前，中國(guó)將以三峽工程為契機(jī)，并以三峽電站為中心，建設(shè)東、西、南、北四個(gè)方向的聯(lián)網(wǎng)和送電線路，并在條件成熟的電網(wǎng)間實(shí)現(xiàn)周邊聯(lián)網(wǎng)。經(jīng)過不斷開發(fā)西部大型水電以遠(yuǎn)距離輸電至東部地區(qū)，同時(shí)根據(jù)需要與條件加快其余大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)，屆時(shí)中國(guó)電網(wǎng)將形成西電東送、南北互聯(lián)的基本格局以及統(tǒng)一調(diào)度的聯(lián)合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。目前十一頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

整流器逆變器~~換流變壓器2換流變壓器1+交流電力系統(tǒng)I換流站I(整流站)換流站II(逆變站)直流線路直流輸電系統(tǒng)交流電力系統(tǒng)II二、直流輸電 直流輸電就是在甲地將交流功率經(jīng)過整流站整流變?yōu)橹绷鞴β?，通過直流輸電線路送到乙地，再經(jīng)過逆變站逆變?yōu)榻涣鞴β仕腿虢涣麟娋W(wǎng)。整流站和逆變站統(tǒng)稱為換流站，其設(shè)備、接線和原理完全相同，并且可以互相改接，僅僅是控制方式不同。目前十二頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

1．直流線路優(yōu)點(diǎn) （1）造價(jià)低，電能損耗少。 （2）無電抗影響，遠(yuǎn)距離輸電不存在失去穩(wěn)定的問題。 （3）穩(wěn)態(tài)下，不存在交流長(zhǎng)電纜線路的容性電納引起的電壓升高。 （4）直流輸電系統(tǒng)響應(yīng)快，調(diào)節(jié)精確，有利于故障時(shí)交流系統(tǒng)間的快速緊急支援和減少功率擾動(dòng)。 （5）可聯(lián)絡(luò)兩個(gè)額定頻率相同或不同的交流電力系統(tǒng)，聯(lián)網(wǎng)后交流系統(tǒng)的短路容量，不因互聯(lián)而顯著增大。目前十三頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院 (4)限制系統(tǒng)短路容量。兩大交流電網(wǎng)用直流聯(lián)網(wǎng)后，由于換流站的“定電流控制”特性，兩側(cè)交流網(wǎng)路的短路容量將得到限制。

(6)有利于采用電纜送電。在直流電場(chǎng)的作用下，電纜的絕緣強(qiáng)度約為交流電場(chǎng)的3倍，35kV的交流電纜可用于直流110kV。直流電纜送電不存在容性無功，在交流電網(wǎng)中電纜的長(zhǎng)度受容性充電無功電流的限制，而直流電纜送電沒有長(zhǎng)度限制，最適宜于遠(yuǎn)距離隔海送電，我國(guó)舟山島就是用直流110kV電纜送電的。目前十四頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院2．缺點(diǎn) 換流站造價(jià)高，換流器工作時(shí)需要消耗較多的無功功率，產(chǎn)生較大的諧波電流和電壓；直流斷路器熄弧困難，使多端直流輸電的發(fā)展受到一定的影響。3．應(yīng)用范圍 遠(yuǎn)距離大功率輸電；交流系統(tǒng)的互聯(lián)；過海電纜輸電；用電纜向大城市市區(qū)供電。目前十五頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

兩端直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成可分為單極，雙極和無直流輸電線路三類。無直流輸電線路即為兩側(cè)換流器背靠背裝設(shè)在一起的非同步聯(lián)絡(luò)站，或稱變頻站。目前十六頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院1．單極系統(tǒng)直流單極系統(tǒng)中，輸電線路只用一根導(dǎo)線。一般采用正極接地，負(fù)極線路運(yùn)行，又稱一線一地制。接地正極以大地或海水作回流線路。其優(yōu)點(diǎn)是投資省，且負(fù)極性運(yùn)行的直流架空線路，受雷擊的幾率以及電暈引起的無線電干擾都比正極性運(yùn)行時(shí)小。單極系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是地中電流所經(jīng)之處的金屬構(gòu)件電化腐蝕嚴(yán)重，若海水中流過電流時(shí)，對(duì)航行、通信和漁業(yè)等有不同程度的影響。因此單極系統(tǒng)也有用金屬導(dǎo)體作回流線路，稱兩線制。由于投資大，這種方式僅作為分期建設(shè)中的過渡接線形式。目前十七頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院GGGG+GG2．雙極系統(tǒng)雙極系統(tǒng)可看作兩個(gè)單極系統(tǒng)疊加而成，其接線分為：兩端中性點(diǎn)接地方式，一端中性點(diǎn)接地方式和中性線方式三種，如圖3-33。

(c)圖3-33雙極直流輸電系統(tǒng)(a)中性點(diǎn)兩端接地方式（兩線一地制）(b)中性點(diǎn)-端接地方式（兩線制）(c)中性線方式（三線制）目前十八頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院（1）兩端中性點(diǎn)接地方式，如圖3-33(a)，也稱兩線一地制。它可以看作由兩個(gè)對(duì)稱的一線一地制單極系統(tǒng)疊加而成。如果兩極參數(shù)對(duì)稱，理論上兩接地點(diǎn)之間是不存在直流電流的。實(shí)際上在正常運(yùn)行時(shí)，地回路中有不平衡電流流過。它的數(shù)值不大，只有額定電流的百分之幾。因此大大減輕了大地或海水作回流電路時(shí)對(duì)金屬設(shè)施的腐蝕。當(dāng)任一導(dǎo)線發(fā)生故障，健全相可以用大地和海水作回流電路，保持輸送一半的電力。GG目前十九頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院2）中性點(diǎn)一端接地方式，如圖3-33(b)，也稱兩線制。接地端可以固定直流輸電系統(tǒng)的基準(zhǔn)地電位，避免發(fā)生系統(tǒng)電位的浮動(dòng)而威脅到設(shè)備和線路的安全。優(yōu)點(diǎn)是避免了建設(shè)接地裝置的巨大投資，缺點(diǎn)是一根導(dǎo)線發(fā)生故障時(shí)不得不停止送電。GG+目前二十頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院（3）中性線方式，如圖3-33(c)，也稱三線制。與兩線一地制比，直流輸電線一極故障時(shí)，可以避免以大地或海水作回流電路所帶來的弊端。3．非同步聯(lián)絡(luò)站是輸電線路長(zhǎng)度為零的直流輸電系統(tǒng)，可以聯(lián)絡(luò)兩個(gè)額定頻率相同或不同的交流電力系統(tǒng)。GG目前二十一頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院三、高壓直流輸電系統(tǒng)的主要電器設(shè)備如圖3-34為直流輸電主接線，其電壓500kV，輸送容量單極60萬(wàn)kW，雙極120萬(wàn)kW，線路全長(zhǎng)1052.25km，直流部分1045.665km，主要設(shè)備的作用如下：445555798811“-”“+”“-”“+”1200MW~500kV~220kV3葛洲壩換流站線路上海換流站圖3-34某工程直流輸電主接線圖1-交流濾波器組；2-換流變壓器；3-換流橋；4-直流濾波器組；5-金屬回路轉(zhuǎn)換開關(guān)；6-低壓開關(guān)；7-金屬回路轉(zhuǎn)換斷路器；8-平波電抗器；9-接地電極；10-線路目前二十二頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

（1）換流器。一般接成三相全控橋式整流或逆變電路，直流系統(tǒng)中又稱換流橋，6個(gè)橋臂稱為換流閥。正常，換流器在工頻一個(gè)周期內(nèi)的換相次數(shù)稱為脈波數(shù)。單橋換流器是6脈波的，直流側(cè)電壓含有6n次基波頻率的諧波，交流側(cè)含有6n1次特征諧波電流。兩單橋串聯(lián)成雙橋換流器，是12脈波的，直流側(cè)含有12n次諧波電壓，交流側(cè)含有12n1次諧波電流(其中n=1,2,3,…)。雙橋換流器最低諧波次數(shù)高，諧波總含量少，因此雙橋優(yōu)于單橋。 目前可控硅元件的單個(gè)芯片直徑已達(dá)100mm以上，能承受6kV電壓，4kA以上電流。故直流輸電用的可控硅換流閥由幾十個(gè)以至于上百個(gè)硅元件串聯(lián)而成，配備有散熱器，循環(huán)冷卻系統(tǒng)，均壓阻尼電路，閥電抗器，門極觸發(fā)電路等機(jī)電熱光的輔助系統(tǒng)和電子元器件組合而成。目前二十三頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

（2）換流變壓器。葛上線直流輸電系統(tǒng)每極采用雙橋換流器，需要兩組相位差30的交流電源供電。因此共安裝6臺(tái)單相三繞組變壓器，每極三臺(tái)，接成Y0/Y/，結(jié)構(gòu)與普通型變壓器基本相同。由于閥側(cè)繞組需同時(shí)承受交直流電壓，又為了減少高次諧波，故對(duì)變壓器的絕緣強(qiáng)度和參數(shù)的三相對(duì)稱性有嚴(yán)格的要求，同時(shí)換流變應(yīng)有寬的有載調(diào)壓范圍。 （3）平波電抗器。作用是抑制直流電流變化時(shí)的上升速度，減少直流線路中電壓和電流的諧波分量。 （4）無功補(bǔ)償裝置。有調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器、交流濾波器或靜止補(bǔ)償器等。另外，交流濾波器在濾除高次諧波的同時(shí)，向交流系統(tǒng)提供一定數(shù)量的容性無功。目前二十四頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

（5）濾波器。由電容、電感、電阻串并聯(lián)組成。由于換流裝置是一個(gè)諧波源，在交流側(cè)是一個(gè)諧波電流源，在直流側(cè)則是一個(gè)諧波電壓源。其含有的諧波分量，會(huì)引起電容器、變壓器、電動(dòng)機(jī)等的諧波附加損耗、振動(dòng)和嚴(yán)重發(fā)熱，干擾鄰近通訊線路，并使換流器的觸發(fā)控制不穩(wěn)定。所以在交流母線上安裝單調(diào)諧濾波器分別濾去5,7,11,13次諧波電流。用高通濾波器吸收高次諧波電流。同樣在直流側(cè)用直流濾波器吸收平波電抗器后的6、12、18等次殘余諧波分量。 （6）直流斷路器，由于直流電流無自然過零點(diǎn)，電弧難以熄滅，至今超高壓直流斷路器尚未研制出成熟可靠的產(chǎn)品。目前兩端直流輸電系統(tǒng)故障，借助于控制系統(tǒng)限制故障電流，再將故障切除。目前二十五頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

（7）交直流避雷器，是交直流系統(tǒng)絕緣配合的基礎(chǔ)。由于直流電弧難以熄滅，故目前均采用性能優(yōu)良的，無間隙的氧化鋅避雷器。

8）直流互感器，有磁放大器和電子元器件組成。 （9）控制及保護(hù)設(shè)備。直流系統(tǒng)之所以能實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)與具有性能優(yōu)良的控制保護(hù)系統(tǒng)有關(guān)。通過控制橋閥觸發(fā)脈沖相位，調(diào)節(jié)功率大小和方向。調(diào)節(jié)可按不同參數(shù)實(shí)現(xiàn)，如定電流，定電壓，定功率，定熄弧角等。保護(hù)系統(tǒng)有交流設(shè)備保護(hù)，換流閥保護(hù)和直流設(shè)備、線路保護(hù)等。目前二十六頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院4．直流輸電運(yùn)行一個(gè)三相橋式全波整流電路中，交流線電壓與直流電壓有如下的關(guān)系目前二十七頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前二十八頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前二十九頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前三十頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前三十一頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

第二節(jié)系統(tǒng)擾動(dòng)與汽輪發(fā)電機(jī)軸系扭振

隨著超高壓大電網(wǎng)和大功率機(jī)組的投產(chǎn)運(yùn)行，隨著一些大機(jī)組的大軸損壞事故的發(fā)生，機(jī)組軸系扭振問題越來越嚴(yán)重，已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展中需要研究的重要課題。 大型汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系是由多段軸段組成的，其中包括汽輪機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子等。隨著單機(jī)容量的增大，軸系長(zhǎng)度與軸段斷面之比相對(duì)增大。整個(gè)軸系不能再視為一段剛性的軸段，而是一柔性可扭轉(zhuǎn)的軸系。 汽輪機(jī)的葉片受蒸汽沖擊，在每一級(jí)葉輪上施加著一正的扭矩；則發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)輸出電負(fù)荷相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子上施加一負(fù)扭矩。汽輪機(jī)低壓缸與發(fā)電機(jī)之間的靠背輪是扭振的節(jié)點(diǎn)。目前三十二頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

汽輪機(jī)的正扭矩又按高、中、低汽缸的功率分布在不同的軸上，每個(gè)汽缸中又按各級(jí)葉輪的功率分布在軸的不同斷面上。沿整個(gè)軸系長(zhǎng)度方向扭矩的分布是十分復(fù)雜的。但最大扭矩出現(xiàn)在發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)(低壓轉(zhuǎn)子)的聯(lián)軸器上，即扭振的節(jié)點(diǎn)上。 汽輪發(fā)電機(jī)在正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸入的熱功率與輸出的電功率相平衡。整個(gè)軸系保持恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。一個(gè)恒定的扭轉(zhuǎn)變形存在于軸系上。當(dāng)蒸汽量的變動(dòng)或電負(fù)荷的變動(dòng)都會(huì)因此而產(chǎn)生短時(shí)的扭振。目前三十三頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院三、系統(tǒng)擾動(dòng)對(duì)軸系扭振的影響 大型汽輪發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)，隨時(shí)會(huì)由于熱力系統(tǒng)或電力系統(tǒng)的擾動(dòng)而激發(fā)起軸系扭振。 熱力方面的原因諸如汽輪機(jī)調(diào)速汽門的擺動(dòng)、中壓調(diào)門的快關(guān)等。由于軸系最低自然扭振頻率一般都大于10Hz，因此激振扭矩周期必須小于50ms才有可能產(chǎn)生扭振。上述高壓調(diào)門或中壓調(diào)門的動(dòng)作時(shí)間一般都大于l00ms。所以，因熱力方面的原因而引起的軸系扭振是輕微的。 電力系統(tǒng)擾動(dòng)的因素相當(dāng)多，諸如發(fā)電機(jī)的并列操作、失步、失磁、系統(tǒng)短路、重合閘、甩負(fù)荷等，這種擾動(dòng)都是毫秒級(jí)的。此外，系統(tǒng)中存在著負(fù)序分量、諧波分量、靜態(tài)無功補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償、直流輸電等，這類擾動(dòng)是持續(xù)的長(zhǎng)期的。目前三十四頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

因此，人們研究軸系扭振的主要方向是電力系統(tǒng)擾動(dòng)對(duì)軸系扭振的影響，這是大電機(jī)與大電網(wǎng)協(xié)調(diào)的主要課題。 至于大型水輪發(fā)電機(jī)組，由于其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、軸系的長(zhǎng)度與斷面比相對(duì)較小、軸系剛度較大、自然扭振頻率較高等原因，因此系統(tǒng)擾動(dòng)對(duì)其扭振影響不大。目前三十五頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前三十六頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前三十七頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院第五節(jié)電力網(wǎng)諧波污染 電能質(zhì)量，包括電壓幅值、頻率和波形等。隨著工業(yè)的發(fā)展，電壓波形的畸變已受到越來越多的重視。 電力系統(tǒng)中的諧波，主要源自冶金、化工、電氣化鐵路、靈活交流輸電(FACTS)等換流設(shè)備和其他非線性負(fù)荷。電能波形的畸變，給發(fā)、供、用電設(shè)備以及通信帶來嚴(yán)重危害。 為向國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門提供質(zhì)量合格的電能，必須對(duì)各種非線性用電設(shè)備的使用予以規(guī)范，給注入電網(wǎng)的諧波予以有效的監(jiān)測(cè)和治理。目前三十八頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前三十九頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院1．諧波對(duì)輸電線路的影響 超高壓輸電線路常采用單相重合閘來提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。較大的高次諧波電流能顯著地延緩潛供電流的熄滅，導(dǎo)致單相重合閘失敗，或不能采用較短的自動(dòng)重合閘時(shí)間。

2．諧波對(duì)變壓器的影響 諧波會(huì)導(dǎo)致變壓器繞組附加發(fā)熱，變壓器外殼和某些緊固件，也會(huì)引起發(fā)熱和局部過熱。變壓器的諧波損耗數(shù)值較大，據(jù)日本中部電力公司介紹，當(dāng)諧波含量為10％時(shí)，變壓器的損耗增大10％，而且隨變壓器容量的增大，損耗的百分比也愈大。諧波還會(huì)使變壓器噪聲增大。目前四十頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院3．諧波對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的影響 單相牽引負(fù)荷在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生的負(fù)序電流，將反映到變壓器的低壓側(cè)，而在低壓側(cè)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)勢(shì)必會(huì)受到影響。電動(dòng)機(jī)的負(fù)序阻抗比正序阻抗要小得多，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在很小的負(fù)序電壓下，可產(chǎn)生數(shù)倍于負(fù)序電壓百分?jǐn)?shù)的不平衡電流，這個(gè)倍數(shù)等于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流倍數(shù)，將引起電動(dòng)機(jī)的附加溫升，嚴(yán)重時(shí)將燒毀電動(dòng)機(jī)。 高次諧波還會(huì)引起電動(dòng)機(jī)本體局部過熱，嚴(yán)重時(shí)將燒毀電機(jī)。國(guó)外經(jīng)驗(yàn)表明，3、5、7次諧波電壓達(dá)到基波的6％一20％時(shí)，可導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)在短時(shí)間內(nèi)損壞。高次諧波還會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)較大的機(jī)械振動(dòng)。目前四十一頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院4．諧波對(duì)電纜的影響 電纜是電容性設(shè)備，由于電纜分布電容對(duì)諧波電流有放大作用，一方面諧波電壓波形的畸變易在絕緣介質(zhì)中誘發(fā)局部放電，絕緣壽命又和局部放電功率成反比；另一方面諧波使絕緣介質(zhì)損耗和溫升升高。5．諧波對(duì)開關(guān)設(shè)備的影響 諧波電流波形的畸變，當(dāng)電流過零時(shí)，很高，使開關(guān)的遮斷能力降低；當(dāng)諧波嚴(yán)重時(shí)，常不能有效地把電弧吹人滅弧柵，使電弧時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致開關(guān)設(shè)備的損壞。目前四十二頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院6．諧波對(duì)電容器的影響 諧波對(duì)電容器的影響很大，主要表現(xiàn)在電容器諧波容抗和系統(tǒng)諧波感抗配合時(shí)，將造成并聯(lián)諧振和諧波放大。使電容器和串聯(lián)電抗器產(chǎn)生諧振過電流和諧振過電壓，電容器局部放電增加，加速絕緣老化，促使電容器和串聯(lián)電抗器過熱損壞。 因此，當(dāng)接入電容器組時(shí)，必須進(jìn)行校核計(jì)算。諧波對(duì)電容器的危害具體表現(xiàn)為電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)。 電效應(yīng)：由于波形的畸變，可能引起電容器端電壓有效值和幅值的增高，如3、5、7次諧波與基波疊加時(shí)可使電壓波形呈尖頂波。試驗(yàn)表明，尖頂波很容易在電容器介質(zhì)中誘發(fā)局部放電絕緣介質(zhì)加速老化，同時(shí)介質(zhì)損耗tanδ升高。目前四十三頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院7．諧波對(duì)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的影響 繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置通常都是以檢測(cè)被保護(hù)回路和控制回路電流電壓的變化來反映其運(yùn)行狀態(tài)的， 電網(wǎng)諧波和負(fù)序分量將影響其動(dòng)作的正確性。由于繼電器的類型和動(dòng)作原理不同，它們對(duì)諧波和負(fù)序的響應(yīng)也就不同。根據(jù)繼電器的動(dòng)作原理分析，諧波和負(fù)序分量對(duì)電磁型繼電器和感應(yīng)型繼電器的影響較小；而對(duì)利用負(fù)序啟動(dòng)元件的各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置影響最敏感，可能造成保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。目前四十四頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院8．諧波對(duì)電氣計(jì)量的影響 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，常用的模擬式計(jì)量?jī)x表，如電壓表、電流表、有功功率表、無功功率表、電能表和儀用互感器等，應(yīng)工作在正弦電壓、電流波形下，只允許含有少量高次諧波分量。當(dāng)電網(wǎng)含有高次諧波分量超過國(guó)標(biāo)規(guī)定時(shí)，如電能表將因供電頻率偏高，電能表將呈現(xiàn)負(fù)誤差。 電力機(jī)車這樣的諧波源，基波功率從電網(wǎng)流向電力機(jī)車，而諧波功率是從電力機(jī)車流向電網(wǎng)和其他用電設(shè)備，由于功率方向相反，通過電能表的是基波功率減諧波功率，可見將少計(jì)了電能。目前四十五頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

為提高電網(wǎng)電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，必須采取有效措施，例如：將基波功率與諧波功率分別計(jì)量，合理收取電費(fèi)；對(duì)向電網(wǎng)注入諧波的用戶，超過國(guó)標(biāo)允許值時(shí)，采取懲罰性措施；研制能準(zhǔn)確計(jì)量諧波電量的電能表、寬頻帶的電壓互感器和電流互感器等。目前四十六頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院9．諧波對(duì)通信的影響 諧波電流在輸電線上傳輸，主要通過靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)造成影響。在通信網(wǎng)路中引起高頻雜音，產(chǎn)生干擾，信號(hào)失真，降低傳輸質(zhì)量。 靜電感應(yīng)的影響，是通過電力線和通信線間的電容，耦合到通信線上去的，諧波電流和三相電壓不平衡度越大，影響越大。 電磁感應(yīng)的影響，是電力線路的交流電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在鄰近通信線上感應(yīng)干擾信號(hào)。電磁感應(yīng)是嚴(yán)重的干擾源，可能在通信電路中產(chǎn)生危險(xiǎn)電壓，使通信設(shè)備絕緣破壞，甚至危及人身安全。目前四十七頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前四十八頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前四十九頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前五十頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院目前五十一頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

關(guān)于大機(jī)組與大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)

對(duì)目前的我國(guó)電網(wǎng)而言，一臺(tái)600MW機(jī)組的投切和各種故障對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有較大的影響，遠(yuǎn)非中小機(jī)組可比。同樣，系統(tǒng)的異常運(yùn)行或各種故障，對(duì)600MW機(jī)組的威脅也比對(duì)中小型機(jī)組的威脅更大，因此對(duì)600MW機(jī)組運(yùn)行和保護(hù)提出了更高、更嚴(yán)格的要求。目前五十二頁(yè)\總數(shù)五十七頁(yè)\編于十九點(diǎn)華中科技大學(xué)電氣學(xué)院

1．大機(jī)組的靜穩(wěn)定與動(dòng)穩(wěn)定

300、200、I00MW的汽輪發(fā)電機(jī)組，在額定參數(shù)下運(yùn)行時(shí)靜穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)分別為51.7％、59.2％、61.9％。而600MW汽輪發(fā)電機(jī)組在額定參數(shù)下運(yùn)行時(shí)，功角δ約為45°，靜穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)為41.4％。顯然，額定參數(shù)下運(yùn)行時(shí)，600MW機(jī)組靜穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)最小，因而在系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí)，較易失去穩(wěn)定

雖然特性優(yōu)良的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置有改