防止电力系统频率崩溃的紧急控制

防止电力系统频率崩溃的紧急控制

摘要

防止电力系统频率崩溃是防止系统大面积停电的一项重要措施。系统频率崩溃往往由于系统频率降低情况超出发电机组承受能力，形成连锁反应所致。本文根据国内外大量研究成果，讨论了机组在频率异常时的运行能力，分析了系统在低频减负荷等紧急控制作用下的频率特性及其与机组特性协调的问题，给出了有关的实用分析计算方法和计算示例。

关健词:系统频率降低；连锁反应；频率调整。

Abstract

Prevent frequency collapse of electric power system is an important measure to prevent the system to a large area blackout. System frequency collapse often due to system-frequency reduced circumstances beyond generating units capacity, creating a chain reaction caused by. According to many research achievements at home and abroad, discussed the operation ability in the abnormal frequency when the unit, analyzes the system frequency character is ti c in low frequency burden load emergency control under the action of unit and its coordination with the characteristics of the problem, gives the calculation method and calculation of relevant practical example. Keywords: Reduces the frequency of the system;A chain reaction;Frequency adjustment.

0 前言

通过世界范围内电力系统多次大面积停电的教训。表明那种认为电力系统稳定水平足够高就不会发生大停电的说法是不确切的。发生大面积停电往往是由多种偶然因素导致的后果，报难事先预计。尽管这种故障发生的概率很低。但后果却异常严重。现在各电力公司越来越认识到采取措施防止极端严重故障或未预料的故障造成大面积停电的重要性。我国早就强调了防止大面积停电的第三道防线对于防止大面积电控制措施的特点，但可根据故障(不论原因如何)引起的危急状态来采取相应措施。这种危急状态通常有失步振荡、过负荷、电压和频率严重偏离允许范国等。其中事故引起功率不平衡导致的频率异常是较常见的．特别是功率严重不足时的频率严重降低．可能导致系统频率崩溃。

台湾省1999年7月29日的大停电事故就是由未预料到的故障引起，加上措施不力而导致频率崩溃的典型例子．台湾电力系统设计条件是：南部通过两组345kV同杆双回线向中北部送电4000MW时，一组同杆双回线故障时，系统稳定不致破坏。7月29日实际送电3400MW时．一组同杆双回线园倒秆故障断开，同时南部一大型火电厂的母线分段断路器保护误动跳开，使大量功率迂回260km向北送电．导致稳定破坏，跳开另一组双回线，使南部与中北部解列。故障前中北部总负荷15500MW，解列后缺功率3400／15500=2I．9％．如果处理得当．本来可避免严重损失．但由于实际低频减负荷容量不足，而发电机低频跳闸 (整定值53～59Hz。时间15)与低频减负荷特性不协调，形成连锁反应，导致频率崩溃。中北部全停。全系统停电16700MW，22小时后才恢复正常。所以，电力系统在极端严重和难以预料的故障下防止频率崩溃，是保证安全稳定运行极端重要的措施．是防止大面积停电的最后一道防线的重要组成部分。

1．建议值一般小于机组允许值

考虑到使系统频率严重降低的故障概率是较小的，汽轮机频率异常每次最长允许时间通常可按叶片损伤一定的百分数来确定。这个百分数国际上尚无明确规定，如美国西部系统在1996年大停电后新颁布的(WSCC统一的频率偏离时甩负荷和恢复设计》18]规定以汽轮机寿命损耗5％准则作为低频减负荷的整定依据，即低频减负荷应保证电力系统额率偏离额定的时间不大于累计允许时间的5％。上述表l的每次允许时间约为累计允许时间的 1．67％～4．17％，其中概率低的频率降低情况允许值较大，一般低于5％-应认为是可行的。

所以．系统故障时频率降低的限制条件主要是发电机每次允许频率降低的

时间，以及核电厂冷却介质泵的运行性能。

电力系统频率崩溃电力系统或被解列后的局部系统出现较大有功功率缺额时，频率大幅度下降.影响汽轮发电机组出力降低或跳闸，造成频率进一步下降.系统有功出力进一步减少的恶性循环，导致电力系统或局部系统大停电。在电

源开断或负荷突然增大时，由于电源和负荷间功率的严重不平衡，会引起电力

系统频率突然大幅度下降，威胁电力系统正常运行（如汽轮机叶片的强烈振动、发电厂辅助机械的不正常工作）。如果不立即采取措施，使频率迅速恢复，将

会使整个电厂解列，产生频率崩溃，导致全系统瓦解。

频率和电压是电力系统运行的两大质量指标。若频率或电压不稳定,不仅给发电厂(变电站)及电力系统本身带来许多危害,而且更重要的是不能满足广大用户对电能质量的要求, 使用户的产品质量下降甚至报废。因此,当系统频率或电压变化时,各发电厂(变电站)值班人员应按照规定主动调整,使其恢复至规定范

围内运行。

2 系统频率异常的限制条件

系统正常运行时的允许频率偏差取决于某些对频率质量要求特别高的用户，一般为 0.I Hz-,-0．2Hz。汽轮发电机组的长期运行允许频率范围为48．5Hz-50．5Hz。系统正常负荷波动引起的频率偏差一般可由发电机功率调节系统进行调整补偿．但是在系统事故功率短缺时．就难免要突破上述范围。因为发电机

的调速系统增长功率速度不可能立即弥补这些功率缺额：依靠立即切除相应负

荷保持频率不变是很难准确实现的．也是不妥当的，因为这样将不能充分发挥

旋转备用的效用而致使较多负荷停电。系统事故时的频率偏差限制条件取决于

大型汽轮发电机组和核电机组．限制因素主要是汽轮机叶片谐振和辅机出力例。汽轮机叶片在频率偏差较大时运行，可能承受不可恢复的损伤，在该频率运行

的整个寿命时间是有限的。汽轮机在每次系统故障时频率降低的允许时间，应

根据频率降低程度、故障发生概率及对汽轮机寿命可能的损耗程度合理确定。

发电厂辅机的决定因素是核电厂的冷却介质泵.

我国有关部门曾对大型汽轮发电机的频率异常运行能力进行了大量调查研究，调查范围包括全世界各主要发电设备生产厂，如西门子、ABB、OEC、ALSTOM、安莎尔多、西屋、GE、东芝、三菱、日立、斯科达、哈尔科夫和列宁

格勒金属工厂等进口我国的300MW～600MW汽轮发电机组.