第六章 自动按频率减负荷装置

电力系统 自动装置原理
五、自动低频减载装置原理接线 f1 f2 fN fD1 fD2 fDN + +
∆t1 ∆t2 ∆tN ∆tD1 ∆tD2 ∆tDN
EX1 EX2 EXN EXD1 EXD2 EXDN
+ + + +
∆P1 ∆P2 ∆PN ∆PD1 ∆PD2 ∆PDN
-
电力系统 自动装置原理
-
自动低频减载
电力系统 自动装置原理
2 自动低频减载装置的动作顺序 分批断开负荷功率采用逐步修正的办法，按频率的不同数值按顺 序地切除负荷。
1) 第一级起动频率f1的选择
第一级的起动频率值宜选择得高些； 考虑电力系统动用旋转备用容量所需 的时间延迟 。48.5 − 49 Hz
2) 末级起动频率fn的选择
频率崩溃 电压崩溃
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
电力系统 自动装置原理
第三节 其他安全自动控制装置
自动解列装置
厂用电系统“解列”的应用 系统解列的应用
水轮机组低频自起动装置
自动切机
电气制动
电力系统 自动装置原理
厂用电系统“解列”的应用
1)
由于∆f*∞ 的值与功率缺额∆Ph*成比例，当∆Ph*不同时，系统频率特性如图中曲线a, b所示。 两曲线表明，在事故初期，频率的下降速率与功率缺额的标么值成比例， ∆Ph*值越大，频 率下降的速率也越大。它们的频率稳定值分别为fa∞和fb∞ 。 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) 。 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 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 电力系统 自动装置原理 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。
T DL G 3#
厂用电
G 4#
G 1# f
G 2# fCZ 跳闸
电力系统 自动装置原理
系统解列的应用
A系统
B系统
系统解列点选择的原则： 尽量功功率、无功功率分点上，或交换功率最小处。 适当地考虑操作方便、易于恢复且具有较好的远动、通信条 件。 频率信号
2)
3)
4)
四、 自动低频减载的工作原理 1 最大功率缺额及接入自动低频减载装置的功率值的确定
功率缺额∆Phmax：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，例如按系统中断开最大机组或某一电厂来考虑。
断开功率∆PLmax：
∆Ph max − ∆PL max = K L*∆f* PLe − ∆PL max ⇓ ∆PL max = ∆Ph max − K L*∆f* PLe 1 − K L*∆f*
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 ， 电力系统 自动装置原理
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。
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 。
自动低频减载 自动低频减载装置的任务—当系统发生较大事故时，系统出现严重 的功率缺额，其频率下降，采用迅速切除不重要负荷的办法来制止 频率下降，以保障系统安全，防止事故扩大。 频率降低较大时对系统运行的影响 对汽轮机的影响 发生频率崩溃现象 发生电压崩溃现象 二、 电力系统频率静态特性
电力系统自动低频减载及其 他安全自动控制装置
第一节 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。
1
B系统
A电厂
2
当电厂A发生故障
迅速切除系统B的部分负荷
事故情况
措施
一回线发生三相短路
迅速减少输送功率
调度人员
电力系统 自动装置原理
安全装置的意义
46 − 46.5 Hz
电力系统 自动装置原理
3 频率级差∆f 的选择
按选择性确定级差 级差不强调选择性
N= f1 − f N +1 ∆f
4 频率级差数N 的选择
5 每级切除负荷∆PLi 的限值
6 自动低频减载装置的动作时延及防止误动作措施
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频率测量元件的 最大误差频率
对应于∆t时间内的频率 变化，一般可取0.15Hz
电力系统 自动装置原理
∆Pi −1 PLe − ∑ ∆PLk
k =1 i −1
= K L∗
∆f i fe
∆Pi −1∗
i −1 = 1 − ∑ ∆PLk ∗ K L∗ ∆f i∗ k =1
i ∆Phi∗ = 1 − ∑ ∆PLk ∗ K L∗ ∆f h∗ k =1 ∆Pi −1∗ = ∆PLi∗ + ∆Phi∗ i i −1 ∆PLi∗ = 1 − ∑ ∆PLk ∗ K L∗ ∆f i∗ − 1 − ∑ ∆PLk ∗ K L∗ ∆f h∗ k =1 k =1 i −1 K (∆f − ∆f h∗ ) ∆PLi∗ = 1 − ∑ ∆PLk ∗ L∗ i∗ k =1 1 − K L∗ ∆f h∗
电力系统 自动装置原理
⇓ ∆Ω(small )
dω TG ⋅ ∗ = P ∗ − PL∗ T dt ⇓ 等值机组的运动方程 TS ⋅ dω∗ = P ∗ − PLS ∗ TS dt
⇓ Txf = Txf ⋅
d∆f∗ + ∆f∗ = ∆Ph∗ K L∗ dt
当系统中出现功率缺额或功率过剩时，系统频率的动态特性可用指数曲线来描述。
∆f = 2∆fσ + ∆f t + ∆f y
频率裕度，一 般可取0.05Hz
电力系统 自动装置原理
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。 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。
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。
电力系统 自动装置原理
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 电力系统 自动装置原理
第二节 自动低频减载
一、低频运行的后果
联络线功率大 小方向信号 解列点断路器跳闸
与门
电力系统 自动装置原理
BecauseL ∆ω∗ =
ω − ωe f − f e = ∆f∗ = ωe fe
dω∗ d∆ω∗ d∆f∗ = = dt dt dt ⇓ PGe ↔ PLe Tx PGe d∆f∗ ⋅ = P ∗ − PL∗ T PLe dt
⇓ PL = PLe + K L ∆f ⇓ PL∗ = 1 + K L∗∆f∗ Tx Tx PGe d∆f∗ ⋅ = P ∗ − (1 + K L∗∆f∗ ) T PLe dt PGe d∆f∗ ⋅ + K L∗∆f∗ = P ∗ − 1 = ∆Ph∗ T PLe dt PGe Tx ⋅ PLe K L*
KL = K L* ∆Ph ∆f ∆P 50 ∆P 50 ∆P % = h• ⇒ ∆f = h • ⇔ ∆f = h* ∆f PLe K L* PLe 2 K L*
电力系统 自动装置原理
三、 电力系统频率动态特性
dΩ = ∆M J dt 1 ⇓ Wke = JΩ 2e ⇒ J = 2Wke Ω 2e 2 2Wke dΩ ⋅ = ∆M 2 Ω e dt ⇓ M B = PGe Ωe 2Wke dΩ 2Wke dΩ∗ dΩ ⋅ = ⋅ = TG ⋅ ∗ = ∆M ∗ dt PGeΩe dt PGe dt