电力系统的运行状态

1.1.1　电力系统的运行状态

电力系统是电能生产、变换、输送、分配和使用的各种电力设备按照一定的技术与经济要求有机组成的一个联合系统。当前电能一般还不能大容量地存储，因此，生产、输送和消费是在同一时间完成的。为此，电能的生产量应每时每刻与电能的消费量保持平衡，并满足质量要求。为满足时刻变化的负荷需求和电力设备安全运行的要求，电力系统的运行状态将随时在变化着。

电力系统运行状态指电力系统在不同运行条件（负荷水平、出力配置、系统接线、故障等）下的系统与设备的工作状况。根据不同的运行条件，可以将电力系统的运行状态分为正常状态、不正常状态和故障状态。电力系统运行控制的目的就是通过自动的和人工的控制，使电力系统尽快摆脱不正常状态和故障状态，长时间在正常状态下运行。

1）正常运行状态

在正常状态下运行的电力系统，以足够的电功率满足负荷对电能的需求；电力系统中各发电、输电和用电设备均在规定的长期安全工作限额内运行；电力系统中各母线电压和频率均在允许的偏差范围内，提供合格的电能。一般在正常状态下的电力系统，其发电、输电和变电设备还应保持一定的备用余量，以满足负荷随机变化的需要，同时在保证安全的条件下，可以实现经济运行；能承受常见的干扰（如部分设备的正常、故障操作），从一个正常状态和不正常状态、故障状态通过预定的控制连续变化到另一个正常状态，而不致于进一步产生有害的后果。

2）不正常运行状态

电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的情况属于不正常运行状态。例如，因负荷超过电力设备的额定值所造成的电流升高（又称为过负荷）；系统中出现功率缺额而引起的频率降低；发电机突然甩负荷引起的发电机频率升高而产生的过电压；中性点不接地和非直接接地系统的单相接地引起的非接地相对地电压的升高，以及电力系统发生振荡等。

3）故障状态

电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因而造成故障，使部分等式、部分不等式约束遭到破坏，例如短路、断线、复杂故障等。最常见、同时也是最危险的故障是发生各种类型的短路。

电力系统短路的基本类型主要有相间短路、接地短路和匝间短路三类，其中相间短路又分为三相短路和两相短路；接地短路又包括两相接地短路和单相接地短路；匝间短路指的是发电机或变压器同一绕组不同线匝之间的短路。不同类型短路发生的概率是不同的，短路电流的大小也不同，一般为负荷电流的几倍到几十倍。大量的现场统计数据表明，在高压电网中，单相接地短路次数占所有短路次数的90%以上。2001年我国220kV电网共有输电线路3543条，线路总长为141945km，共发生故障1786次，故障率为1.25次／（百公里·年）。表1－1给出了各种类型故障发生的次数与概率。

表1-1　2001年我国220kV电网输电线路故障统计表

短路发生之后，可能会对电力系统产生以下后果：

（1）通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使元件损坏。

（2）短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，使它们的损坏或缩短使用寿命。

（3）电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品的质量。

（4）破坏电力系统的各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使系统瓦解。

不正常运行状态和故障都可能在电力系统中引起更大事故。事故是指系统或其中的一部分的正常工作遭到破坏，并到达对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成电气设备的损坏和人身伤亡。事故的发生，除了由于自然的因素（如遭受雷击、架空线倒杆等）以外，一种是由于设备制造的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当所引起的；另一种是由于故障切除迟缓或设备被错误地切除，致使故障发展成为事故，甚至引起事故的扩大。因此，只要充分发挥人的主观能动性，正确地掌握客观规律，加强对设备的维护和检修，就可以大大减少发生事故的概率，把事故消灭在发生之前。