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
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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
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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。
第6章 电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置
第6章电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置
1、电力系统频率降低较大时，对系统运行极为不利，可能产生哪些方面的影响。
2、电力系统在某一运行方式时，运行机组的总额定容量为1000MW，此时系统中负荷功率为
920MW，负荷的调节效应系数为1.6，设这时发生事故，突然切除额定容量为150MW的发电机组，若不采取任何措施，求事故情况下的稳态额定频率值。
3、某系统的负荷总功率为10000MW，系统的最大功率缺额为1800MW，系统的负荷调节效应
系数为1.8，自动低频减载装置动作后，希望系统恢复频率为48.5HZ，求接入低频减载装置的功率总数。
4、自动低频减载装置为什么要装设后备段，后备的动作频率和功率总数怎么确定的？
5、自动低频减载装置防止误动的措施有哪些？
6、自动解列装置在解列点选择时应考虑哪些原则？。
低频减载装置
低频减载装置目录1电力系统低频减载装置2低频减载动作顺序3低频率的危害1电力系统低频减载装置为了提高供电质量，保证重要用户供电的可靠性，当系统中出现有功功率缺额引起频率下降时，根据频率下降的程度，自动断开一部分不重要的用户，阻止频率下降，以使频率迅速恢复到正常值，这种装置叫做自动低频减载装置。
电力系统自动低频减载装置: 过去叫低周减载，现在标准叫法为-低频减载。
是电力部门(主要为电厂)在电网频率下降超出允许范围时（如低于49HZ），切除部分非重要用户的一种技术手段英文简称: AFL2低频减载动作顺序1、第一级启动频率f1 ：这个为事故的早期，频率下降不严重，因些启动值要高些一般整定为：48.5~49Hz ,在以水电厂为主的电力系统中，因水轮机调整速度较慢，因些常取48.5Hz.。
2、末级启动频率fn ：这是电力系统能允许的最低安全频率，这时，火电厂的厂用设备已不能正常工作，低于45Hz时，很可能发生“频率崩溃”或“电压崩溃”，因此，末级启动频率以不低于46~46.5Hz为宜。
3、频率差问题：即第一级和末级启动频率的差值，在这个差值内有，频率级差=（首级频率－末级频率）除以 (级数-1). 频率级差通常为0.3~0.5Hz./ 级数在10级以内.当动作从第一启动切负荷开始后,一直切到某一级,系统频率不再下降时,就停止切负荷.3低频率的危害1、运行经验表明，汽轮机在频率低于49~49.5Hz以下长期运行，叶片容易产生裂纹，当低于45HZ时，为发生叶片共振而造成叶片断裂。
2、当频率下降到47~48HZ时，为电厂厂用电设备的出力，明显下降，会引起电厂出力减小，更加引起系统有功不足，频率进一步下降，最后导致崩溃。
3、当频率下降到45~46HZ时，系统电压水平，极不稳定，如再加之有短路等故障的情况下，会导致系统瓦解。
微机电力自动装置原理课件第6章自动低频减载
24
五、自动低频减载装置
• （一）装置原理接线-----图6-6 • 1、由：电力系统+变电站+自动低频减载装置等组成。 • 2、自动低频减载装置由：f---低频继电器+△t延时单元+EX跳闸执行单元（每个单
元管不同的功率）等组成。 • 3、 f---低频继电器：有模拟式和数字式俩种。数字式的见图6-8、6-9。他由三个
df* dt
TX
PGN PLN
df* dt
TX 系统等值机组惯性时间与TG相当。 PL PLN KLf ;所以PT* PL* KL*f* 若功率缺额为Ph得：
TX
PGN df* PLN K L* dt
f*
Ph* K L*
Txf
df* dt
f*
t
解微分方程得：f * Txf (1 eTxf )
率缺额为Phmax 1200MW;负荷调节效应系数KL* 2，希望系统恢复频率fh 48HZ,求接入低频
减载装置的功率PLmax ？
17
•
解：希望恢复频率的标么值为：
f*
50 48 50
0.04
PL max
1200
25000 1 2 0.04
0.04
870(M W )
所以减去870(M W )的负荷，才能使频率
第六章 电力系统自动低频减载及 其他安全自动控制装置
6.1 6.2 自动低频减载 6.3 其他安全装置
1
6.1 概述
•
6.1.1电力系统自动低频减载的含义
•
电网出现严重故障时,所以发电机都满负荷发电也依然
不能满足功率缺额条件下,电网频率不断往下掉.即出现低频的情况
发生，.电力系统自动控制装置一检测到出现低频的情况，立即将
五、自动低频减载装置
• （一）装置原理接线-----图6-6 • 1、由：电力系统+变电站+自动低频减载装置等组成。 • 2、自动低频减载装置由：f---低频继电器+△t延时单元+EX跳闸执行单元（每个单
元管不同的功率）等组成。 • 3、 f---低频继电器：有模拟式和数字式俩种。数字式的见图6-8、6-9。他由三个
df* dt
TX
PGN PLN
df* dt
TX 系统等值机组惯性时间与TG相当。 PL PLN KLf ;所以PT* PL* KL*f* 若功率缺额为Ph得：
TX
PGN df* PLN K L* dt
f*
Ph* K L*
Txf
df* dt
f*
t
解微分方程得：f * Txf (1 eTxf )
率缺额为Phmax 1200MW;负荷调节效应系数KL* 2，希望系统恢复频率fh 48HZ,求接入低频
减载装置的功率PLmax ？
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•
解：希望恢复频率的标么值为：
f*
50 48 50
0.04
PL max
1200
25000 1 2 0.04
0.04
870(M W )
所以减去870(M W )的负荷，才能使频率
第六章 电力系统自动低频减载及 其他安全自动控制装置
6.1 6.2 自动低频减载 6.3 其他安全装置
1
6.1 概述
•
6.1.1电力系统自动低频减载的含义
•
电网出现严重故障时,所以发电机都满负荷发电也依然
不能满足功率缺额条件下,电网频率不断往下掉.即出现低频的情况
发生，.电力系统自动控制装置一检测到出现低频的情况，立即将
电力系统自动装置原理-第06章_电力系统自动装置原理
原则2：级差不强调选择性
• 由于实际系统中运行方式和事故的不同，造成 功率缺额具有很大的分散性。若低频减载装置 采用试探法逐级求解，分级切除少量负荷，以 达到比较好的效果。这时要求n较大，这就使得 每级切除的负荷较少，即使两级间无选择性起 动，也不会造成负荷切除量过大，因而频率恢 复值不致于太高 。
26
自动低频减载装置的动作时延
• 原则上，动作应尽可能地快，以便延缓f 的下 降。然而，在事故期间可能的电压下降（f 不一 定不满足要求）可能会引起装置误动作，这时人
为设定一0.3~0.5秒的时间延迟以躲过可能的误
动作。
27
第2节 自动低频减载
一、概述 二、电力系统频率 静特性€ 三、电力系统频率的动 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
Phmax PLmax PLN PLmax
K L*f * P Lmax
Phmax KL* PLNf* 1 KL*f*
13
14
自动低频减载装置的动作顺序
• 为防止非最严重事故下切除过多的负荷，自动低 频减载装置可采取分批断开负荷并逐步修正负荷 切除量的方法进行。自动低频减载装置在系统频 率下降过程中，按照频率的不同数值将负荷切除 分成多级，每级的动作频率由整定值确定。
• 原则1：按选择性确定级差‘ • 原则2：级差不强调选择性‘ • 前后两级动作的频率间隔：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。
18
原则1：按选择性确定级差
• 该原则强调动作的顺序，后一级只有在前一 级动作以后还不能制止频率下降的情况下才 允许动作。
• 在留有适当的频差裕度fy后，频差应该满足 如下关系： f =2f+ft+fy
第六章按频率自动减负荷装置总结课件
20
• 由于负荷调节效应的存在，当电力系统因有功功率 不平衡引起频率变化时，负荷自动改变消耗的有功 功率，对系统有一定的补偿作用，使系统可以稳定 运行在一个新的频率。但是，负荷的频率调节效应 毕竟是有限的，当电力系统出现较大的有功功率缺 额时， 如果仅仅依靠负荷的频率调节效应来补偿， 系统频率将会降低到不允许程度，从而破坏系统的 安全稳定运行。在这种情况下， 必须借助按频率自 动减负荷装置(简称AFL装置)来切除一部分不重要 的负荷，才能保证系统的安全稳定运行。
用标幺值表示，并取额定频率时的负荷功率PLN为功 率PL 的基准值，额定频率fN为频率f 的基准值,则有
显然，当系统的频率为额定值时， f*=1 ，PL*=1，
于是：
15
• 电力系统负荷的静态频率特性曲线如图6-1所示：
•当频率下降时，负荷从系统中 取用的功率将下降；
•系统频率升高时,负荷从系统 中取用的功率将增加。
19
•KL*是一个无量纲的数,
•KL*是调度部门要掌握的数据， 在实际系统中，需要 经过测试求得，也可根据负荷统计资料分析估算确定。
•对同一个系统,KL* 随季节及昼夜交替而变化，但差 别不大，因此对一个系统而言可近似认为KL*是不变 的，一般负荷调节效应系数在1~3之间 。
•KL与负荷的大小有关，调度部门只要掌握KL* 的值, 就很容易算出KL 的值，从而得到频率偏移量与功率 调节量之间的关系。
7
• 频率异常不同于系统正常运行中的频率波动。 • 频率异常是系统发生事故时，由于突然造成的有
功功率严重不平衡引起的频率大幅度剧烈变化。 • 导致有功功率平衡关系突变的直接原因有： • (1)两个系统间联络线因故障跳开。 • (2)系统内有大机组突然故障退出运行，而旋转
• 由于负荷调节效应的存在，当电力系统因有功功率 不平衡引起频率变化时，负荷自动改变消耗的有功 功率，对系统有一定的补偿作用，使系统可以稳定 运行在一个新的频率。但是，负荷的频率调节效应 毕竟是有限的，当电力系统出现较大的有功功率缺 额时， 如果仅仅依靠负荷的频率调节效应来补偿， 系统频率将会降低到不允许程度，从而破坏系统的 安全稳定运行。在这种情况下， 必须借助按频率自 动减负荷装置(简称AFL装置)来切除一部分不重要 的负荷，才能保证系统的安全稳定运行。
用标幺值表示，并取额定频率时的负荷功率PLN为功 率PL 的基准值，额定频率fN为频率f 的基准值,则有
显然，当系统的频率为额定值时， f*=1 ，PL*=1，
于是：
15
• 电力系统负荷的静态频率特性曲线如图6-1所示：
•当频率下降时，负荷从系统中 取用的功率将下降；
•系统频率升高时,负荷从系统 中取用的功率将增加。
19
•KL*是一个无量纲的数,
•KL*是调度部门要掌握的数据， 在实际系统中，需要 经过测试求得，也可根据负荷统计资料分析估算确定。
•对同一个系统,KL* 随季节及昼夜交替而变化，但差 别不大，因此对一个系统而言可近似认为KL*是不变 的，一般负荷调节效应系数在1~3之间 。
•KL与负荷的大小有关，调度部门只要掌握KL* 的值, 就很容易算出KL 的值，从而得到频率偏移量与功率 调节量之间的关系。
7
• 频率异常不同于系统正常运行中的频率波动。 • 频率异常是系统发生事故时，由于突然造成的有
功功率严重不平衡引起的频率大幅度剧烈变化。 • 导致有功功率平衡关系突变的直接原因有： • (1)两个系统间联络线因故障跳开。 • (2)系统内有大机组突然故障退出运行，而旋转
第六章__电力系统自动低频减载及其他安全控制装置分解
•尽管频率动态除负荷，即按频率自动减载。 •自动低频减载装置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置的级数，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。
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（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
fi fN
K L*
系统缺额由负荷调节 效应来补偿
Pi 1*
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i 1 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。
2、电力系统频率的动态特性
•当频率下降至 f1 ，切除负荷 PL ， 若 PL Ph 则有曲线C •当频率下降至 f1 ，切除负荷 PL ， 若 PL Ph ，且使 f X f1 则有曲线d
•当频率下降至 f1 ，切除负荷 PL ， 若 PL Ph ，且使f X f b 则有曲线e
•在同一事故情况下，切除负荷越多，系统恢复频率就越高，因 此，每级切除负荷的功率受到恢复频率的限制。
•切除功率的限值计算——按照“第i-1级动作切除负荷后，系统 的稳定频率正好在第i级的启动频率上”来考虑。 （1）系统缺额功率 Pi 1
Pi 1 PLN PLk
第六章电力系统自动低频减载装置
第六章电力系统自动低频减载装置电力系统自动低频减载装置是一种安全保护装置，主要用于在电压下降或电力系统负荷变重时，自动减少发电机或发配电设备的负载以避免过载情况的发生。
本文将介绍电力系统自动低频减载装置的工作原理、组成部分和应用场景。
工作原理电力系统自动低频减载装置的工作原理主要是基于电力系统发生负荷波动时的物理规律，即随着负荷变重，电压和频率都会下降。
利用这一规律，装置将通过感应电流变压器、电压互感器等设备获取电压和电流数据，同时对数据进行分析，判断负荷变化是否超过给定的阈值，并实时调节负载容量以避免过载。
组成部分电力系统自动低频减载装置主要由三个部分组成，分别是数据采集部分、控制部分和执行部分。
数据采集部分数据采集部分主要是通过感应电流变压器、电压互感器等设备获取电力系统的电压、电流、频率等数据，并对数据进行处理和传输。
控制部分控制部分主要是由处理器、存储器、逻辑操作电路等组成的，用于对采集到的数据进行分析和决策，并控制执行部分进行动作。
执行部分执行部分主要是由接触器、发电机/配电设备控制器等组成的，用于控制发电机或配电设备的负载并对过载情况进行保护。
应用场景电力系统自动低频减载装置主要应用于电力系统的发电机和配电设备中，以保证系统的安全和稳定运行。
具体应用场景包括以下几个方面：发电机组在独立发电机组中，电力系统自动低频减载装置主要用于监测发电机组负载，当发电机组负载变重时，自动减少负载容量以避免发生过载。
配电系统在配电系统中，电力系统自动低频减载装置主要用于监测负荷变化并自动调整发电机容量，以保证配电系统的安全运行。
电网系统在电网系统中，电力系统自动低频减载装置主要用于监测电压和频率的变化，当电压和频率下降时，自动减少负载容量以避免过载情况的发生。
结论电力系统自动低频减载装置是保障电力系统安全和稳定运行的重要装置之一。
通过实时监测电力系统的数据并判断负荷变化是否超过给定阈值，该装置能够自动调节发电机或配电设备的负载，保证系统的正常运行，避免过载和设备损坏的发生。
第六章__电力系统自动低频减载及其他安全控制装置教程
第六章__电力系统自动低频减载及其他安全控制装置教程电力系统自动低频减载及其他安全控制装置是电力系统的重要组成部分，对于保障电力系统的安全运行起着至关重要的作用。
本章将重点介绍电力系统自动低频减载及其他安全控制装置的基本原理、功能以及应用。
一、电力系统自动低频减载装置低频减载是指在电力系统运行过程中发生频率异常低于额定值时，自动剔除部分负载以保证系统的稳定运行。
主要包括以下三个装置：1.动作频率调节装置（DFR）：动作频率调节装置通过检测电力系统的频率并根据预定的频率范围进行动作，当频率低于阈值时，自动剔除部分负载以提高频率。
DFR能够有效地防止系统陷入不稳定状态，消除负荷崩溃现象。
2.电动机本动闭锁装置：电动机本动闭锁装置能够监测电动机运行时的频率，并在频率低于设定阈值时自动断开电源，以保护电动机免受过载和频率异常的损害。
3.自动联络机欠频停机装置：自动联络机欠频停机装置是用于电力系统的主发电机组的保护装置。
它能够检测系统频率并在频率低于设定值时自动停机，以保护主发电机组免受过负荷和频率异常的影响。
二、其他安全控制装置除了自动低频减载装置外，电力系统还需要其他一些安全控制装置来确保系统的可靠运行。
主要包括以下几个装置：1.过热保护装置：过热保护装置用于保护发电机、变压器和电缆等设备免受过热损坏。
它能够检测设备的温度，并在温度超过设定阈值时自动断开电源，以防止设备过热。
2.过电流保护装置：过电流保护装置是用于保护电力系统各个设备免受过电流损害的装置。
它能够检测电流并在电流超过设定阈值时自动断开电源，以保护设备。
3.漏电保护装置：漏电保护装置主要用于保护人身安全。
它能够检测设备中的漏电流，并在漏电流超过设定值时自动切断电源，以防止电击事故的发生。
4.短路保护装置：短路保护装置用于保护电力系统免受短路故障的损害。
它能够检测电流的变化并在出现短路时迅速切断电源，以保护设备和系统。
总之，电力系统自动低频减载及其他安全控制装置对于保障电力系统的安全运行具有重要的作用。
电力系统自动化-低频减载
• 第三道防线：因一些严重故障导致电力系统稳定破 坏时，必须采取措施，防止系统崩溃，避免造成长 时间大面积停电。
6.5 电力系统低频减载-电力系统频 率的动态特性
• 电力系统频率的动态特性就是当发生有功 功率的事故性缺额时，频率下降的过程。
• 在考虑系统频率的动态特性时，可以将系 统看成一个机械能与电能转换的整体，它 的机械转动惯量包括系统所有转动部分， 如汽轮机、发电机、同步补偿机、电动机 及被拖动的机械等的机械转动惯量，它们 都以同一个等值转速，即在同一个不断变 化的频率数值下共同工作。
fDN
t1 t2
tN tD1 tD2 tDN
EX1
P1
EX2
P2
EXN
PN
EXD1 EXD2 EXDN
PD1 PD2
PDN
6.5 电力系统低频减载-低频减载整 定计算
（一）确定最大功率缺额Pqe
• 发生严重事故时，为了保证系统UFLS装置动作 切除负荷后能使系统频率恢复到允许值，在计算 接入UFLS装置的负荷功率之前，必须先确定系 统发生故障时，功率缺额的最大值。确定最大功 率缺额应考虑系统最不利运行条件下出现最严重 故障时的情况。例如，按系统断开最大容量的机 组或某一发电厂考虑；如果系统有可能解列成几 个子系统时，还应考虑各子系统因联络线断开而 出现的功率缺额。
6.5 电力系统低频减载-低频减载整 定计算
（七）确定特殊级的有关参数 • 特殊级的动作频率通常只有一个，其整定值ft应
大于或等于基本级第一级的动作频率。特殊级是 通过动作延时实现与基本级间动作的选择性的。 在基本级的第一级的频率继电器尚未动作之前， 特殊级的频率继电器就全部动作了，但是由于延 时继电器的延时△t很大，只有在基本级动作不能 使系统频率恢复到希望的频率时，特殊级的执行 继电器才能动作。一般△t取电力系统时间常数 2～3倍，最小动作时间约为10～15s。特殊级中 的各级的选择性是通过不同的延时实现的，相邻 两级间的延时差不小于5s。
6.5 电力系统低频减载-电力系统频 率的动态特性
• 电力系统频率的动态特性就是当发生有功 功率的事故性缺额时，频率下降的过程。
• 在考虑系统频率的动态特性时，可以将系 统看成一个机械能与电能转换的整体，它 的机械转动惯量包括系统所有转动部分， 如汽轮机、发电机、同步补偿机、电动机 及被拖动的机械等的机械转动惯量，它们 都以同一个等值转速，即在同一个不断变 化的频率数值下共同工作。
fDN
t1 t2
tN tD1 tD2 tDN
EX1
P1
EX2
P2
EXN
PN
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PD1 PD2
PDN
6.5 电力系统低频减载-低频减载整 定计算
（一）确定最大功率缺额Pqe
• 发生严重事故时，为了保证系统UFLS装置动作 切除负荷后能使系统频率恢复到允许值，在计算 接入UFLS装置的负荷功率之前，必须先确定系 统发生故障时，功率缺额的最大值。确定最大功 率缺额应考虑系统最不利运行条件下出现最严重 故障时的情况。例如，按系统断开最大容量的机 组或某一发电厂考虑；如果系统有可能解列成几 个子系统时，还应考虑各子系统因联络线断开而 出现的功率缺额。
6.5 电力系统低频减载-低频减载整 定计算
（七）确定特殊级的有关参数 • 特殊级的动作频率通常只有一个，其整定值ft应
大于或等于基本级第一级的动作频率。特殊级是 通过动作延时实现与基本级间动作的选择性的。 在基本级的第一级的频率继电器尚未动作之前， 特殊级的频率继电器就全部动作了，但是由于延 时继电器的延时△t很大，只有在基本级动作不能 使系统频率恢复到希望的频率时，特殊级的执行 继电器才能动作。一般△t取电力系统时间常数 2～3倍，最小动作时间约为10～15s。特殊级中 的各级的选择性是通过不同的延时实现的，相邻 两级间的延时差不小于5s。
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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
2014-10-5
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。
2014-10-5
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
（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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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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（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
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d J M dt
2WKN d 2WKN d* M * PGN N dt PGN dt
2WKN d M 2 N dt
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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