电力系统自动装置第六章_低频减载1
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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
电力系统自动装置第六章_低频减载1
1 f Ph KL
系统功率缺额 负荷的频率调节特性 系统功率缺额
50 Ph f K L* PLN
2018/11/3
9/37
2、电力系统频率的动态特性
i
B系统
A系统
在系统稳态运行情况下
PAi
Ui i
PBi
ui U mi sini t i
全电网统一的角频率
2018/11/3 17/37
（1）最大功率缺额的确定
1 f Ph KL
f f N f h
Ph. max PL. max K L* f * PLN PL. max
Ph. max K L* PLN f * 1 K L* f *
PL. max
•根据系统负荷、系统恢复频率以及最大功率缺额 Ph. max ，可以 计算出接到自动低频减载装置的功率总数。
6、特殊轮
2018/11/3 16/37
（1）最大功率缺额的确定
•考虑即使在系统发生最严重的事故情况下，也就是出现最大可能 的功率缺额时，接至自动低频减载装置的用户功率量（待切除的 负荷）也能使系统频率恢复至可以运行的水平，以避免事故扩大。 •确定系统事故情况下最大的可能功率缺额，以及接入自动低频减 载装置的功率值，是系统安全运行的重要保证。 •一般应该根据最不利的运行方式下发生事故时，实际可能发生的 最大功率缺额来考虑。例如：按系统中断开最大机组，或者某一 电厂来考虑。 •一般希望系统切除负荷后的恢复频率要小于系统额定频率 f h f N •自动低频减载装置的最大可能断开的功率PL. max要小于最大功率 缺额 Ph. max PL. max Ph. max
2018/11/3
North China Electric Power University
电力系统自动装置低频减载
1 f K L Ph
系统功率缺额 负荷的频率调节特性
f 50 Ph K L* PLN
系统功率缺额
2020/5/12
9/37
2、电力系统频率的动态特性
B系统
i
PAi
PBi
Uii
在系统稳态运行情况下
A系统 ui U mi sinit i
全电网统一的角频率
•当系统受到微小扰动时，系统频率仍然维持 f X ，PAi PBi 发生
解决办法：针对引发系统性事故的紧急操作任务必须依靠
自动控制系统装置来完成。
电磁暂态
Electromagnetic Switching Transient
暂态稳定
Transient stability（angle and voltage） 小扰动稳定
系统运行 Power system operation
第六章 电力系统自动低频减 载及其他安全控制装置
主要内容
电力系统典型事故 自动低频减载
频率的静态/动态特性 自动低频减载的工作原理
最大功率缺额/动作顺序/频率级差选择 每段切功率的限制/延时与防止误动作特殊轮
自动低频减载装置
其他安全自动控制装置 自动解列装置 水轮机低频自启动装置 自动切机与电气制动
变化， i 也发生变化。此时，母线电压的瞬时角频率为
i
d dt
X
t
i
X
d i
dt
X
i
fi f X fi
•由于在扰动过程中，各母线电压的相角不可能具有相同的变化
率，因此，系统中各母线电压频率变化并一致。 变化情况。
f
i
取决于
i
的
2020/5/12
第六章 电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置
7
§6-2 自动低频减载
p发生频率崩溃现象
当 f↓→ 47~48Hz时，火电厂的厂用机械 (如给水泵等 )的出力将显著 ↓，→锅炉出力↓，导致发电厂发电功率进一步↓，致使功率缺额 更为严重。于是系统 f 进一步↓，这样恶性循环将使发电厂运行受 到破坏，从而造成所谓 “ 频率崩溃 ” 现象。
p对汽轮机的影响
l
Ø Ø Ø Ø
本章重要内容
电力系统安全自动控制装置的意义 ； 低频运行对电力系统运行的影响； 电力系统频率的静态和动态特性； 自动低频减载的工作原理；
2
第六章 电力系统自动低频减载及其他安全自 动控制装置
n
n
n
随着电力工业的迅速发展，电力系统的规模日益增大。运 行经验表明 大系统事故将使国民经济蒙受巨大损失，给人 民生活造成 极大困难 。例如 1965年 11月 9日美国电力系统 事故大约 20万 km2 的区域停电 13 h 以上，停电负荷达 2500 万 kW。 所以，对于系统性事故采取有效对策，以提高电 力系统运行的可靠性具有特别重要的实际意义。 当电力系统发生某些故障时，如不及时采取措施，就有可 能引起连锁反应，使事故扩大，以致危及整个系统的安全 运行。 本章所介绍的电力系统中常见的几种自动装置就是针对危 及系统安全运行的故障所采用的自动化对策，它们的主要 任务是，当系统发生某些故障时，按照预定的控制准则迅 速作出反应，采取必要措施避免事故扩大。
运行经验表明，某些汽轮机长时期在 f < 49~49.5Hz以下运行时，叶 片容易产生裂纹，当 f ↓→ 45Hz附近时，个别级的叶片可能发生共 振而引起断裂事故。
p发生电压崩溃现象
当 f↓时，励磁机、发电机等的 n相应↓，由于发电机的电动势↓和 电动机 n↓，加剧了系统无功不足情况，使系统电压水平↓。运行 经验表明，当 f ↓→ 46~45Hz时，系统电压水平受到严重影响，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， 系统运行的稳定性遭到破坏，最后导致系统瓦解。
§6-2 自动低频减载
p发生频率崩溃现象
当 f↓→ 47~48Hz时，火电厂的厂用机械 (如给水泵等 )的出力将显著 ↓，→锅炉出力↓，导致发电厂发电功率进一步↓，致使功率缺额 更为严重。于是系统 f 进一步↓，这样恶性循环将使发电厂运行受 到破坏，从而造成所谓 “ 频率崩溃 ” 现象。
p对汽轮机的影响
l
Ø Ø Ø Ø
本章重要内容
电力系统安全自动控制装置的意义 ； 低频运行对电力系统运行的影响； 电力系统频率的静态和动态特性； 自动低频减载的工作原理；
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第六章 电力系统自动低频减载及其他安全自 动控制装置
n
n
n
随着电力工业的迅速发展，电力系统的规模日益增大。运 行经验表明 大系统事故将使国民经济蒙受巨大损失，给人 民生活造成 极大困难 。例如 1965年 11月 9日美国电力系统 事故大约 20万 km2 的区域停电 13 h 以上，停电负荷达 2500 万 kW。 所以，对于系统性事故采取有效对策，以提高电 力系统运行的可靠性具有特别重要的实际意义。 当电力系统发生某些故障时，如不及时采取措施，就有可 能引起连锁反应，使事故扩大，以致危及整个系统的安全 运行。 本章所介绍的电力系统中常见的几种自动装置就是针对危 及系统安全运行的故障所采用的自动化对策，它们的主要 任务是，当系统发生某些故障时，按照预定的控制准则迅 速作出反应，采取必要措施避免事故扩大。
运行经验表明，某些汽轮机长时期在 f < 49~49.5Hz以下运行时，叶 片容易产生裂纹，当 f ↓→ 45Hz附近时，个别级的叶片可能发生共 振而引起断裂事故。
p发生电压崩溃现象
当 f↓时，励磁机、发电机等的 n相应↓，由于发电机的电动势↓和 电动机 n↓，加剧了系统无功不足情况，使系统电压水平↓。运行 经验表明，当 f ↓→ 46~45Hz时，系统电压水平受到严重影响，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， 系统运行的稳定性遭到破坏，最后导致系统瓦解。
第六章 电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置
1)迅速切除部分机组，以减少输电线的传输功率
2)电气制动 当发生故障需要减少输电线的传输功率时，自动控制装臵动作， 迅速投入相应数量的并联电阻。
2)级差不强调选择性 减小级差f ，增加总的频率动作级数n，同时相应地减少每级的切 除功率，这样即使两轮无选择性起动，系统恢复频率也不会过高 可采用增加级数的和缩小各级之间级差的方法来解决恢复频率 过高或过低的问题。
D 每级切除负荷PLi 的限值
每级切除功率按小于右式进行 P (1 Li *
Because
N f fN f N fN
d d df dt dt dt PGN PLN Tx PGN df PT PL PLN dt
PL PLN K L f PL 1 K L f Tx Tx PGN df PT 1 K L f PLN dt PGN df K L f P T 1 P h PLN dt PGN Tx PLN K L*
2)
3) 事故情况下，如果在f1时切除负荷功率PL1小于功率缺额Ph，则系统的稳态频率 就低于额定值。设切除负荷PL1后，正好使系统频率维持在f1运行，那么它的频 率特性如图中直线d所示
4) 设系统的频率下降至f1时切除负荷功率PL2，且PL2 小于上述情况的PL1 ，这时 系统频率将继续下降，如果这时系统的功率缺额所对应的频率稳定值为 fb ，系 统频率的变化过程如图中曲线 e 所示。比较b、e两曲线说明，如能及早切除负荷 功率， 可延缓系统频率下降过程。
n f1 f N 1 f
C 频率级差f 的选择
1)按选择性确定级差
强调各级动作的次序，要在前一级动作以后还不能制止频率下 降的情况下，后一级才动作。
电力系统自动装置 第3版 第六章 电力系统自动低频减载装置
4、电力系统发生低频振荡时，低频减载装置不 应误动作。
5、电力系统受谐波干扰时，低频减载装置不应 误动作。
§6-2 自动低频减载装置的工作原理 二、最大功率缺额的确定
当系统出现有功功率缺额时，为了使停电的用户 尽可能少，一般希望系统频率恢复到可运行的水平 即可，并不要求恢复到额定频率，即系统恢复频率 小于额定功率。这样，低频减载装置可能断开的最 大功率△ PL.max 可小于最大功率缺额△Ph.max 。设正常 运行时系统负荷为 PL ，根据式（6-7）可得
Ph.max PL.max PL PL.max
K Lf
PL. m a x
Ph. m a x 1
K L PL f K Lf
§6-2 自动低频减载装置的工作原理 三、自动低频减载装置动作顺序
根据起动频率的不同，低频减载装置可分为若 干级，按所接负荷的重要性又分为n个基本级和n个 特殊级。
1、基本级。基本级的作用是根据频率下降的程 度，依次切除不重要的负荷，制止系统频率的继续 下降。为了确定基本级的级数，首先应该确定第一 级起动频率 f1 和最末一级起动频率 fn 的数值。
§6-1 概述 一、低频运行的危性
(3)系统频率若长时间运行在49．5～49Hz以下 时，某些汽轮机的叶片容易产生裂纹；当频率 降低到45Hz附近时，汽轮机个别级别的叶片可 能发生共振而引起断裂事故。
运行实践表明：电力系统的运行频率偏差不 超过±o.2Hz；系统频率不能长时间运行在（49 ．5～49）Hz以下；事故情况下．不能较长时间 停留在47Hz以下；系统频率的瞬时值绝对不能 低于45Hz。
§6-1 概述 二、系统的动态频率特性
§6-2 自动低频减载装置的工作原理 一、对自动低频减载装置的基本要求
5、电力系统受谐波干扰时，低频减载装置不应 误动作。
§6-2 自动低频减载装置的工作原理 二、最大功率缺额的确定
当系统出现有功功率缺额时，为了使停电的用户 尽可能少，一般希望系统频率恢复到可运行的水平 即可，并不要求恢复到额定频率，即系统恢复频率 小于额定功率。这样，低频减载装置可能断开的最 大功率△ PL.max 可小于最大功率缺额△Ph.max 。设正常 运行时系统负荷为 PL ，根据式（6-7）可得
Ph.max PL.max PL PL.max
K Lf
PL. m a x
Ph. m a x 1
K L PL f K Lf
§6-2 自动低频减载装置的工作原理 三、自动低频减载装置动作顺序
根据起动频率的不同，低频减载装置可分为若 干级，按所接负荷的重要性又分为n个基本级和n个 特殊级。
1、基本级。基本级的作用是根据频率下降的程 度，依次切除不重要的负荷，制止系统频率的继续 下降。为了确定基本级的级数，首先应该确定第一 级起动频率 f1 和最末一级起动频率 fn 的数值。
§6-1 概述 一、低频运行的危性
(3)系统频率若长时间运行在49．5～49Hz以下 时，某些汽轮机的叶片容易产生裂纹；当频率 降低到45Hz附近时，汽轮机个别级别的叶片可 能发生共振而引起断裂事故。
运行实践表明：电力系统的运行频率偏差不 超过±o.2Hz；系统频率不能长时间运行在（49 ．5～49）Hz以下；事故情况下．不能较长时间 停留在47Hz以下；系统频率的瞬时值绝对不能 低于45Hz。
§6-1 概述 二、系统的动态频率特性
§6-2 自动低频减载装置的工作原理 一、对自动低频减载装置的基本要求
电力系统低频低压减载装置
ZPJH最末一级动作频率的确定 不应低于45Hz，否则，可能会导致整个系统瓦解 。
ZPJH动作要有选择性 相邻两级ZPJH动作频率之间应有一定的级差，一 般可取0.5Hz；根据第一级动作频率f1和最末一 级动作频率fn以及频率级差Δf，可计算ZPJH的级 数。
n f 1 fn 1(取整数) f
3、ZPJH装置的实现方法 低频率继电器、时间继电器、中间继电器。
现在已全部实现微机化； ZPJH功能集成在线路或 母线保护中；有的站也配置了单独的低周减载装置 或低频低压减载装置。
（2）系统频率降低使励磁机等的转速也相应降 低，当励磁电流一定时，发送的无功功率会随着 频率的降低而减少，可能造成系统稳定的破坏。 （3）电力系统频率变化对用户的不利影响： 频率变化将引起异步电动机转速的变化。 系统频率降低将使电动机的转速和功率降低。 （4）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ轮机对频率的限制。汽轮机长期在低于 49.5Hz的频率下运行时，叶片容易产生裂纹。
ZPJH恢复频率的确定 为了不过多地切除负荷，并不需要使频率恢复到 额定值，恢复频率通常定为48-49.5Hz。
ZPJH动作时限 ZPJH动作越快越好，为防止ZPJH误动，一般带 0.5s的延时。
装设后备ZPJH
在ZPJH动作过程中，有时会出现前一级动作后，系
统频率稳定在恢复频率以下，但又不能使下一级 ZPJH动作的情况。为此，可装设后备ZPJH装置， 可分为若干级，动作时限为10-25秒，各级时间差 大于5秒。当一些基本ZPJH装置动作后，如频率稳 定在较低水平时，后备ZPJH装置便动作，切除部分 负荷，使频率回升并稳定到恢复频率以上。
二、负荷调节效应 电网中负荷吸取的有功功率不是一成
不变的，当频率下降时，负荷吸取的有功功率将减
电力系统自动装置第6章pdf
ü应根据最不利的运行方式发生事故时实际可能发生
的最大功率缺额 单击此处编辑母版标题样式
ü如系统解列，还应考虑各子系统可能发生的最大功 率缺额。
ü一般减载后并不希望频率恢复到额定值，所以断开 的最大功率可小于最大功率缺额。
K L*Df*
=
DPhmax - DPLmax PLN - DPLmax
根据此式能计算出需切 除的最大负荷功率
5.2 低频减载的动作顺序
ü系统运行方式多变，事故的严重程度不相同，要求 低频减载装置切除相应的功率，不能过多，也不能 过少。
ü降目过前程，中一，般按采频用率“下单分降批击的次此不的同处切程除编度负辑按荷母顺”—序版—切标在除频题负率荷样下，式
也就是将最大断开功率分配在不同的频率值进行分批 切除。
5.5 防止误动作措施 误动作现象： ü电压下降时可能引起频率继电器误动作，
ü成当系系统统频容率量瞬不时大下、跌单系而击统引此有起很低处大频编的减辑冲载击母装负置版荷误标时动题，作可样能式造
解决方法： ü可采用一个时延以躲开暂态过程可能出现的误动作。 ü可通过引入其他信号进行闭锁。 ü可进行按频率自动重合闸。
自动低频减载装置分设在各变电所，各母线电压 的频率在暂态过程中并不一致，造成同一级的低频减 载装置可能不同时启动。
5.4 每级切除负荷的限制
某一级自动减载动作后，系统的频率恢复到希望值 的附近，不希望频率恢复过高，更不希望恢复后的系 统频率大于额定频率。
设前级自动减载装单置击动此作后处，编系辑统母频率版更标好题稳定样在式
ü第一级启动频率f1的选择 （1）切负荷尽量早，以延缓频率下降速度；
（2）考虑旋转备用的动作延迟，
（3）一般定在48.5-49Hz。
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（2）自动低频减载装置的动作顺序
•系统运行方式有很多种，事故的严重程度也很大差别，而对于自 动低频减载装臵都必须做出恰当的反应，切除相应数量的负荷。 •解决的办法——只有分批断开负荷功率，采用逐步修正的办法， 才能取得较为满意的结果。 •尽管频率动态方程表明频率下降速率载有有功缺额的信息，但在 实际应用中，按频率降低值来切除负荷，即按频率自动减载。 •自动低频减载装臵是在电力系统发生事故后系统频率下降时，按 照频率的不同数值按顺序依次切除负荷，也就是将最大开断功率 分配在不同启动频率值的区段内分批切除负荷。 •为了确定自动低频减载装臵的级数，应该确定第一级启动频率 和最末一级启动频率 f n 的数值。
3、发生电压崩溃现象
励磁机、发电机转速下降 频率降低
电压水平下降
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加剧无功不足
电动势下降
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1、电力系统频率的静态特性
•在电力系统出现较大的功率缺额时，如能在较低的频率维持运 行，主要是依靠负荷频率特性的调节作用。 •当频率降低时，负荷按照自身的频率特性自动地减少了从系统 中所吸收的功率，使之与发电机发出的功率尽可能的保持平衡。 此时，系统所减少的功率就是系统的功率缺额。
e
3、频率级差
f1 f n n 1 f
•n级数越大，每级开断的 功率越少，适应性越好。
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f1
c
fb
fa
b
c
a
c
t
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（3）频率级差的选择
对于频率级差的选择有两种原则，原则之一如下：
（1）按照选择性确定频率级差
•强调各级元件动作次序，要求在前一级动作后还不能制止频率 下降的情况下，后一级才能动作。
第六章 电力系统自动低频减 载及其他安全控制装置
主要内容 电力系统典型事故 自动低频减载
频率的静态/动态特性 自动低频减载的工作原理
最大功率缺额/动作顺序/频率级差选择 每段切功率的限制/延时与防止误动作特殊轮
自动低频减载装置
其他安全自动控制装置 自动解列装置 水轮机低频自启动装置 自动切机与电气制动
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2、电力系统频率的动态特性
PGN d f* Ph* TX f* PLN K L* dt K L* Ph* d f* Txf f* dt K L*
•当系统出现功率缺额或者功率过剩时，系统频率 f X t 的动态特性可用指数曲线来描述。 fe
6、特殊轮
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（1）最大功率缺额的确定
•考虑即使在系统发生最严重的事故情况下，也就是出现最大可能 的功率缺额时，接至自动低频减载装臵的用户功率量（待切除的 负荷）也能使系统频率恢复至可以运行的水平，以避免事故扩大。 •确定系统事故情况下最大的可能功率缺额，以及接入自动低频减 载装臵的功率值，是系统安全运行的重要保证。 •一般应该根据最不利的运行方式下发生事故时，实际可能发生的 最大功率缺额来考虑。例如：按系统中断开最大机组，或者某一 电厂来考虑。 •一般希望系统切除负荷后的恢复频率要小于系统额定频率 f h f N •自动低频减载装臵的最大可能断开的功率PL. max要小于最大功率 缺额 Ph. max PL. max Ph. max
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2、电力系统频率的动态特性
研究电力系统频率的动态过程
（1）以单机单负荷为例： 系统出现有功缺额时，转子运动方程 转子动能 W KN
1 J 2 N 2
d J M dt
2WKN d 2WKN d* M * PGN N dt PGN dt
2WKN d M 2 N dt
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North China Electric Power University
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电力系统典型事故
存在问题：如果由调度人员在很短的时间内正确判断事故并
且完成相应的上述操作，显然是不可能的。原因是远动信息传 输和操作命令的传达都需要一定的时间，如此长的时间势必会 失去及时处理事故的良机。
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2、电力系统频率的动态特性
•电力系统由于有功功率的平衡遭到破坏，引起系统频率发生变 化，频率从正常状态过渡到另一个稳定值所经历的时间过程— —电力系统频率的动态过程。 •用 f X t 来表示电力系统频率动态特性。
•当系统出现功率缺额时，系统中旋转的动能都为支持电网的 能耗而做出贡献。 •频率随时间变化的过程主要取决于有功功率缺额大小和系统 中所有转动部分的机械惯性，包括：汽轮机、同步发电机、同 步调相机、电动机及其拖动的机械设备。
长期电压稳定
Long term voltage stability
0.001
0.01
0.1
1
10
1围
自动装置范围
自动化系统范围
人员操作范围 6/37
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第二节 自动低频减载
•电力系统的频率反映了发电机组所发出的有功功率与负荷所需有 功功率之间的平衡状况。 •当电力系统发生了较大的事故时，系统出现了严重的功率缺额， 其缺额值超出了正常热备用可以调节的能力，这时即使令全系 统中运行的所有发电机都发出其设备可能提供的最大功率，仍 然不能满足负荷功率的需要，所引发的系统频率下降值远远超 出了系统安全运行所允许的范围。
2014-10-5 4/37
电力系统典型事故
PA
B系统
输电线路1
A电厂
输电线路2
事故2：在双回线路上输送的功率 PA 很大，当有一回线三相短 路而被切除， PA 超出了一回线路运行的暂态稳定极限。如果 不迅速减少输送功率，则可能由于系统稳定破坏而解列。造成 受端更为严重的功率缺额。
事故处理：
1、对于事故1，B系统迅速切除负荷 2、对于事故2，A电厂迅速减少输送功率
1 f Ph KL
系统功率缺额 负荷的频率调节特性 系统功率缺额
50 Ph f K L* PLN
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2、电力系统频率的动态特性
i
B系统
A系统
在系统稳态运行情况下
PAi
Ui i
PBi
ui U mi sini t i
全电网统一的角频率
PAi PBi 发 •当系统受到微小扰动时，系统频率仍然维持 f X ， 生变化， i 也发生变化。此时，母线电压的瞬时角频率为
d i d i X t i X X i dt dt f i f X f i
•由于在扰动过程中，各母线电压的相角不可能具有相同的变化 率，因此，系统中各母线电压频率变化并一致。f i 取决于 i 的 变化情况。
PA
B系统
输电线路1
A电厂
输电线路2
•为了保证电网安全和对重要用户的供电，必须采取措施，切 除部分负荷，以使系统频率恢复到可以安全运行的水平内。
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频率降低对电力系统的影响
•系统频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成系统崩 溃的严重后果。 1、对汽轮机的影响：频率降低会导致汽轮机的叶片产生裂纹， 甚至叶片断裂。 2、发生频率崩溃现象 频率降低 发电厂出力降低 锅炉出力降低 火电厂厂用机械出力降低
f a f X fb
a
t1
c
t
e
结论：如果能够及时切除负荷功率，就可以延缓系统频 率下降过程。
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3、自动低频减载的工作原理
•当电力系统发生严重的功率缺额时，低频减载装臵的任务就是迅 速断开相应数量的用户负荷，使系统频率在不低于某一允许值的 情况下，达到有功功率平衡，以确保电力系统安全运行，防止事 故进一步扩大。这是防止电力系统发生频率崩溃的系统性的保护 装臵。 1、最大功率缺额的确定 2、自动低频减载装臵的动作顺序 3、频率级差的选择 4、每段切除功率的限制 5、自动减载装臵的延时与防止误动作
f 2f f t f y
频率测量元件的 最大误差频率 对应于 t 时间 内频率的变化
f
频率裕度
f ft
fi
fi 1
频率级差的主要决定因素
2014-10-5
0
t
t
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（3）频率级差的选择
对于频率级差的选择有两种原则，原则之二如下：
（2）级差不强调选择性
•自动低频减载遵循逐步试探求解的原则，分级切除少量负荷， 以求达到较佳的控制效果。
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电力系统自动装置
2014-10-5
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电力系统典型事故
•电力系统自动装臵就是针对危及系统安全运行的故障所采用
的自动化对策，他们的任务就是当系统发生某些故障时，按照预 定的控制准则迅速作出反应，采取必要的措施以避免事故扩大。
PA
B系统
输电线路1
A电厂
输电线路2
事故1：A电厂发生故障而切机，B系统突然减少了功率 PA 。 如果运行机组备用容量远小于 PA ，则会造成电网功率的严重 缺额，频率会大幅度下降。此时如果不及时切负荷，则会危及 系统安全，甚至整个系统崩溃。
•为达到以上目标，要求减少级差，增加总的频率动作级数n， 同时，相应地减少每段的切除功率，这样，即使两轮无选择性 启动，系统恢复频率也不会过高。
•在电力系统中，自动低频减载装臵是分散设臵在各个地区变电 站内。系统频率在下降动态过程中，各个母线上的频率并不一 致。因此，分散在各地的同一级的低频减载装臵实际上也不会 同时启动。如果增加级数，减少各级切除的功率，级差的选择 性问题也就不会很突出。
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（4）每段切功率的限制
（2）自动低频减载装置的动作顺序
•系统运行方式有很多种，事故的严重程度也很大差别，而对于自 动低频减载装臵都必须做出恰当的反应，切除相应数量的负荷。 •解决的办法——只有分批断开负荷功率，采用逐步修正的办法， 才能取得较为满意的结果。 •尽管频率动态方程表明频率下降速率载有有功缺额的信息，但在 实际应用中，按频率降低值来切除负荷，即按频率自动减载。 •自动低频减载装臵是在电力系统发生事故后系统频率下降时，按 照频率的不同数值按顺序依次切除负荷，也就是将最大开断功率 分配在不同启动频率值的区段内分批切除负荷。 •为了确定自动低频减载装臵的级数，应该确定第一级启动频率 和最末一级启动频率 f n 的数值。
3、发生电压崩溃现象
励磁机、发电机转速下降 频率降低
电压水平下降
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加剧无功不足
电动势下降
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1、电力系统频率的静态特性
•在电力系统出现较大的功率缺额时，如能在较低的频率维持运 行，主要是依靠负荷频率特性的调节作用。 •当频率降低时，负荷按照自身的频率特性自动地减少了从系统 中所吸收的功率，使之与发电机发出的功率尽可能的保持平衡。 此时，系统所减少的功率就是系统的功率缺额。
e
3、频率级差
f1 f n n 1 f
•n级数越大，每级开断的 功率越少，适应性越好。
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f1
c
fb
fa
b
c
a
c
t
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（3）频率级差的选择
对于频率级差的选择有两种原则，原则之一如下：
（1）按照选择性确定频率级差
•强调各级元件动作次序，要求在前一级动作后还不能制止频率 下降的情况下，后一级才能动作。
第六章 电力系统自动低频减 载及其他安全控制装置
主要内容 电力系统典型事故 自动低频减载
频率的静态/动态特性 自动低频减载的工作原理
最大功率缺额/动作顺序/频率级差选择 每段切功率的限制/延时与防止误动作特殊轮
自动低频减载装置
其他安全自动控制装置 自动解列装置 水轮机低频自启动装置 自动切机与电气制动
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2、电力系统频率的动态特性
PGN d f* Ph* TX f* PLN K L* dt K L* Ph* d f* Txf f* dt K L*
•当系统出现功率缺额或者功率过剩时，系统频率 f X t 的动态特性可用指数曲线来描述。 fe
6、特殊轮
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（1）最大功率缺额的确定
•考虑即使在系统发生最严重的事故情况下，也就是出现最大可能 的功率缺额时，接至自动低频减载装臵的用户功率量（待切除的 负荷）也能使系统频率恢复至可以运行的水平，以避免事故扩大。 •确定系统事故情况下最大的可能功率缺额，以及接入自动低频减 载装臵的功率值，是系统安全运行的重要保证。 •一般应该根据最不利的运行方式下发生事故时，实际可能发生的 最大功率缺额来考虑。例如：按系统中断开最大机组，或者某一 电厂来考虑。 •一般希望系统切除负荷后的恢复频率要小于系统额定频率 f h f N •自动低频减载装臵的最大可能断开的功率PL. max要小于最大功率 缺额 Ph. max PL. max Ph. max
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2、电力系统频率的动态特性
研究电力系统频率的动态过程
（1）以单机单负荷为例： 系统出现有功缺额时，转子运动方程 转子动能 W KN
1 J 2 N 2
d J M dt
2WKN d 2WKN d* M * PGN N dt PGN dt
2WKN d M 2 N dt
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North China Electric Power University
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电力系统典型事故
存在问题：如果由调度人员在很短的时间内正确判断事故并
且完成相应的上述操作，显然是不可能的。原因是远动信息传 输和操作命令的传达都需要一定的时间，如此长的时间势必会 失去及时处理事故的良机。
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2、电力系统频率的动态特性
•电力系统由于有功功率的平衡遭到破坏，引起系统频率发生变 化，频率从正常状态过渡到另一个稳定值所经历的时间过程— —电力系统频率的动态过程。 •用 f X t 来表示电力系统频率动态特性。
•当系统出现功率缺额时，系统中旋转的动能都为支持电网的 能耗而做出贡献。 •频率随时间变化的过程主要取决于有功功率缺额大小和系统 中所有转动部分的机械惯性，包括：汽轮机、同步发电机、同 步调相机、电动机及其拖动的机械设备。
长期电压稳定
Long term voltage stability
0.001
0.01
0.1
1
10
1围
自动装置范围
自动化系统范围
人员操作范围 6/37
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第二节 自动低频减载
•电力系统的频率反映了发电机组所发出的有功功率与负荷所需有 功功率之间的平衡状况。 •当电力系统发生了较大的事故时，系统出现了严重的功率缺额， 其缺额值超出了正常热备用可以调节的能力，这时即使令全系 统中运行的所有发电机都发出其设备可能提供的最大功率，仍 然不能满足负荷功率的需要，所引发的系统频率下降值远远超 出了系统安全运行所允许的范围。
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电力系统典型事故
PA
B系统
输电线路1
A电厂
输电线路2
事故2：在双回线路上输送的功率 PA 很大，当有一回线三相短 路而被切除， PA 超出了一回线路运行的暂态稳定极限。如果 不迅速减少输送功率，则可能由于系统稳定破坏而解列。造成 受端更为严重的功率缺额。
事故处理：
1、对于事故1，B系统迅速切除负荷 2、对于事故2，A电厂迅速减少输送功率
1 f Ph KL
系统功率缺额 负荷的频率调节特性 系统功率缺额
50 Ph f K L* PLN
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2、电力系统频率的动态特性
i
B系统
A系统
在系统稳态运行情况下
PAi
Ui i
PBi
ui U mi sini t i
全电网统一的角频率
PAi PBi 发 •当系统受到微小扰动时，系统频率仍然维持 f X ， 生变化， i 也发生变化。此时，母线电压的瞬时角频率为
d i d i X t i X X i dt dt f i f X f i
•由于在扰动过程中，各母线电压的相角不可能具有相同的变化 率，因此，系统中各母线电压频率变化并一致。f i 取决于 i 的 变化情况。
PA
B系统
输电线路1
A电厂
输电线路2
•为了保证电网安全和对重要用户的供电，必须采取措施，切 除部分负荷，以使系统频率恢复到可以安全运行的水平内。
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频率降低对电力系统的影响
•系统频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成系统崩 溃的严重后果。 1、对汽轮机的影响：频率降低会导致汽轮机的叶片产生裂纹， 甚至叶片断裂。 2、发生频率崩溃现象 频率降低 发电厂出力降低 锅炉出力降低 火电厂厂用机械出力降低
f a f X fb
a
t1
c
t
e
结论：如果能够及时切除负荷功率，就可以延缓系统频 率下降过程。
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3、自动低频减载的工作原理
•当电力系统发生严重的功率缺额时，低频减载装臵的任务就是迅 速断开相应数量的用户负荷，使系统频率在不低于某一允许值的 情况下，达到有功功率平衡，以确保电力系统安全运行，防止事 故进一步扩大。这是防止电力系统发生频率崩溃的系统性的保护 装臵。 1、最大功率缺额的确定 2、自动低频减载装臵的动作顺序 3、频率级差的选择 4、每段切除功率的限制 5、自动减载装臵的延时与防止误动作
f 2f f t f y
频率测量元件的 最大误差频率 对应于 t 时间 内频率的变化
f
频率裕度
f ft
fi
fi 1
频率级差的主要决定因素
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0
t
t
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（3）频率级差的选择
对于频率级差的选择有两种原则，原则之二如下：
（2）级差不强调选择性
•自动低频减载遵循逐步试探求解的原则，分级切除少量负荷， 以求达到较佳的控制效果。
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电力系统自动装置
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电力系统典型事故
•电力系统自动装臵就是针对危及系统安全运行的故障所采用
的自动化对策，他们的任务就是当系统发生某些故障时，按照预 定的控制准则迅速作出反应，采取必要的措施以避免事故扩大。
PA
B系统
输电线路1
A电厂
输电线路2
事故1：A电厂发生故障而切机，B系统突然减少了功率 PA 。 如果运行机组备用容量远小于 PA ，则会造成电网功率的严重 缺额，频率会大幅度下降。此时如果不及时切负荷，则会危及 系统安全，甚至整个系统崩溃。
•为达到以上目标，要求减少级差，增加总的频率动作级数n， 同时，相应地减少每段的切除功率，这样，即使两轮无选择性 启动，系统恢复频率也不会过高。
•在电力系统中，自动低频减载装臵是分散设臵在各个地区变电 站内。系统频率在下降动态过程中，各个母线上的频率并不一 致。因此，分散在各地的同一级的低频减载装臵实际上也不会 同时启动。如果增加级数，减少各级切除的功率，级差的选择 性问题也就不会很突出。
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（4）每段切功率的限制