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  岁月如歌

电工研究所电力系统研究历程/ 申世民
作者:申世民  日期:2008-05-03     【背景色 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色) 】  【字体:
 

 

电工所在建所前至一九六五年期间,一直进行电力系统方面的研究工作。

建所前的研究工作,是在电工所的前身——长春机械电机的研究所所属的电力研究室(曾称电机研究室)进行的。研究内容主要是围绕解放初期东北地区电力工业的恢复和建设发展的需要,开展了改善和提高电力系统性能的研究,并将研究成果在输电线路上实际应用。

电工所建所初期,曾将开展高电压大电力系统的研究作为研究所的重要研究方向之一,研究内容主要是研究长江三峡电力工程建设中的关键技术问题。一九五八年,电工所承接了长江三峡动力系统工程中的十七项电工科技任务,将已开展的研究工作和承担的新科研任务结合起来进行研究。从一九五八年至一九六五年,电工所在电力系统方面开展了多项研究工作:

韩朔先生领导下,开展了对电力系统稳定和运行方式的一些课题的研究;在鲍城志先生领导下,开展了电力系统自动化一些课题的研究。

一九六四年,中国科学院对电工所的研究方向进行了一次重大调查。因此,进行中的关于电力系统方面的研究课题于一九六五年陆续中止,对有关的科技人员进行了调查和安置,对原有的实验设备做了妥善处理。

图:60年代初我所建成的电力系统动态模拟实验室

 

(一)电力系统稳定和运行方式的研究方面:

一、建所前的研究工作2

1、串联电容补偿输电方式的研究

串联电容补偿输电方式,五十年度初期在国外尚属试用阶段,在我国还是空白。当时东北工业恢复加速用电负载急剧增加,一时造成许多线路输电容量不足。课题组和电业部门协作,提出试用串联电容补偿输电方式,在原线路上加装串联电容器以求提高线路的输电容量和改善电压变动率的研究方案。从1953年开始,首先在实验室内对某些典型输电线路进行各种运行状态分析,特别对采用过补偿时可能发生的异常现象及其防护方法进行重点研究。同时在实验室内对电容器异常现象的保护装置进行研制,对其中有特殊要求的电弧电压低、电弧稳定、能耐受大电流的石墨保护间隙进行重点试验。其后,与牡丹江电业局合作,选定鸡西——密山22KV线路作为试点,在永安变电所加装串联电容器。在195466——12日进行现场的实地实验。通过无负载变压器投入三向短路,电容器旁路断路器开合异常现象,一线接地系统中感应电动机启动等各种运行凡是进行实地实验。结果证实,在典型负载下,受端各变电所经过补偿后,电压可大致提高10%,负载增至预想限变时,线路的输电容量可以提高到满意的需要程度。成功的进行现场实地试验。最后决定投入运行。这是我国第一条串联电容补偿输电线,它的研究和运行经验对日后超高压输电线路的研究采用起到一定的促进作用。

2)电力系统大型交流计算台的研制

随着我国电力系统容量不断增长,系统结构方式日超复杂,大量而复杂的计算工作迫切需要电力系统计算工具,首先是交流计算台的需要。电工所在缺少研制资料的情况下,自力更生,结合国产材料,对交流计算台各类元件进行探索研制和整体规划设计。从1954年开始至1957年研制成包括14个发电单元,86个线路元件,32个负载元件,36个自耦变压器元件,34个电容元件,12个互感器元件的大型交流计算台。这是我国第一台大型交流计算台,研究成功后,全套设备便提供给东北电业局、调度局。在实际电力系统调度和运行计算上正式使用多年。在这段历史时期内发挥了重要作用。该设备在苏联火电设计院阿扎连科著书中曾列为当时工业频率交流台几个代表性设备之一,加以介绍,并刊有全套设备照片。得到了该领域研究的关注。

图:我所自行研制的国内第一台交流计算台

 

二、建所后,1958年至1965年间的研究工作

电力系统稳定和运行方式的研究方面,主要研究目标是研究高压远距离输电和复杂电力系统提高传输功率和稳定性的措施,以及系统的运行方式等问题,发展数值计算与物理模拟和实验相结合的方法,研究和建立了电力系统动态模型、交流计算台和直流输电模型等大型电力系统研究实验工具,开展了一系列课题的研究实验。

1、    电力系统动态模拟的研究和建立3

为了研究电力系统的运行状态和物理本质,特别是一些过渡过程的研究,在进行数值计算的同时,物理模拟实验十分重要。

电力系统动态模拟是根据相似原理,将电力系统的运行状态和机电过渡过程反映在模型上,并保证其与原型系统有相同的物理实质。本课题对近代电力系统的研究和发展有十分重要的作用,因而受到国际上普遍重视。

电工所从1954年开始,在原长春机电所时代即开始电力系统动态模拟的研究,首先对电力系统中主要元件之一同步电机的模拟进行研究。研究用尺寸小的电机模拟大型电机的相似条件、相似判据和设计方法,对容量为2.5千伏安的模型电机进行了重点研究。设计的电机模型共分25千伏安、157.55千伏安四种。并配有不同气隙的凸极合隐极的若干转子。其设计委托哈尔滨电机厂制造。

1958年迁至北京后,在电工所本课题仍作为大型重要研究项目继续进行研究。开展总体设计和励磁系统模型、变压器模拟、输电线路模型、原动机模型、大型汽轮机和水轮机调速系统的模拟等,并制成相应的模型设备。在1960年建成具有可模拟多机组水、火电站,和长距离高压输电系统和具有自动调节和控制设备的大型电力系统模型。有效的开展了电力系统诸多方面的研究和物理实验工作。1964年电工所便中止了前后十年的此项研究。

关于电工所有关电力系统动态模型的研究过程和某些研究结果,结合该领域的新发展,由韩朔和周荣琮汇集编著《电力系统物理模型》一书由科学出版社内部发行供有关单位参考。该项研究成果在1984年科学院学部委员对电工所评议时,被评为重大成果。

电力系统动态模拟的研究,至今仍是该领域重要研究方法之一。可以看出,电工所当年对于该课题的研究,在国内曾起到一定的历史性作用。

2、    电力系统励磁调节的研究

本课题主要是研究强力励磁调节的优化调节规律,并使其在中国电力系统中实现应用。结合我国某些实际电力系统,以物理模拟实验和分析计算相结合的方法,系统的研究了比例调节及强力励磁调节若干调节规律对提高系统静态和动态稳定及改善动态调节过程的作用和影响,研究了某些调节量的作用及其物理意义,优化的调节规律以及确立调节系数的依据等,第一次提出了单独按特大电压偏差系数调节励磁对提高系统静态和动态稳定的优异效果,以及励磁机时间常数及调节器时间常数对这种调节方式的影响,并找出了它的限制条件。

在调节器方面,完成了国内第一台万能型强力励磁调节器的研制。

3、    汽轮发电机原动机调节对电力系统动态稳定影响的研究

原动机调节在改善电力系统动态稳定的措施上是一个重要环节。此项课题,研究了汽轮发电机调速系统按运行参数角度的偏差及其一、二次导数调节的作用,以及在调节过程中原动机和发电机时间常数等参数对稳定的影响。研究结果表明:这种调节能增大作用在发电机转子轴上的同步和阻尼转矩,同时能在故障瞬间根据运行状态的变化,迅速调节原动机功率,对动态稳定的调节有显著作用。同时还研究了汽轮机蒸汽容积时间常数,原动机滑阀位移,以及发电机转子惯性常数诸参数在调节过程中的作用和规律。

4.非同步化运行方式的研究

  对滑差频率励磁非同步的运行方式进行了分析研究,根据对多项滑差频率励磁的非同步的同步电机基本方程式的推导,建立了稳定运行情况下的等价电路图和矢量圆图,对有功和无功功率特性作了研究,寻找出了当作为发电机和电动机运行,以及当供给无功和吸收无功等各种运行情况下,滑差和励磁电压起始角的最佳条件,还研究了临界滑差判据和稳定运行范围,以及电机按定子电流及其微分调节情况下的稳定性等问题。

5.直流输电的研究工作主要是建立模拟装置,开展试验研究。建立了小型低压直流输电模拟装置,它包括整流、逆变、输电线路以及控制调节和测量等环节。本装置可模拟交流到直流,经输电线路再从直流到交流的变换,能改变一些运行条件以研究有关矢量的相互关系,使直流输电的全过程实现物理模拟,且结构简单,操作方便,易于调节。

  在准备高压直流电模拟的研究工作中与太原工学院协作,曾设计了换流站,试验了主要换流元件,研制了栅控系统,加工了输电线路单元。后来由于工作调整,本课题乃告中断。此外,还编辑了直流输电译文集(第一集)”(科学出版社1962年出版)

6400赫交流计算台的研制

  在电工所前身,长春机电所时期,曾建成我国第一台大型交流计算台,在东北电力系统调度和运行上长期使用,发挥了重要作用。电工所筹建期间本课题在该项研究的基础上改为400赫方式进行研制。工作的进程,完成了各类元件的研制和全系统的总装。由于机构调整任务变动,后来转交给电力部火电设计院继续研究调试。

 

(二).电力系统自动化的研究方面:

电力系统自动化系电工所建所初期重点研究方向之一。从1958年开始到l965年电工所调整方向为止,共进行了八年工作。八年中主要进行了五个方面的课题:

1.电力系统摇摆曲线自动计算装置。这是能使交流计算台进行自动化计算的一个设备,它可以大大提高交流计算台在计算电力系统受到冲击(例如短路或合闸等)后的过渡过程时的工作效率。研制完成后,曾配合上述自制的大型交流计算台一起使用,并取得成功。

2.东北电力系统的自动调频。为了调整系统频率,必须首先精确地测出频率偏差,因为频率偏差实际上反映了系统总功率的平衡状态。为此,研制了高精度数字式频率偏差测量装置,并得到成功。在此基础上,再进行系统的自动调频研究,取得了实验结果。

3.动力系统自动经济调度。动力系统的经济调度的判据是全系统运行效率最高,而不仅着眼于单个的运行是否最经济。因此需要进行统筹考虑和大量计算,在当时缺乏高速计算机的条件下,此项研究进行了许多理论分析研究,并取得一定结果。

4.动力系统事故分析和处理的逻辑控制。此项研究主要是利用数字逻辑技术来分析和处理动力系统中发生的事故。工作的重点放在理论研究和分析方面,得到了一定的理论成果。

5.动力系统自动经济调度的数学物理模拟。如上所述,动力系统的经济调度是大系统的控制问题,其数学模型非常复杂。为此,一方面进行理论分析,另一方面也进行了一定的物理模拟。当时曾和东北电管局的沈阳中心试验所合作进行了模拟式有功功率自动分配装置的研制,做出了实验装置,并移交给他们作进一步的研究。

以上各项工作都得到了实际和理论结果。

有一本译著:《动力系统调频和经济运行译文集》(科学出版社1959年出版);一本专著《动力系统最佳运行及其控制》(科学出版社,1965年出版)。

                  

图:1960年苏联科学院专家马尔科维奇教授来我所讲学

 

(三)电力系统研究工作的调查

1964年,全国统一动力系统建设的速度放缓,三峡工程推迟;在中科院内部,采取措施,加强国防建设任务方面的科技力量,也为了避免在电力系统研究方面中科院与产业部门以及高等院校间不必要的重复,院领导与电力部领导协调后,对电工所的科研方向任务进行了调整,即将原来的研究全国统一动力系统建设中的关键电工技术问题,转变为针对国民经济和国防建设的需要,大力发展电工电能新技术应用及其基础理论的研究。因此,有关电力系统的研究工作转移给产业部门,所内原在进行中的各个研究课题在1964年至1965年间陆续中止,相应的两个研究室——电力系统稳定研究室和电力系统自动化研究室同时撤销,原来从事电力系统稳定和运行方式研究工作的科研人员,在所内安排到电感储能、微电机、电加工等课题工作,而原来从事电力系统自动化研究的科技人员,分别调到中科院沈阳自动化所和北京自动化所,参加工业自动和国防自动化方面的工作。已建成的一套完整的电力系统动态模型装置,调拨给电力部电力科学院和华中工学院使用,已进行了基本调试的400赫兹交流计算台调拨给电力部火电设计院继续调试。

 参考文献

1、   电力系统  《中国科学院电工研究所成立三十年》P16-17

2、   电工所建所前早期的几项研究工作  韩朔

3、   电力系统动态模拟的研究和建立    韩朔

4、   电工所诞生记  《新电气》创刊号  朱尚廉

 



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