频率电压紧急控制和失步解列的原理及实现讲述

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• 频率特性指系统功率不平衡时,频率的变化特性。
– 当发电功率小于负荷功率时,发电机的负荷力矩小于机械 输入力矩,转速将变慢而使频率降低。 – 当发电功率大于负荷功率时,发电机的负荷力矩大于机械 输入力矩,转速将变快而使频率升高。 – 转速变化可始于不平衡点,通过电网功率联系,扩大到全 网 – 频率变化时,负荷也随着变动,即负荷频率特性 – 频率变化时,发电功率相应变化,即发电频率特性 – 当系统功率不平衡时,频率变化的动态过程,称为频率的 动态特性
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过频自动切机
• 当送电联络线跳闸时,送端电网因功率过剩而使发电机加速,电 网频率升高,如果频率过高则会危机电网的安全。过频切机是防 止频率升高的基本措施。 • 过频切机应根据电网具体情况设置2-3轮,动作级差0.2Hz,延时 0.2秒。例如50.6Hz、 50.8Hz、 51.0Hz。 • 应考虑全网电源的分布情况,合理地配置过频切机装置和协调这 些装置的动作值。 • 为了提高动作的可靠性,应设有频率启动级(定值一般为50.5Hz、 0.2秒)和频率变化率df/dt闭锁(一般整定+5Hz/s)。 • 当系统功率突然过剩太大(例如过剩达25%)时,应装设联络线 跳闸联切发电机组的措施,可有效制止频率的大幅度上升。
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自动低频减负荷2
• 低频减载装置的配置方案: (1)设有快速动作的基本轮:对于大型电力系统动作的频率级差为0.2Hz, 每轮动作延时为0.2秒;一般配置9~11级。 (2)设有长延时动作的特殊轮:其整定值应考虑使系统不能长期悬浮在 49Hz以下,一般动作频率值与基本轮的第一轮一致,按动作延时可分为 2~ 3级。 (3)为了提高动作的可靠性,应设有频率启动级(相当于保护的灵敏段, 定值一般为49.5Hz、0.2秒)和频率变化率df/dt闭锁(一般整定5Hz/s)。 (4)为了在大功率缺额时能快速动作,应设有按频率变化率df/dt加快动作 的功能,例如在第一轮动作时可加速第二或第二、三轮动作。 (5)为了防止过切,在每轮动作的延时过程中应检查df/dt是否变为正值, 发现已变为正值时立即停止动作。 (6)第一轮的频率定值应考虑利用系统的旋转备用,一般不大于49.2Hz。 (7)对于可能从主网解列出来的地区电网,除了服从主网安排外,还应考 虑孤立运行时确保地区电网安全稳定运行的减载措施。
• 电源断开后母线电压频率降低
– 在重合闸或备用电源自动投入过程中,变电站的电源可能短 时断开,此时变电站母线仍有由于电动机惰转形成的反馈电 压,该电压的频率通常下降很快,需要防止低频装置动作。
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电力系统频率崩溃 • 频率崩溃指当功率缺额非常大时,虽然 有负荷和发电机的调节效应,但也建立 不了新的平衡状态,而频率一直下降, 直至损失全部负荷。 • 频率崩溃发展过程一般开始是缓慢的, 但在一个临界点将迅速下降。
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电力系统频率特殊特性
• 系统异步运行时频率特性
– 线路上各点电压的瞬时频率是在平均频率附近波动,波动值 大小于该点位置有关,有些可能会达到很大的值。装置需要 对此采取措施防止未按平均频率动作。
• 短路时频率特性
– 在小容量的孤网系统的35KV以下电网,如果发生经电阻很大 的低压线路短路,也可能引起频率降低,由于短路切除时间 慢,短路所引起的功率损耗增加明显,使频率明显降低。
频率电压紧急控制和失步解列的 原理及实现
国电自动化研究院稳定技术研究所 南京南瑞集团公司稳定技术分公司
2018/10/5
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频率电压紧急控制和失步解列
• 频率电压紧急控制和失步解列是保证系统稳定 运行的第三道防线的重要组成部分,其作用是 在系统承受Ⅲ类大扰动时,采用解列、低周低 压减载,高周高压切机的措施防止事故扩大, 避免系统崩溃。
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防止电压崩溃的措施:系统设计措施
• 动态无功电源 • 合适的无功补偿(投切电容器)保证足够的稳定裕度 (到不稳定的MW和 Mvar距离)。 • 控制网络电压和发电机无功输出, • 保护与控制协调,控制变压器分接头调节器(配电电 压控制), • 低电压切负荷,
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防止电压崩溃的措施:系统运行措施
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负荷特性的影响
• 负荷特性和配电系统电压控制装置是影响系统电压稳 定性的关键因素; • 有功和无功负荷随电压而变化的负荷与输电特性相互 作用,改变通过系统的潮流。系统电压的稳定值是由 输电系统和负荷的综合特性决定的; • 准确分析电压稳定性必须包括配电变压器分接头切换 的动作,配电系统中电容器的影响,负荷特性的表示 应考虑恒温器及其他负荷调节装置的影响,在工业区 内电动机和电容器可能需要明显地表示出来。
• 功角不稳定和电压不稳定经常同时发生。
– 一种形式的不稳定可导致另一种形式的不稳定,其区别可能并不明 显。然而区别功角稳定与电压稳定对弄清楚问题的根本原因,对改 进电网设计、合理安排运行方式、以及针对性的控制将有着重要的 意义,因此应从因果关系进行分析,尽量分清功角稳定与电压稳定。
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电压稳定问题
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电力系统电压紧急控制装置
• 为防止电力系统出现扰动后,无功功率欠缺或 不平衡,某些节点的电压降到不允许的数值, 甚至可能出现电压不稳定,应设置自动限制电 压降低的紧急控制措施。 • 为防止电力系统出现扰动后,某些节点无功功 率过剩而引起工频电压升高的数值及持续时间 超过允许值,应设置自动防止电压升高的紧急 控制措施。
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频率紧急控制
• 防止频率崩溃的重要措施是安装数量和地点合适的低 频减载装置。 • 频率紧急控制的措施:频率下降时,基本措施是自动 低频减负荷(低频减载);频率上升时,基本措施是 过频自动切机(高周切机);联络线低频解列。 • 频率紧急控制的判据:按频率值、频率变化率及动作 延时综合进行判断,但必须防止暂态过程中频率测量 的不正确及系统内负荷反馈等问题引起的误动作。 • 当系统功率缺额过大(例如缺额达20%)时,应装设 联络线跳闸或大机组跳闸时联切负荷(或联切蓄能电 厂的抽水机组),可有效制止频率的大幅度降低。
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频率异常危害
• 频率异常对电力系统的危害
– 电力系统汽轮机叶片对频率的要求 – 锅炉和核反应堆对频率的要求 – 发电机励磁对频率的要求
频率偏离较大将可能导致一些机组停机,可能连 锁反应造成频率崩溃 • 频率异常对用户的危害
– 主要是同步电动机 – 电子设备,计算机等 – 其它容性和感性负荷
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电力系统频率特性
发生电压稳定问题的电力系统中固有的弱点: • 1 输电网络强度不够; • 2 功率传输过重; • 3 发电机无功/电压超过控制极限; • 4 负荷特性; • 5 无功补偿装置特性; • 6 电压控制装置动作。
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电压稳定问题
电压不稳定的主要表现: • 输电线负荷过重; • 电压源离负荷中心过远; • 电源电压过低; • 无功补偿不足。
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电力系统保持频率正常的控制措施
• 电力系统保持频率正常的控制措施
– 自动发电控制(AGC)。任务是当负荷缓慢 变化时,调节发电机的输出功率,保持频率 恒定。 – 紧急状态下的频率调节。任务是在系统有功 功率出现大的扰动,频率出现大的偏差时, 尽快恢复频率至正常值,以保证电力系统的 安全。(第三道防线内容)
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电力系统频率紧急控制要求
• 限制频率异常下降的控制应在频率实际下降后,及时实 现控制,如切负荷; • 事故时频率下降的幅值和持续时间都要小于一定限度, 该限度由系统要求所定; • 当系统频率下降不大,频率虽低但不危及系统运行时, 不宜切除负荷,一般最高切除频率应该为49HZ,目的 是充分动用备用容量; • 切负荷对用户的损失应尽可能降到最低,包括增加级 数,减少每级的切除负荷量,也可根据频率恢复情况 实现被切除用户的自动重合闸; • 低频装置不应该在非有功功率缺额所引起的频率变化 过渡过程中误动作,如重合闸和背自投过程中的电源 消失,同步振荡,失步振荡等。
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自动低频减负荷1
当电力系统发生突然的有功功率缺额时,主要应依靠低频自动减 载装置的动作,切除相应数量的负荷,使保留运行的负荷量与运 行中的发电量相适应,保持系统继续安全稳定运行,保证向重要 负荷不间断供电。使电力系统在实际可能的各种运行方式下,不 发生频率崩溃,也不使频率长期悬浮在某一过低(49Hz以下)或 过高(50.5 Hz以上)的数值。 低频减载的整定的原则: ①与发电机组的低频保护配合 ②与联络线的低频解列配合 ③大于核电厂冷却介质泵低频保护定值(>0.3~0.5Hz) ④限制系统频率低于47Hz时间不应超过0.5秒 ⑤出现过切时,频率值不能超过51Hz,避免大机组误跳闸
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电力系统频率紧急控制装置
• 低频减载装置(UFLS)
–快速或带短延时动作,按频率分为多级,防止频率 下降严重,基本轮; –带较长延时动作,但动作频率较高,主要是防止频 率的悬浮状态,特殊轮;
• 低频低压解列和切负荷装置
–在与主网联系的带地区负荷的电厂和地区电网中, 为保证厂用电和重要负荷的安全,在严重故障时解 列联络线及连锁切负荷; –如果在具有较大有功功率缺额的地区电网中发生严 重故障或解列后,电压可能严重下降不能恢复(比 频率下降的快),此时应该补充低压解列或低压减 载装置;
• 控制方式的多样性
–一般需要采用限制频率升高的控制装置 –如果可以预测水电厂的输出线路短开后具有危险的剩余功 率,则可以安装线路跳闸联切装置,而将高频率切机装置 15 做为后备,能可靠避免事故的扩大
电压及其控制措施
• 电压的意义
– 电力系统电压反映了系统无功功率的情况,不仅反映了 电能质量,也是影响电力系统的安全稳定运行的重要因 素; – 系统电压是通过发电机、无功补偿设备和变压器分接头 切换等控制的
• 发电机低频自起动和调相转发电
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频率异常升高的特点及控制
• 水轮机超速导致的频率过高
–电力系统负荷突然减少,系统频率会升高,原动机调速器 将动作减少输出功率; –汽轮机调速器响应速度很快,防止频率上升到危险程度; –水轮机调速器响应速度很慢,甩负荷时,频率可能上升 120%~140%; –在水电占比重很大的系统中,当水轮机转速升高后,会带 动与之并列运行的汽轮机产生危险超速,即使此时汽轮机 关闭主汽门,发电机变为同步电动机运行,其旋转速度一 样会提高,也很危险。
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频率的意义及其允许范围
• 频率的意义
电力系统频率反映了系统有功功率的供需平衡情况, 不仅反映了电能质量,也是影响电力系统安全稳定 运行的重要因素。 • 正常时,频率不允许偏离0.1~0.2Hz,紧急情况应在 49.5~50.5Hz之间 • 频率变化的方向、幅值、速度与功率不平衡的状态 和系统特性有关
• 1 稳定裕度, • 2 旋转备用, • 3 调度员的作用。
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防止连锁事故及频率或电压崩溃的措施
• 协调配置电力系统稳定器PSS,以增加阻尼,防止发生 小扰动动态失稳; • 增加电压支撑,建立电压支撑能力与输电极限的关系; • 合理安排和分配发电旋转备用; • 协调安排低频自动减负荷方案; • 开发运用电力系统紧急控制稳定措施; • 研究运用低电压切负荷措施; • 保护和发电机控制特性与电力系统动态特性的协调; • 建立协调组织,以协调各成员电网的信息交换、规划 及运行。
• 电压的异常
– 电压过高——工频过电压和谐振过电压; – 电压过低——系统故障,负荷重,无功功率不足。 电压不稳定或电压崩溃是由于系统和负荷的非线形特点造成的
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电力系统电压稳定性
• 电压系统在额定运行条件下和遭受扰动之后系统中所有母线 都稳定是电力持续地保持可接受的电压的能力。
– 当发生扰动、增加负荷或改变系统运行方式造成渐进的、不可控制 的电压降低时(至少有一个母线的电压幅值随注入母线的无功功率 的增加而减少),则系统进入电压不稳定状态。电压不稳定的主要 因素是系统不能满足无功功率的需求。 – 电压问题曾经主要伴随弱系统和长线路,现在在高度发达的电网中 由于重负载,使电压问题也成为一个关心的焦点。
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电力系统电压崩溃ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 电压不稳定本质上是一种局部现象,但其后果却给系 统带来广泛的影响。
– 电压崩溃则是伴随电压不稳定导致系统相当大部分的地区 停电。美加“814”大停电过程中,最后阶段就是发生电压 崩溃导致全停。
• 电压稳定的控制措施
– 主要有发电机的励磁控制、低电压切负荷、静止补偿器等, 低电压切负荷是电压紧急控制最主要最基本的有效措施。
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