第6章：自动按频率减负荷介绍

电力系统的频率不能长期维持在 （49.5~49）Hz以下，事故情况下不能较长 时 间 停 留 在 47Hz 以 下 ， 绝 对 不 允 许 低 于 45Hz。因此，当电力系统出现较大的功率缺 额时，应采用紧急措施，以保证系统的稳定 运行。
二. 限制频率下降的措施
负荷的调节效应，在频率下降时使系统负荷消 耗的有功功率自动相应的减小，这在一定程度上可 以减缓频率的下降，但往往是不够的。
自动按频率减负荷装置应能保证当系统发生功 率缺额时，不管该功率缺额多大，都能在断开相应 数量的用户负荷后，使系统频率恢复到不低于某一 允许值的情况下运行。因此，必须考虑出现最大的 可能的功率缺额时，接至自动按频率减负荷装置的 用户功率量也能使系统频率恢复在可运行的水平 。
确定系统事故情况下的最大可能功率缺额， 以及接入自动按频率减负荷装置相应的功率 值，是保证系统安全运行的重要措施。
曲线 c 表示当频率沿曲线 a 降低到 f1时，切除部 分负荷，且切除负荷功率恰好等于有功缺额。此时 频率将沿曲线 c 恢复到额定值附近运行。
曲线 d 表示当频率沿曲线 a 降低到 f1时，切 除部分负荷，且切除负荷功率恰好使频率处于 不升高也不降低的状态。
当频率沿曲线 a 降低到 f1时，切除部分负荷，且 切除负荷功率小于曲线 d 对应的切除负荷。如果这时 系统功率缺额所对应的稳态频率与 b 曲线一致，则频 率将沿曲线 e 变化。
确定系统中可能发生的功率缺额涉及到对系统事 故的设想。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，例如按系 统中断开最大机组或某一电厂来考虑。如果系统有可 能解列成几个子系统（即几个部分）运行时，还必须 考虑各子系统可能发生的最大功率缺额。
启用自动按频率减负荷装置后，一般希望系统的
系统频率变化是按指数规律变化的。
1
f f ( fN f )e Tf f —由功率缺额引起的另一个稳定运行频率。 Tf —系统频率变化的时间常数，与系统等值机组惯性常数 以及负荷调节效应系数KL*有关，一般在（4~10）s 之间。
图中a、b两曲线是不切除负荷的情况，且a 比b的有功缺额标幺值大。曲线表明，在事故初 期，频率的下降速度与有功缺额标幺值成正比。
（1）动用系统中的旋转备用容量。当频率下降时， 应立即增加备用的机组出力，使频率得以恢复。特 别是对具有锅炉蒸汽容量的火力发电厂，应依靠良 好的自动调节装置，使其迅速增大出力。对临时作 调相运行的水轮发电机，应使其立即由调相运行改 为发电运行。
（2）应迅速启用备用机组。在系统频率下降时， 首先要求处于备用状态的水轮发电机迅速启动， 并迅速投入系统。同样的，电力系统中其他能迅 速启动的发电机，如燃气轮机组也应该立即启动， 一般可在几分钟内投入电力系统。
率降至fn时，自动按频率减负 荷装置的第n级动作，再断开
相应的负荷。
系统频率开始回升， 如曲线1所示。
频率停止下降，趋于 稳定，如曲线2所示。
这两种情况说明自动按 频率减负荷装置动作后，系 统有功功率重新达到平衡， 断开的。
第n级动作后，系统仍然 存在功率缺额，频率继续下 降，如图中曲线3。当频率下 降到fn+1后，第n+1级动作， 再断开相应的负荷。
尽早切除负荷功率，可延缓频率的下降过程。
6.2 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
设电力系统内发生有功功率缺额PL 为系统额定 总负荷 PLN 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，得系统频率下降值为：
1 K L*
f* PL*
1 K L*
Phmax K L* PLN 1 KL* f*
f*
【例 6-2】 某系统的负荷总功率为 PLN 5000MW ，设 想系统最大的功率缺额为Phmax 1200MW ，设负荷调 节效应系数为 KL* 2，自动低频减载装置动作后，希 望系统恢复频率为 fh 48Hz，求接入低频减载装置的 功率总数 PL max 。 解：希望恢复频率偏差的标幺值为：
何措施，求事故情况下的稳态频率值。
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：
f
fN
PL K L* PLN
得：f 50 80 6.2Hz 1.5 430
所以该事故后的系统稳态频率将降至 50-6.2=43.8 Hz
二.最大功率缺额的确定
自动按频率减负荷装置（AFL）是用来对付严重 功率缺额事故的重要措施之一。它通过切除负荷功 率的办法来制止系统频率的大幅度下降，借以取得 逐步恢复系统正常工作的条件。
恢复频率 fh低于额定值，约为 49.5~50Hz 之间，所以接
到自动按频率减负荷装置最大可能的断开功率 ΔPLmax可
小于最大功率缺额 Ph max 。
设正常运行时系统负荷为 PLN ，额定频率与恢复频
率 fh之差为f ，则可得：
Ph max PL max PLN PL max
KL* f*
PLmax
第6章 自动按频率减负荷介绍
6.1 自动按频率减负荷概述
一. 低频运行的危害
（1）频率下降到46.5~45Hz时，厂用设备生产率急剧下 降。频率再继续下降时，不得不断开机组或发电厂，这将 导致电力系统的出力进一步减少和频率的继续下降。恶性 循环呈现出一种系统频率雪崩式的下降，可能导致大面积 停电。这种电力系统频率不稳定的现象叫频率崩溃。
（3）按频率自动减去负荷。电力系统中常常设置 自动按频率减负荷装置（简称AFL），或称低频 （周）减载装置，按频率下降的程度自动切除部 分负荷，以阻止频率的下降。
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。
接入自动按频率减负荷装置的功率总数 PLmax 是按系统发生最严重故障 的情况确定 的，所以即使是系统发生了最严重故障，在自 动按频率减负荷装置最后一级动作切负荷后， 系统频率也会回升到允许值。由此可以看出， 低频减载装置是按照逐步试探、逐次逼近的求 解原则分级切除负荷的。
f / fN PL / PLN
f
fN
PL K L* PLN
设 KL* 2，那么
f
50 20% 5Hz 2
【例 6-1】 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
（2）频率降低使系统的电压降低，所输出无功减少。负 荷所需的无功功率增大，导致电力系统的电压水平下降， 有可能在频率崩溃的同时出现电压崩溃。
（3）频率下降时，汽轮机叶片的振动变大，轻则影 响使用寿命，重则产生裂纹。
（4）系统频率下降会影响某些测量仪表的准确性和 某些继电保护装置动作的准确性。
（5）低频运行还会影响系统的经济性。
当系统发生某个数值时的
根据启动频率的不 功率缺额时，系统频率急剧下
同，自动按频率减负 荷装置可分为若干级，
降达到fn-1时，自动按频率减 负荷装置的第n-1级动作，断
也称若干轮。
开相应的负荷。如果第n-1级
动作后系统频率继续下降，说
明第n-1级动作后断开的负荷
仍然不足以抵偿系统的功率缺
额，频率再度下降。当系统频
f *
fN fN
fh
50 48 0.04 50
按上式求得： PL max
1200 2 5000 0.04 1 2 0.04
870MW
三.自动按频率减负荷的分级实现
自动按频率减负荷装置是在电力系统发生事 故时，在系统频率下降过程中，按照不同的频率整 定值动作，按顺序地切除负荷。也就是将接至自动 按频率减负荷装置的总功率 PLmax按负荷重要程度 的不同进行分级，并分别分配在不同启动频率值来 分批地切除，相对不重要的负荷先切除，以适应不 同功率缺额的需要。