自动低频减载和安全自动装置培训教材(32张)PPT
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06第六章_电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置
电力系统自动装置原理哈工大电气工程及自动化学院 授课教师：郭钰锋 副教授
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 2 3 概述 自动低频减载 其他安全自动控制装置Page 2
第 1节 概 述装置的主要任务—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 则迅速作出反应，采取必要措施避免事故扩大。1B系统2A电厂 电事故情况¾ ¾当电厂A发生故障 线发生 相短路 一回线发生三相短路措施¾ ¾迅速切除系统B的部分负荷 迅速减少输送功率调度人员Page 3
第 1节 概 述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。Page 4
第 1节 概 述 电力系统事故通常具有的特点： 局部性 扩散性 灾难性 快速性 安全自动装置的主要任务 ： 当系统发生某些故障时，能够按照预定的控制 当系统发生某些故障时 能够按照预定的控制 准则迅速作出反应，并采取必要的措施避免事故扩 大。Page 5
第 1节 概 述二 电力系统安全装置的种类 二、电力系统安全装置的种类自动化安全性保证自动切机 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Page 6
第2节 自动低频减载一、概述 二、事故工况下电力系统频率静特性 三、事故工况下电力系统频率动态特性 事故工况下电力系统频率动态特性 四、自动低频减载的工作原理 五、自动低频减载的接线与运行Page 7
2.1概述频率过低可能造成的不良后果 低频运行的后果 对汽机的影响 频率崩溃 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，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，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。 裂事故当 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 。Page 8
电力系统自动装置第六章低频减载
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。
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，低频减载装置的任务就是迅 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，到达有功功率平衡，以确保电力系统平安运行，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 装置。
2、最末一级启动频率
•在电力系统中允许最低频率受到“频率崩溃〞和“电压崩溃〞
的限制，一般取之间。
fe
3、频率级差
n f1 fn 1
f1
f
fb
•n级数越大，每级开断的
功率越少，适应性越好。 fa
c
c
b
a
t
c
〔3〕频率级差的选择
对于频率级差的选择有两种原那么，原那么之一如下：
〔1〕按照选择性确定频率级差
1、最大功率缺额确实定
2、自动低频减载装置的动作顺序
3、频率级差的选择
4、每段切除功率的限制
5、自动减载装置的延时与防止误动作
6、特殊轮
〔1〕最大功率缺额确实定
•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，以防止事故扩大。
电力系统自动装置
电力系统典型事故
第九章电力系统自动低频减载
i 5
i 4
P 0 . 035 2000 70 MW L 3
P 0 . 045 2000 90 MW L 4
P 280 24 48 70 90 48 MW L 5
第三节 系统解列 在一个大系统中适当设置若干个解列点， 通过解列操作可分为若干个区域电网运行。 正常运行时，各区域电网均通过联络线联 网运行，提高系统安全稳定性。 当某区域电网内发生故障有较大功率缺额 时，使系统频率发生较大下降，威胁整个系统 的安全运行，此时在适当的解列点进行解列， 使故障区域从大系统中脱离。称为系统解列。
增加级数和试探性切负荷。
对误切负荷，由重合闸装置弥补。 （4）频率级差n
f 1 fn n 1 f
（5）自动低频减载后备段 若第i级切负荷后，频率下降不足以使第i+1级启 动，则频率将稳定在低于恢复频率fh的较低频率，这 样是不允许的。 设置后备段，其在常规 减负荷第1级启动时开始 计时，延时一定时间（等 系统频率稳定）后启动第 1级后备段切负荷，每级 延时Δt，直到频率高于恢 复频率。第1级后备段延 时10～12秒，每级差5秒
P 0 . 024 2000 48 MW L 2
i 3
1 . 2 ( 0 . 04 0 . 01 ) P ( 1 0 . 0121 0 . 024 ) 0 . 035 L 3 1 1 . 2 0 . 01
i 4
P 0 . 035 2000 70 MW L 3
P 0 . 045 2000 90 MW L 4
P 280 24 48 70 90 48 MW L 5
第三节 系统解列 在一个大系统中适当设置若干个解列点， 通过解列操作可分为若干个区域电网运行。 正常运行时，各区域电网均通过联络线联 网运行，提高系统安全稳定性。 当某区域电网内发生故障有较大功率缺额 时，使系统频率发生较大下降，威胁整个系统 的安全运行，此时在适当的解列点进行解列， 使故障区域从大系统中脱离。称为系统解列。
增加级数和试探性切负荷。
对误切负荷，由重合闸装置弥补。 （4）频率级差n
f 1 fn n 1 f
（5）自动低频减载后备段 若第i级切负荷后，频率下降不足以使第i+1级启 动，则频率将稳定在低于恢复频率fh的较低频率，这 样是不允许的。 设置后备段，其在常规 减负荷第1级启动时开始 计时，延时一定时间（等 系统频率稳定）后启动第 1级后备段切负荷，每级 延时Δt，直到频率高于恢 复频率。第1级后备段延 时10～12秒，每级差5秒
P 0 . 024 2000 48 MW L 2
i 3
1 . 2 ( 0 . 04 0 . 01 ) P ( 1 0 . 0121 0 . 024 ) 0 . 035 L 3 1 1 . 2 0 . 01
自动低频减载和安全自动装置培训
优化运行
根据系统的运行状态，自 动调整设备的运行参数， 提高运行效率。
安全自动装置的重要性
提高电力系统可靠性
通过预防和快速响应，减少故障和事故发生的可能性。
保障人员安全
避免因设备故障或事故导致的对人员安全的威胁。
降低经济损失
减少因故障或事故导致的停电和设备损坏，降低经济损失。
03
自动低频减载系统的操作与维护
增强安全意识
培训强调了安全操作和预防措施，使学员们深刻认识到安 全的重要性，提高了安全意识，为今后的工作奠定了基础 。
提升操作能力
培训过程中，学员们通过实践操作，提高了对设备的安装 、调试、维护和故障排除等方面的技能水平，增强了实际 操作能力。
拓展人际关系
培训为学员们提供了一个交流学习的平台，通过互相学习 和探讨，增进了彼此的了解和信任，拓展了人际关系。
确定安装位置
选择一个合适的位置，便于后 续维护和操作，同时考虑安全 因素。
测试运行
在正式投入使用前，进行测试 运行，检查装置是否正常工作 。
调试方法
初步调试
在装置安装完成后，进行初步调试，检查装 置的基本功能是否正常。
性能测试
对装置的性能进行全面测试，确保其满足设 计要求。
参数调整
根据实际需求，对装置的参数进行调整，以 达到最佳工作状态。
功能
电力系统自动装置第六章低频减载
等值机的惯性 T d* P P X T* L* dt 时间常数
转换为以负荷 PGN df * T PT * PL* 在额定频率时 X P dt LN 的总功率为基 准功率
d* d* df * dt dt dt
PL PLN K L f
PGN d f* Ph* TX f* PLN K L* dt K L*
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。
2018/11/9 7/37
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
长期电压稳定
Long term voltage stability
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
Sec.
继电保护范围
自动装置范围
自动化系统范围
人员操作范围 6/37
2018/11/9
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。
低频减载及其它安全自动装置
挑战
随着可再生能源的大量接入和分布式电源的普及，电力系统的结构和特性将发生深刻变化，对低频减载和安全自 动装置提出了更高的要求和挑战。如何适应这些变化，提高装置的性能和可靠性，是未来需要重点关注和研究的 问题。
04
CATALOGUE
实际应用案例分析
低频减载装置应用案例
案例一
某大型发电厂
背景
该发电厂采用低频减载装置，以应对电网频率降 低的情况。
应用
低频减载装置在电网频率降低时自动切除部分负 荷，保持电网稳定运行。
低频减载装置应用案例
结果
成功避免了因电网频率降低而引发的系统崩溃，保障了电力供应 的稳定性。
案例二
某城市轨道交通系统
背景
该城市轨道交通系统采用低频减载装置，以确保列车运行安全。
低频减载装置应用案例
应用
低频减载装置在检测到列车运行频率 异常时，自动切除部分列车，防止列 车因低频而发生故障。
05
CATALOGUE
维护与保养建议
日常维护与保养
每日检查
01
检查装置的外观是否正常，各部件是否有松动或损坏，以及仪
表指示是否准确。
定期清洁
02
对装置表面进行清洁，保持其干净整洁Βιβλιοθήκη Baidu防止灰尘和污垢影响
其正常工作。
运行状况记录
03
对装置的运行状况进行记录，包括运行时间、异常情况等，以
随着可再生能源的大量接入和分布式电源的普及，电力系统的结构和特性将发生深刻变化，对低频减载和安全自 动装置提出了更高的要求和挑战。如何适应这些变化，提高装置的性能和可靠性，是未来需要重点关注和研究的 问题。
04
CATALOGUE
实际应用案例分析
低频减载装置应用案例
案例一
某大型发电厂
背景
该发电厂采用低频减载装置，以应对电网频率降 低的情况。
应用
低频减载装置在电网频率降低时自动切除部分负 荷，保持电网稳定运行。
低频减载装置应用案例
结果
成功避免了因电网频率降低而引发的系统崩溃，保障了电力供应 的稳定性。
案例二
某城市轨道交通系统
背景
该城市轨道交通系统采用低频减载装置，以确保列车运行安全。
低频减载装置应用案例
应用
低频减载装置在检测到列车运行频率 异常时，自动切除部分列车，防止列 车因低频而发生故障。
05
CATALOGUE
维护与保养建议
日常维护与保养
每日检查
01
检查装置的外观是否正常，各部件是否有松动或损坏，以及仪
表指示是否准确。
定期清洁
02
对装置表面进行清洁，保持其干净整洁Βιβλιοθήκη Baidu防止灰尘和污垢影响
其正常工作。
运行状况记录
03
对装置的运行状况进行记录，包括运行时间、异常情况等，以
电力系统自动装置原理-第06章_电力系统自动装置原理
• 在正常情况下，计划外负荷引起的频率波动由一、二次调 节动用系统的热备用后可以恢复到正常值；在事故情况 下，功率缺额可能很大，这时光靠一、二次调节动用系统 的热备用还远不足以弥补功率缺额，因此有必要采取适当 措施使功率缺额减少，从而使系统的频率波动不致于超出 允许值。这其中，自动低频减载装置就是主要措施之一。
（2）
k1
由于Pi-1* =PLi* +Phi*，所以由（1）（2）可
得：
i1
KL* (1 PLk*)(fi* fhi*)
P Li*
k1
1 KL*fhi*
• 一般地，希望各级切除的负荷功率小于按上式求出的 24 值。
后备段
• 若主段第i 级切除负荷后频率稳定在fi 上， 且fi 低于恢复频率的最低值，同时它又不足 以使下一级动作。于是需要装有后备段，以 使后备段动作切除相应负荷，从而使频率恢 复到允许值范围内。
在电力系统中，自动低频减载装置总是分设在各个地区 变电所中，在系统频率下降的动态过程中，各母线电压的频率 并不一致，所以分散在各地的同一级低频减载装置，事实上也 有可能不同时起动。但是如果增加级数N，减 小各级的切除负 荷功率，则两级间的选择性问题并不突出，所以近来的趋势是 采用增加级数N的方法。
21
k1
PLN为基准值的标幺形式：
i1
Pi1 (1 PLK )KLfi
（2）
k1
由于Pi-1* =PLi* +Phi*，所以由（1）（2）可
得：
i1
KL* (1 PLk*)(fi* fhi*)
P Li*
k1
1 KL*fhi*
• 一般地，希望各级切除的负荷功率小于按上式求出的 24 值。
后备段
• 若主段第i 级切除负荷后频率稳定在fi 上， 且fi 低于恢复频率的最低值，同时它又不足 以使下一级动作。于是需要装有后备段，以 使后备段动作切除相应负荷，从而使频率恢 复到允许值范围内。
在电力系统中，自动低频减载装置总是分设在各个地区 变电所中，在系统频率下降的动态过程中，各母线电压的频率 并不一致，所以分散在各地的同一级低频减载装置，事实上也 有可能不同时起动。但是如果增加级数N，减 小各级的切除负 荷功率，则两级间的选择性问题并不突出，所以近来的趋势是 采用增加级数N的方法。
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PLN为基准值的标幺形式：
i1
Pi1 (1 PLK )KLfi
自动低频减载和安全自动装置培训教材(PPT 32页)
2
级差不强调选择性
f
fi fe
fi
fi1
f 2fe ft fs
0
t
t
图6-3频率选择性级差的确定
二、每级最优切除负荷值的确定
某一级自动按频率减负 荷装置动作后，系统的频 率能恢复到希望值的附近
f
fN
fri
1
fi
2
3
fi fn fi
0
t
图6-4典型的系统频率变化过程
系数为及KL*＝2，自动按频率减负荷装置 动作后，希望系统恢复频率为fr＝48Hz，
求接入自动按频率减负荷装置的功率总数
Δ Ps·max。
解 希望恢复频率偏差的标么值为：
f*
50 48 50
0.04
Psm a x
PV max K L*PLnf* 1 K L*f*
1000
不切除负荷的情况下系统频率的稳定值
系统频率下降值为：
设KL*= 2,那么：
f
fn
PL K L* PLn
50 20% 2
5(Hz )
f
fn
PL K L* PLn
系统的频率会下降到： f 50 5 45(Hz)
三、系统频率的动态特性
电力系统由于有功功 率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，称 为电力系统的动态频率特 性。
电力系统第五部分 电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置 [兼容模式]
![电力系统第五部分 电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/76c39ade7f1922791688e8e5.png)
2003年8月美加大停电- 负荷转移
1. 概述
所以，对于系统性事故快速采取有效对策，以提高 电力系统运行的可靠性，具有特别重要的实际意义。 （超）大规模电力系统的安全稳定运行离不开安全 自动控制装置。 自动控制装置 本章介绍的自动装置，就是针对危及系统安全运行的 故障所采用的自动化对策，其主要任务是，当系统发 生某些故障时，按照预定的控制准则则迅速作出反应， 采取必要措施避免事故扩大。
1. 概述
（2）电力系统安全自动装置的意义
假设事故二： 2）双回输电线路的功率PA较大，这时，若其中一回线路发生三相短路，继电保 护正确动作，故障线路被切除，但由于输送功率PA已超出一回线路运行的暂态 稳定极限功率，若不迅速减少输送功率，则可能由于系统稳定遭到破坏而导致A、 B系统解列，使受端系统B有更严重的功率缺额。——A系统切机
2.3 系统频率动态特性
当系统受到微小扰动时，系统频率仍能维持fx ，但由于原线路传输的功率发生了变 化，节点i的输入功率PAi和输出功率PBi也随之发生变化，于是 为：
i
也随之发生变化
（有功是从角度超前的节点流向角度落后的节点），这时电压瞬时角频率ωi可表示
i
d d ( x t i ) x i x i dt dt
2.自动低频减载
2.1 概述
（一）本章讨论内容概述
本章与第四部分（系统频率和有功功率自动调节）的关系和 区别： （1）第四部分：是指系统在正常运行情况下由于计划外负 荷所引起的频率波动，这时系统动用发电厂的热备用容量， 即系统运行中的发电机容量就足以满足用户的需要 ——自 即系统运行中的发电机容量就足以满足用户的需要。 动调频
第六章__电力系统自动低频减载及其他安全控制装置分解
fi fN
K L*
系统缺额由负荷调节 效应来补偿
Pi 1*
2018/10/22
iБайду номын сангаас1 1 PLk * K L* f i* k 1
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（4）每段切功率的限制
（2）当第i级切除负荷 PLi * 后，系统 f f h 功率缺额由负荷调节效应来补偿。
电磁暂态 Electromagnetic Switching Transient 暂态稳定 Transient stability（angle and voltage） 小扰动稳定 Small signal stability 系统运行 Power system operation
长期电压稳定
Long term voltage stability
2018/10/22
f1
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（2）自动低频减载装置的动作顺序
1、第一级启动频率 •在事故初期及早切除负荷功率，对于延缓频率下降过程是有利的。
•第一级启动频率选择高值，在48.5Hz-49Hz之间。
2、最末一级启动频率 •在电力系统中允许最低频率受到“频率崩溃”和“电压崩溃” 的限制，一般取46Hz-46.5Hz之间。 3、频率级差
page11
2018/10/22
2、电力系统频率的动态特性
PGN df * Ph* TX f * PLN dt K L*
K L*
系统缺额由负荷调节 效应来补偿
Pi 1*
2018/10/22
iБайду номын сангаас1 1 PLk * K L* f i* k 1
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（4）每段切功率的限制
（2）当第i级切除负荷 PLi * 后，系统 f f h 功率缺额由负荷调节效应来补偿。
电磁暂态 Electromagnetic Switching Transient 暂态稳定 Transient stability（angle and voltage） 小扰动稳定 Small signal stability 系统运行 Power system operation
长期电压稳定
Long term voltage stability
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（2）自动低频减载装置的动作顺序
1、第一级启动频率 •在事故初期及早切除负荷功率，对于延缓频率下降过程是有利的。
•第一级启动频率选择高值，在48.5Hz-49Hz之间。
2、最末一级启动频率 •在电力系统中允许最低频率受到“频率崩溃”和“电压崩溃” 的限制，一般取46Hz-46.5Hz之间。 3、频率级差
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2、电力系统频率的动态特性
PGN df * Ph* TX f * PLN dt K L*
电力系统自动低频减载及其他安全自动装置
《电力系统自动装置》
主讲教师： 胡志坚
武汉大学电气工程学院
第一节自动低频减载
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、系统频率的事故限额
（1）系统频率降低使厂用机械的出力大为下降，有时可能形成恶性循环，直至“频率雪崩”。
（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）汽轮机对频率的限制。
（5）频率升高对大机组的影响。
（6）频率对核能电厂的影响。
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T f——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K L∗有关，一般在（4～10）间。大系统T f较大，小系统T f较小。
四、自动低频减载（按频率自动减负荷装置“ZPJH”）的工作原理
“轮” ：计算点f1、f2⋯⋯f n
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
电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置讲解PPT模板
f 2f ft f y
频率裕度，一 般可取0.05Hz
由于电力系统运行方式和负荷水平是不固定的，针对电力 系统发生事故时功率缺额有很大分散性的特点，低频减载装置 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。这就要求减小级差 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。
• 50 PLe
f
Ph • 50 K L* PLe
f
Ph* % 2 K L*
2 电力系统频率动态特性
J d M dt
Wke
1 2
J2e
J
2Wke
2e
2Wke 2e
d dt
M
M B PGe e
2Wke PGee
d dt
2Wke PGe
d dt
TG
d dt
M
small
TG
d
dt
PT
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。
3 自动低频减载的工作原理
在电力系统中，自动低频减载装置总是分设在各个地区变 电所中，在系统频率下降的动态过程中，各母线电压的频率并 不一致，所以分散在各地的同一级低频减载装置，事实上也有 可能不同时起动。但是如果增加级数N，减 小各级的切除负荷 功率，则两级间的选择性问题并不突出，所以近来的趋势是采 用增加级数N的方法。
频率裕度，一 般可取0.05Hz
由于电力系统运行方式和负荷水平是不固定的，针对电力 系统发生事故时功率缺额有很大分散性的特点，低频减载装置 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。这就要求减小级差 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。
• 50 PLe
f
Ph • 50 K L* PLe
f
Ph* % 2 K L*
2 电力系统频率动态特性
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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。
3 自动低频减载的工作原理
在电力系统中，自动低频减载装置总是分设在各个地区变 电所中，在系统频率下降的动态过程中，各母线电压的频率并 不一致，所以分散在各地的同一级低频减载装置，事实上也有 可能不同时起动。但是如果增加级数N，减 小各级的切除负荷 功率，则两级间的选择性问题并不突出，所以近来的趋势是采 用增加级数N的方法。
第六章 电力系统自动低频减载装置 《电力系统自动装置(第2版)》教学课件
Tfqs----为低频启动延时定值。
§6-3 微机频率电压紧急控制装置 三、微机频率电压紧急控制装置动作原理
（2）低频一级动作条件： f≤f1 ︱df／dt︱≥df／dt1 t≥Tfsl
式中 f1——为低频第一级启动定值； df／dt1——加速切第二级定值； Tfs1——低频第一级延时定值。
§6-3 微机频率电压紧急控制装置 三、微机频率电压紧急控制装置动作原理
§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
统允许2)的最最末低一频级率起受动“频频率率f n崩的溃选”择或：“电电力压系崩 溃’’的限制。对于高温高压的火电厂，在频 率低于46～46.5Hz时，厂用电已不能正常工作； 在频率低于45Hz时，就有“电压崩溃”的危险。 因此，最末一级的起动频率宜整定为46～ 46.5Hz．
§6-3 微机频率电压紧急控制装置 三、微机频率电压紧急控制装置动作原理
（3）低频特殊级第二级动作条件： f≤fs7 t≥Tfs7
（4）低频特殊级第三级动作条件： f≤fs8 t≥Tfs8
§6-3 微机频率电压紧急控制装置 四、装置异常闭锁措施
1、系统短路故障时闭锁装置及故障切除后立刻允许低压切负荷功 能
§6-2 自动低频减载装置的工作原理 五、自动低频减载装置的动作时限
自动低频减载装置的动作时限，原则上应越短越好，但 还应考虑到系统的某些不正常运行状态可能造成装置误动作。 例如：当系统发生振荡时，由于频率偏离额定值装置误动； 在系统发生短路故障的暂态过程中，由于非周期分量、谐波 分量引起畸变，使频率测量产生误差，引起装置误动作；有 时系统出现短时的功率缺额也会误动作；电压突变时，在低 频继电器的频率敏感回路中产生过渡过程，致使低频继电器 误动作，从而造成装置误动作。为了防止以上各种可能的误 动情况的发生，自动低频减载装置必须带有一定的动作延时， 此动作延时不能太长，否则系统频率会降低到临界，一般延 时0.5s左右。
§6-3 微机频率电压紧急控制装置 三、微机频率电压紧急控制装置动作原理
（2）低频一级动作条件： f≤f1 ︱df／dt︱≥df／dt1 t≥Tfsl
式中 f1——为低频第一级启动定值； df／dt1——加速切第二级定值； Tfs1——低频第一级延时定值。
§6-3 微机频率电压紧急控制装置 三、微机频率电压紧急控制装置动作原理
§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
统允许2)的最最末低一频级率起受动“频频率率f n崩的溃选”择或：“电电力压系崩 溃’’的限制。对于高温高压的火电厂，在频 率低于46～46.5Hz时，厂用电已不能正常工作； 在频率低于45Hz时，就有“电压崩溃”的危险。 因此，最末一级的起动频率宜整定为46～ 46.5Hz．
§6-3 微机频率电压紧急控制装置 三、微机频率电压紧急控制装置动作原理
（3）低频特殊级第二级动作条件： f≤fs7 t≥Tfs7
（4）低频特殊级第三级动作条件： f≤fs8 t≥Tfs8
§6-3 微机频率电压紧急控制装置 四、装置异常闭锁措施
1、系统短路故障时闭锁装置及故障切除后立刻允许低压切负荷功 能
§6-2 自动低频减载装置的工作原理 五、自动低频减载装置的动作时限
自动低频减载装置的动作时限，原则上应越短越好，但 还应考虑到系统的某些不正常运行状态可能造成装置误动作。 例如：当系统发生振荡时，由于频率偏离额定值装置误动； 在系统发生短路故障的暂态过程中，由于非周期分量、谐波 分量引起畸变，使频率测量产生误差，引起装置误动作；有 时系统出现短时的功率缺额也会误动作；电压突变时，在低 频继电器的频率敏感回路中产生过渡过程，致使低频继电器 误动作，从而造成装置误动作。为了防止以上各种可能的误 动情况的发生，自动低频减载装置必须带有一定的动作延时， 此动作延时不能太长，否则系统频率会降低到临界，一般延 时0.5s左右。
低频减载及其它安全自动装置
•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。
低频减载及其它安全自动装置
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 J d M
dt
转子动能
WKN
1 2
J2N
P 2G W N KN Nddt2P W G KN Ndd *tM *
Txf
df* dt
f*
Ph* KL*
•当系统出现功率缺额或者功率过剩时，系统频率fx(t) 的动态特性可用指数曲线来描述。
fe
•在事故初期，频率下
降的速度与功率缺额
wenku.baidu.com
c
b
成正比
fb
fa
a
低频减载及其它安全自动装置
c
2021/3/6 North China Electric Power University
低频减载及其它安全自动装置
• ②当频率下降到47~48Hz时， • 火电厂厂用机械→锅炉和汽轮机→发电机出力下降，
46~47Hz以下时，频率下降更快，恶性循环将引起 频率崩溃。
低频减载及其它安全自动装置
• ③当频率下降到46~47Hz时， • 异步电动机和变压器的励磁电流↑、无功损耗↑,引起
第5章电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置
2) 设系统功率缺额为Ph ，当频率下降至f1时切除负荷功 率PL，如果 PL等于 Ph， 则发电机发出的功率刚好与 切除后的系统负荷相平衡。系致频率按指数曲线恢复到 额定频率fe运行（曲线c) 。
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
d 发电机惯性时间常数 P T PL dt 等值机组的运动方程 d P TS PLS dt
PT PL
机组输入功率标么值 机组负荷功率标么值
TS
Because
e f fe f e fe
d d df dt dt dt PGe PLe Tx PGe df P T PL PLe dt
Ph f P 50 P 50 P % K L* h f h f h* f PLN K L* PLN 2 K L* KL
Ph 功率缺额值，多数情况下，K L* 已知，因此在已知功率缺
额值后，即可方便的求出频率降落。
PLN 额定频率下，系统有功功率。
例1：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值。 解： 系统自身的热备用为450MW- 430MW=20MW， 所以实际功率缺额为80MW. 由
第二节 低频减载及低压减载
第二节低频减载及低压减载
一、自动低频减载的基本原理
这部分我们将要介绍自动低频减载的基本原理：低频减载又称自动按频率减负载，或称低周减载（简称为AFL），是保证电力系统安全稳定的重要措施之一。当电力系统出现严重的有功功率缺额时，通过切除一定的非重要负载来减轻有功缺额的程度，使系统的频率保持在事故允许限额之内，保证重要负载的可靠供电。
图11-7 自动低频减载（负载）的工作原理
基本级的作用是根据系统频率下降的程序，依次切除不重要的负载，以便限制系统频率继续下降。例如，当系统频率降至f1时，第一级频率测量元件启动，经延时△t1后执行元件CA1动作，切除第一级负载△P1；当系统频率降至f2时，第二级频率测量元件启动，经延时△t2后元件CA2动作，切除第二级负载△P2。如果系统频率继续下降，则基本级的n级负载有可能全部被切除。
当基本级全部或部分动作后，若系统频率长时间停留在较低水平上，则特殊级的频率测量元件fsp启动，以延时△tsp1后切除第一级负载△Psp1；若系统频率仍不能恢复到接近于fn，则将继续切除较重要的负载，直至特殊级的全部负载切除完。
基本级第一级的整定频率一般为47.5-48.5Hz，最后一级的整定频率一般为46-46.5 Hz，相领两级的整定频率差取0.4-0.5 Hz。当某一地区电网内的全部自动按频率减负载装置均已动作时，系统频率应恢复到48-49.5 Hz以上。
特殊级的动作频率可取47.5～48.5Hz，动作时限可取15～25s，时限级差取5s左右。
1. AFL的基本要求：
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3
负荷消耗 与频率的 高次方成 正比
中国电力出版社
负荷调节效应
频率上升或下降,系统总有功负荷消耗 的有功功率增加或减少,称为负荷的调节
效应KL KL随负荷类型,季节变化一般在1-3 范围内.
中国电力出版社
第二节 自动按频率减负荷工作原理
一、不切除负荷的情况下系统频率的稳定值
假设电力系统内发生有功功
中国电力出版社
2
级差不强调选择性
f
f i fe
fi
f i1
f2 fe ft fs
0
t
t
图 6 - 3 频 中率 国选 电力择 出性 版级 社 差 的 确 定
二、每级最优切除负荷值的确定
某一级自动按频率减负 荷装置动作后，系统的频 率能恢复到希望值的附近
中国电力出版社
f
fN
f ri
1
fi
2
中国电力出版社
二、最大功率缺额的确定
一般应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。
设正常运行时系统负荷为PL·n， 额定频率fn与恢复频率fr之差为Δf。
中国电力出版社
最大功率缺额的确定
PV•maPxL•nPs•maxKL*f*
P s•ma xP V •m 1a x K K L L * * P fL * •n f*
第4章 自动低频减载和安全自动装置
第一节 自动按频率减负荷概述
一、低频运行的危害
二、限制频率下降的措施
中国电力出版社
(1)动用系统中的 旋转备用容量
(2)应迅速启动备 用机组
(3)按频率自动减 去负荷
负荷静态频率特性
系统总有功负荷与f的关系
1
负荷消耗 与频率无 关
2
负荷消耗 与频率的 平方成正 比
接入自动按频率减负荷装置功率总数为652.2 MW
中国电力出版社
三、自动按频率减负荷的分级实现
f
fn1
1
fn
2
fn1
3
0
t
图 6 -2 装 置 动 作 的 频 率 变 化
中国电力出版社
第三节 有关自动按频率减负荷装置的几个问题
一、动作级数与动作频率的确定
1．第一级启动频率f1的选择
一般第一级的启动频率整定在 48.5 ～ 49Hz。在以水电厂为主的电力系统中，由 于水轮机调速系统动作较慢，所以第一级 启动频率宜取低值，例如48Hz。
中国电力出版社
3．频率级数N和各级动作频率
N f1 fN 1 f
第i级动作频率为:
fi f1i1 f
中国电力出版社
4．频率级差的确定
选择频率级差△f，有两种不同的原则
1 按选择性确定级差
这种方法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，否则就是误 动作。
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求接入自动按频率减负荷装置的功率总数ΔPs·max
例6-1 某系统的负荷总功率为PL·n＝5000 MW，
设想系统最大的功率缺额PV·max为1000 MW （负荷总功率的20％），设负荷调节效应
系数为及KL*＝2，自动按频率减负荷装置 动作后，希望系统恢复频率为fr＝48Hz，
求接入自动按频率减负荷装置的功率总数
为此，要求装置有一定的动作时限。当 然，时限过长不利于各级间的选择性，也可 能在严重故障时会使系统的频率降低到危险 的临界值以下。所以往往采用一个不大的时 限(通常用0.1～0.2s)以躲过暂态过程可能 出现的误动作。
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2、负荷反馈引起的误动作
加电流闭锁
加滑差闭锁
采取的措施
加电压闭锁
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ΔPs·max。
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解 希望恢复频率偏差的标么值为：
f*
50 480.04 50
P s • m a P V x • m 1 K a K L L * x * P fL * • n f* 10 1 2 2 5 0 0 .0 0 0 0 .4 0 0 6 4 0 .2 5 (M 2 ) W
率缺额PV为系统额定总负PL.n的
20％时，系统频率要降低，如 果仅由负荷调节效应来补偿有 功缺额，由教材（5-4）式可得
中国电力出版社
不切除负荷的情况下系统频率的稳定值
系统频率下降值为：
设KL*= 2,那么：
ffnK L* P L P L•n5 022 % 05(H)z
f
fn
PL KL*PL•n
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第四节 自动按频率减负荷装置
微机自动按频率减负荷装置的设置一般分为两种模式：
集中式：所谓集中式就是在变电站低压母线上的电压互感器二次侧 装设微机低频减负荷装置，根据需要可以每段母线配置一个， 也可以整个变电站共同使用一个。
3
fi fnfi
0
tБайду номын сангаас
图 6 - 4 典 型 的 系 统 频 率 变 化 过 程
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三、自动按频率减负荷的后备级
如果出现的情况是：
第i级动作后，系统频率可能稳定在某 一值，例如图6－4中的fi ，它既低于我们 希望的频率恢复极限值fr，但又不足以使下
一自动按频率减负荷装置启动，因此要装设 后备段，经延时，再切除部分负荷功率
中国电力出版社
四、自动按频率减负荷装置误动作的原因 及应采取的措施 1、暂态过程引起的误动作
当系统发生事故，电压急剧下降期
1 间有可能引起频率继电器误动作
为了使自动按频率减负荷装置的
2 动作反应全系统的平均频率，而
不是所接母线的频率瞬时值
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1 暂态过程引起的误动作
3
为了防止在系统发生振荡 时装置的误动作
系统的频率会下降到： f5 054(5 H)z
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三、系统频率的动态特性
电力系统由于有功功 率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，称 为电力系统的动态频率特 性。
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f
fN
c
d
f1
b
fb fa
e
a
0
t1
t
图 6 - 1 电 力 系 统 频 率 的 动 态 特 性
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2．末级启动频率fN的选择
电力系统允许的最低频率受“频率崩溃” 或“电压崩溃”的限制，对于高温高压的火 电厂，在频率低于46～46.5Hz时，厂用电已 不 能 正 常 工 作 。 在 频 率 低 于 45Hz 时 ， 就 有 “电压崩溃”的危险。因此，末级的启动频 率以不低于46～46.5Hz为宜。
频率下降速度df／dt＜3（Hz／s）可认为是系 统功率缺额引起的频率下降。 而df／dt＞3（Hz／
s）可认为是负荷反馈引起的频率下降。因此，采用
df／dt＞3（Hz／s）作为滑差闭锁的条件。
A
Q F1
I
B
QF2 QF3
TA
自动按频率
切
减负荷
负
荷
命
C令
QF4
负
荷
图 6 -5 电 流 闭 锁 接 线 示 意 图