在電網(wǎng)故障甩負(fù)荷的瞬間,利用汽機進(jìn)汽調(diào)節(jié)門快速控制(fastvalving)來提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的保護措施,也有稱為閥門超前動作(earlyvalveactuationeva)。
汽輪發(fā)電機在電網(wǎng)運行中發(fā)出的電功率可由公式pg=[eu/(xd,+xc)]sinδ確定。式中pg為發(fā)電機可發(fā)出的電功率e為發(fā)電機勵磁感應(yīng)電動勢,u為電網(wǎng)電壓,xd’為發(fā)電機宜軸同步電杭,xc為發(fā)電機外部系統(tǒng)阻抗。δ為發(fā)電機勵緣感應(yīng)電動勢超前于發(fā)電機端電壓的時間相位角,稱發(fā)電機功角。該公式說明:當(dāng)發(fā)電機勵磁恒定,電網(wǎng)電壓和頻率不變時,系統(tǒng)阻抗xc越大,可發(fā)出的電功率越小(可假定xd’不變)。而功角大小表征在上述條件一定的情況下發(fā)電機產(chǎn)生電磁功率的能力。δ=90。時出現(xiàn)zui大電磁功率??捎霉翘匦郧€圖(圖1)說明電網(wǎng)故障前后瞬間發(fā)電機功率與功角的變化。正常運行時,發(fā)電機輸出電功率pg1,與汽輪機的機械功率pt相等,為功角曲線i,功角為δl,在a點穩(wěn)定運行。電網(wǎng)故障時(例如短路發(fā)生),系統(tǒng)等值阻抗增加,功角特性曲線變?yōu)棰ⅲ捎诎l(fā)電機功角瞬間未變化,發(fā)電機功率降至pg2,而汽機的機械功率pt不可能突變,轉(zhuǎn)子在pt—pg2的作用下加逐,功角增加,輸出功率沿曲線ⅱ上升。若達(dá)到c點故障切除,(例如一條故障線路切除),系統(tǒng)等值阻抗減小,(比正常時阻抗仍大),功角曲線為ⅲ,此時功角為δ2:,而對應(yīng)輸出功率為pg3,因pg3>pt,又使轉(zhuǎn)子減速。由于轉(zhuǎn)子具有慣性,在機械功率與電功率的作用下將要經(jīng)過多次搖擺才能穩(wěn)定,即在e點又處于平衡狀態(tài)。能否zui終穩(wěn)定平衡下來決定了減速面積edgf大于加速面積abch,這是電網(wǎng)故障時系統(tǒng)穩(wěn)定的判據(jù)。發(fā)電機的功率擺動將造成電網(wǎng)的不穩(wěn)定當(dāng)加速面積太大,擺動超過j點發(fā)電機失步將切機。(面積fgj為考慮減速面積有一定裕量)。曲線ⅱ和ⅲ是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)確定的,不同故障和切除后的狀態(tài)確定了對應(yīng)情況下的等值阻xc。通過對系統(tǒng)的分析能看出在不同情況故障情況下能否滿足穩(wěn)定的判據(jù)。為提高故障情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定,在故障切除時,將汽機機械功率以比正常調(diào)節(jié)快得多的速度減少是有效措施。即將汽機進(jìn)汽調(diào)節(jié)門快速關(guān)閉一定時間,再根據(jù)要求將其開啟,達(dá)到故障瞬間減少加速面積增加減速面積并保持在新的狀態(tài)下穩(wěn)定運行的目的。
根據(jù)電網(wǎng)的特點,一般情況下對汽門快控的要求可由汽機開度(對應(yīng)汽機功率)與時間的關(guān)系曲線表示(圖2)。圖中各段時間為:tl要求在0.25秒左右(決定于汽機調(diào)節(jié)門zui快關(guān)閉時間);t2在0.2秒至2秒范圍(可調(diào));t3在1秒至10秒范圍(可調(diào))(t3與汽機調(diào)節(jié)門特性有關(guān))。由于電網(wǎng)故障后新的運行狀態(tài)不同,要求汽輪機快速減少負(fù)荷后恢復(fù)到不同狀態(tài),因此出現(xiàn)了持續(xù)快控和短時快控的要求,而持續(xù)快控又與當(dāng)日寸電網(wǎng)負(fù)荷切除后維持在不同輸出功率狀態(tài)有關(guān),一般在50%額定負(fù)荷或以下。為了實現(xiàn)持續(xù)快控的要求,機組配備汽機旁路系統(tǒng)有時也是必要的。
汽門快控可用汽機高壓調(diào)節(jié)門或中壓調(diào)節(jié)門實現(xiàn),甚至同時快控高中壓調(diào)節(jié)門,考慮到中壓缸的功率約占汽機額定功率的60%,且關(guān)閉高壓調(diào)門時對鍋爐的汽壓,汽溫影響較大,一般快控只作用于中壓調(diào)速汽門。
汽輪機檢測電網(wǎng)故障的方法多用測量汽輪機機械功(可用再熱蒸汽壓力表征)與發(fā)電機輸出功率差實現(xiàn),并以此差值大小來啟動快控功能。從整個電網(wǎng)的穩(wěn)定看,宜由電網(wǎng)的自動裝置發(fā)出指令,它可根據(jù)電網(wǎng)故障的部位和性質(zhì),確定電廠中裝有快控功能的汽輪機那些應(yīng)啟動,快速關(guān)閉多少時間后再開啟,和這些汽輪機zui終應(yīng)將調(diào)節(jié)系統(tǒng)維持到多少負(fù)荷值。