第六章 电力系统自动低频减载及其他安全自动装置

四、自动低频减载的工作原理
装置的动作顺序
B
最大功率缺额 的确定
A 自动低频减载
C 频率级差的选
择
后备级的考虑
E
D 每级切除负荷
量限制
四、自动低频减载的工作原理
“轮” ：计算点 f1、f2⋯ ⋯ fn 点1：系统发生了大量的有功功率缺额 点2：频率下降到 f1，第一轮继电器起动，经 一定时间 Δt1 点3：断开一部分用户，这就是第一次对功率 缺额进行的计算。 点3-4：如果功率缺额比较大，第一次计算不 能求到系统有功功率缺额的数值，那么频 率还会继续下降，很显然由于切除了一部 分负荷，功率缺额已经减小，所有频率将 按3-4的曲线而不是3-3'曲线继续下降。
二、电力系统频率的静态特性
功率缺额值。 P h
1 f Ph KL
K L 通常以标幺值表示：
50 Ph Ph % f K L* PLN 2 K L*
PLN 额定工况下的有功负荷。
例 电力系统在某一运行方式时，运行机组的总额定 容量为450MW，此时系统中的负荷功率为430MW ，负荷调节效应为KL*=1.5，设这时发生事故，突 然切除额定容量为100MW的发电机组，如不采取 任何措施，求事故情况下的稳态频率。 解：当时系统的热备用为 20MW, 所以实际功率缺额 为80MW,将有关数据代入上式得：
1 f Ph KL
可得
Ph max PL max K L* f * PLN PL max
PL max
Ph max K L* PLN f* 1 K L* f *
六、各轮动作功率的选择
1）第一级动作频率 f1 一般的一级启动频率整定在 48.5~49Hz。 2）最后一轮的动作频率 fn 自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于 46 ～ 46.5Hz。 3）前后两级动作的时间间隔 前后两级动作的时间间隔是受频率测量元件的动作误差 和开关固有跳闸时间限制的。 4）频率级差
f1 f n n 1 f
f 一般取 0.5Hz ，由于数字式频率继电器的广泛使用，现 已减为0.3~0.2Hz。
七 每级切除负荷 P L i 的限制 f i f N f i ， 系统当时的功率缺额 P i 1 由负荷调节 效应的减少功率来补偿，因此
P i 1 PLN PLk
五、最大功率缺额的确定
1）保证在系统发生最大可能的功率缺额时，也能断 开相应的用户，避免系统的瓦解，使频率趋于稳 定。 2）对系统中可能发生的最大功率缺额应作具体分析： 有的按系统中断开最大容量的机组来考虑；有的 要按断开发电厂高压母线来考虑等。 3）系统功率最大缺额确定以后，就可以考虑接于减 负荷装置上的负荷的总数。要求恢复频率 fhf 可以 低于额定频率。 4）考虑到负荷调节效应，接于减负荷装置上的负荷 总功率 PJH 可以比最大功率缺额 Pqe 小一些。
《电力系统自动装置》
第六章 电力系统自动低频减载及其他安 全自动控制装置
主讲教师： 胡志坚 武汉大学电气工程学院
第一节 概述 一、安全装置的意义
系统规模扩大 事故严重性扩大
a、故障则系统减少PA。若备用不足必须切负荷。 b、若故障切除，则还有暂稳极限问题。
二、电力系统安全装置的种类
自动化安全性保证
2、对装置的基本要求
按频率自动减负荷装置动作后，系统频率 应回升到恢复频率范围内。 我国电力系统规定恢复频率不低于49.5Hz 要使按频率自动减负荷装置充分发挥作用 ，应有足够负荷接于按频率自动减负荷装 置上。
应根据系统频率的下降程度切除负荷。 切负荷方式——分级切除 逐步逼近。 各级动作频率确定应符合系统要求。 首、末级动作频率 级差、级数 按频率自动减负荷装置各级的动作时间应符合要求 按频率自动减负荷装置应设置附加级(后备级)。
电压崩溃 电压崩溃
当频率降低时，励 磁机、发电机等的 转速相应降低，加 剧了系统无功不足 情况，使系统电压 水平下降，当 某些 中枢点电压低于某 一临界值时，将出 现所谓 “ 电压崩溃 ” 现象.
二节 自动低频减载
一、概述 a) 事故情况下，系统可能产生严重的有功缺额，因 而导致系统频率大幅度下降。 b) 所缺功率已经大大超过系统热备用容量，只能在 系统频率降到某值以下，采取切除相应用户的办 法来减少系统的有功缺额，使系统频率保持在事 故允许的限额之内。 c) 这种办法称为按频率自动减负荷。中文简拼为 “ ZPJH ” ， 英 文 为 UFLS （ Under Frequency Load Shedding）。
二 水轮机低频自启动装置
在水轮机组上安装按频率自动启动及快 速并列的装置。
三 自动切机与电气制动
1.迅速切除部分机组，以减少输电线路的传输 功率 2.把发电机产生的电能在发电机侧快速消耗掉 ，以迅速减少输电线路的传输功率，从而 达到保持系统稳定的目的。实施的方案是 在发电机端装设足够容量的并联电阻。
自动切机 电气制动
水轮机 低频自 启
安全装置
自动解 列装置
自动低 频减载
三 、低频运行的后果
对汽机的影响 对汽机的影响
汽轮机长时期低 于 频 率 49 ～ 49.5Hz 以下运行 时，叶片容易产 生裂纹，当频率 低到45Hz附近时 ，个别级的叶片 可能发生共振而 引起断裂事故。
频率崩溃 频率崩溃
当频率下降到47～ 48Hz 时 ， 火 电 厂 的厂用机械的出力 将显著降低，使锅 炉出力减少，导致 发电厂输出功率进 一步减少，致使功 率缺额更为严重。 从而造成所谓“频 率崩溃”现象 。
点4：当频率下降到 f2时，ZPJH的第二轮频率 继电器启动，经一定时间 Δt2后 点5：又断开了接于第二轮频率继电器上的用 户。 点5-6：系统有功功率缺额得到补偿。频率开 始沿5～6曲线回升，最后稳定在f∞(2)。 逐次逼近：进行一次次的计算，直到找到系 统功率缺额的数值（同时也断开了相应的 用户）。即系统频率重新稳定下来或出现 回升时，这个过程才会结束。
i1
七、各轮最佳断开功率的计算
1) 系统频率的最后稳定值在最大恢复频率 fhf ⋅ 与最小恢复频率 fhf⋅ 2) （ fhf ⋅ 计算误差的 3) 当ZPJH动作后，可能出现的最大误差为最小时， ZPJH就具有最高的选择性。 4) fhf⋅
min事实上等于特殊轮的动作频率 fdz⋅ ts min⋅ i之间 max ⋅ i － fhf ⋅ min ⋅ i max ⋅ i
八、特殊轮的功用与断开功率的选择
1） 第 i 轮动作后，系统频率稳定在低于恢复 频率的低限fhf⋅ min⋅ i，但又不足使 i+1 轮减负 荷装置动作 2） 特殊轮的动作频率 fdzts=fhf⋅
min
3） 它是在系统频率已比较稳定时动作的，因 此其动作时限可以取系统频率时间常数 Tf 的2～3倍，一般为15～25s
50 Ph 50 80 f 6.2 Hz K L* PLN 1.5 430
所以该事故后系统的稳态频率将降至43.8Hz 。
三、系统频率的动态特性
系统频率变化不是瞬间完成的，而是按指数 规律变化，其表示式为
式中 f∞——由功率缺额引起的另一个稳定运行频率 Tf—— 系统频率变化的时间常数，它与系统等 值机组惯性常数以及负荷调节效应系数KL∗ 有关， 一般在（ 4 ～ 10 ）间。大系统 Tf 较大，小系统 Tf 较小。
4） 特殊轮断开功率可按以下两个极限条件来 选择： （ 1 ）当最后第二轮即 n-1 轮动作后，系统频 率不回升反而降到最后一轮，即第 n轮动作 频率 fdzn 附近，但又不足使第 n 轮动作时， 则在特殊轮动作断开其所接用户功率后， 系统频率应恢复到 fhf⋅ min 以上，因此特殊轮 应断的用户功率为
自动低频减载装置是针对事故情况的一种 反事故措施，不要求系统频率 fhf 恢复到额 定值，一般希望它的恢复频率低于额定值 ，约为 49.5~50 Hz 。故接到自动低频减载 装置最大可能的断开功率Δ PLmax 可小于最 大功率缺额ΔPhmax。
设正常运行时系统负荷为 PLN ，额定频率 与恢复频率 fh 之差为 Δf ，根据
装置在系统中的配置
第三节 其他安全自动控制装置
一 自动解列装置 （一）厂用电系统解列应用 在厂用电系统如果具备独立供电的条件 ，可以考虑厂用电系统与系统解列运行的 可能性。 （二）系统解列的应用 在联合系统运行时，在发生大的功率缺 额使联络线过负荷时可以考虑应用。
解列点选择应考虑的条件：
1. 尽量保持解列后各部分系统的功率平 衡，以防止频率，电压的剧烈变化。 因此解列点应选择在有功功率，无功 功率分点上或功率交换最小处。 2. 适当考虑操作方便，易于恢复且具有 较好的远动，通信条件。
）是正比于 ZPJH 第 i 次的
5) 一般情况下，各轮的 fhf ⋅ max ⋅ i 是不同的，而ZPJH 的最终计算误差则应按其中最大的计算。根据极 值原理，显而易见，要使ZPJH装置的误差为最小 的条件是： fhf ⋅ max ⋅ 1 = fhf ⋅ max ⋅ 2 = ..........=fhf ⋅ max ⋅ n =fhf0 6) 各轮恢复频率的最大值 fhf0可考虑如下：当系统频 率缓慢下降，并正好稳定在第i轮继电器的动作频 率 fdzi时，第 i 轮继电器动作，并断开了相应的用 户功率ΔPi，于是频率回升到这一轮的最大恢复频 率fhf⋅ max⋅ i 。
k 1 i 1
fi K L* fN
P
k 1
i 1
Lk
低频减载装置前 ( i-1 ) 级断开的负
荷总功率。
为了把所有功率都表示为系统负荷的标幺值，
Pi1* (1 P Lk* )KL*fi*
k 1
i1
经推导，有
KL*(fi* fh*) P Li* (1 P Lk* ) 1 KL*fh* k 1