第六章__自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置58

1、電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減載及其電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減載及其他安全自動(dòng)控制裝置他安全自動(dòng)控制裝置電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 裝置裝置當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生某些故障時(shí)，按照預(yù)定的控制準(zhǔn)則迅速作出當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生某些故障時(shí)，按照預(yù)定的控制準(zhǔn)則迅速作出反應(yīng)，采取必要措施避免事故擴(kuò)大。反應(yīng)，采取必要措施避免事故擴(kuò)大。 B系統(tǒng)A電廠12事故情況 當(dāng)電廠A發(fā)生故障 一回線發(fā)生三相短路 迅速切除系統(tǒng)B的部分負(fù)荷迅速減少輸送功率 措施調(diào)度人員 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理安全自動(dòng)控制裝置的意義安全自動(dòng)控制裝置的意義系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大事故嚴(yán)重性擴(kuò)大a、故障使系統(tǒng)減少PA。若備用不足必須切除部分負(fù)荷

2、。b、故障切除，迅速減少輸入功率。、故障切除，迅速減少輸入功率。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理電力系統(tǒng)安全裝置的種類電力系統(tǒng)安全裝置的種類水輪機(jī)水輪機(jī)低頻自啟低頻自啟自動(dòng)自動(dòng)切機(jī)切機(jī)電氣電氣制動(dòng)制動(dòng)自動(dòng)解自動(dòng)解列裝置列裝置自動(dòng)低自動(dòng)低頻減載頻減載安全裝置安全裝置自動(dòng)化安全性保證自動(dòng)化安全性保證電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)低頻減載自動(dòng)低頻減載 自動(dòng)低頻減載裝置的任務(wù)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生較大事故時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的功率缺額，其頻率下降，采用迅速切除不重要負(fù)荷的辦法來制止頻率下降，以保障系統(tǒng)安全，防止事故擴(kuò)大。 電力系統(tǒng)的頻率反映了發(fā)電機(jī)組發(fā)出的有功功率和負(fù)荷所需的功率之

3、間的平衡情況。 第五章系統(tǒng)頻率和有功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)，是指系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下由于計(jì)劃外負(fù)荷所引起的頻率波動(dòng)。系統(tǒng)動(dòng)用發(fā)電廠的熱備用容量，即系統(tǒng)中運(yùn)行的發(fā)電機(jī)容量就能滿足負(fù)荷的要求。 本章討論內(nèi)容：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生較大事故時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的功率缺額，即使令系統(tǒng)中所有的發(fā)電機(jī)組都發(fā)出其設(shè)備可能勝任的最大功率，仍不能滿足負(fù)荷功率。引起系統(tǒng)頻率下降值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出系統(tǒng)安全運(yùn)行所允許的范圍。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)低頻減載自動(dòng)低頻減載對(duì)汽機(jī)的影響對(duì)汽機(jī)的影響 頻率崩潰頻率崩潰 電壓崩潰電壓崩潰 汽輪機(jī)長(zhǎng)時(shí)期低于 頻 率 4 9 49.5Hz以下運(yùn)行時(shí)，葉片容易產(chǎn)生裂紋，當(dāng)頻率低到4

4、5Hz附近時(shí)，個(gè)別級(jí)的葉片可能發(fā)生共振而引起斷裂事故。 當(dāng) 頻 率 下 降 到4748Hz時(shí)，火電廠的廠用機(jī)械的出力將顯著降低，使鍋爐出力減少，導(dǎo)致發(fā)電廠輸出功率進(jìn)一步減少，致使功率缺額更為嚴(yán)重。從而造成所謂“頻率崩潰”現(xiàn)象 。當(dāng)頻率降低時(shí)，勵(lì)磁機(jī)、發(fā)電機(jī)等的轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低，加劇了系統(tǒng)無功不足情況，使系統(tǒng)電壓水平下降，頻率降至4546Hz時(shí)系統(tǒng)電壓水平受到嚴(yán)重影響，當(dāng)某些中樞點(diǎn)電壓低于某一臨界值時(shí)，將出現(xiàn)所謂“電壓崩潰”現(xiàn)象. v一、低頻運(yùn)行的后果電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理 當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)較大功率缺額時(shí)，如能在較低頻率維持運(yùn)行，主要依靠負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)所起的調(diào)節(jié)作用。 當(dāng)頻率降低時(shí)

5、，負(fù)荷自動(dòng)的減少從系統(tǒng)中取用的功率，使之與發(fā)電機(jī)所發(fā)出的功率保持平衡。 此時(shí)，系統(tǒng)負(fù)荷所減少的功率就等于功率缺額。二、二、 電力系統(tǒng)頻率靜態(tài)特性電力系統(tǒng)頻率靜態(tài)特性 *2%5050LhLNLhLNhLhLKPfPKPfPfPKfPK電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理例例6-1：電力系統(tǒng)在某一運(yùn)行方式時(shí)，運(yùn)行機(jī)組的總：電力系統(tǒng)在某一運(yùn)行方式時(shí)，運(yùn)行機(jī)組的總額定容量為額定容量為450MW，此時(shí)系統(tǒng)中負(fù)荷功率為，此時(shí)系統(tǒng)中負(fù)荷功率為430MW，負(fù)荷調(diào)節(jié)系數(shù)為，負(fù)荷調(diào)節(jié)系數(shù)為KL* =1.5,設(shè)這時(shí)發(fā)生事設(shè)這時(shí)發(fā)生事故，突然切除額定容量為故，突然切除額定容量為100MW的發(fā)電機(jī)組，如不的發(fā)電機(jī)組

6、，如不采取任何措施，求事故情況下的穩(wěn)態(tài)頻率值。采取任何措施，求事故情況下的穩(wěn)態(tài)頻率值。*5050*806.2()1.5*430hLLNPfK PfHz ，電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理三、三、 電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)特性電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)特性 電力系統(tǒng)由于有功功率平衡遭到破壞引起系統(tǒng)頻率變化，頻率從正常狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)值所經(jīng)歷的時(shí)間過程，稱為電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)特性。 系統(tǒng)頻率的變化不是瞬時(shí)完成的，而是按指數(shù)規(guī)律變化，頻率隨時(shí)間變化的過程主要決定于系統(tǒng)有功功率的缺額和系統(tǒng)中所有轉(zhuǎn)動(dòng)部分的機(jī)械慣性。 系統(tǒng)頻率的變化可歸納如下幾種情況：電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理由于f* 的值與功率

7、缺額Ph*成比例，當(dāng)Ph*不同時(shí)，系統(tǒng)頻率特性如圖中曲線a, b所示。兩曲線表明，在事故初期，頻率的下降速率與功率缺額的標(biāo)么值成比例， Ph*值越大，頻率下降的速率也越大。它們的頻率穩(wěn)定值分別為fa和fb 。比較b、e兩曲線說明，如能及早切除負(fù)荷功率， 可延緩系統(tǒng)頻率下降過程。 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理自動(dòng)低頻減載自動(dòng)低頻減載v自動(dòng)低頻減載的工作原理最大功率缺額最大功率缺額的確定的確定裝置的動(dòng)作順序裝置的動(dòng)作順序頻率級(jí)差的選頻率級(jí)差的選擇擇后備級(jí)的考慮后備級(jí)的考慮每級(jí)切除負(fù)荷每級(jí)切除負(fù)荷量限制量限制電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理四、四、 自動(dòng)低頻減載的工作原理自動(dòng)低頻

8、減載的工作原理1 最大功率缺額最大功率缺額及接入自動(dòng)低頻減載裝置的功率值及接入自動(dòng)低頻減載裝置的功率值的確定的確定 最大功率缺額最大功率缺額 P Phmaxhmax：應(yīng)根據(jù)最不利的運(yùn)行方式下發(fā)生事故時(shí)，實(shí)際可能發(fā)生的最大功率缺額來考慮，例如按系統(tǒng)中斷開最大機(jī)組或某一電廠來考慮。最大斷開功率最大斷開功率 P Plmaxlmax：自動(dòng)低頻減載裝置是一種針對(duì)事故情況的一種反事故操作，并不要求系統(tǒng)頻率恢復(fù)到額定值，一般希望恢復(fù)頻率低于額定頻率，一般為49.550HZ之間。所以接到自動(dòng)低頻減載裝置下的最大可能斷開功率 P Plmaxlmax可小于最大功率缺額 P Phmax hmax 。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)

9、自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理1 最大功率缺額最大功率缺額及接入自動(dòng)低頻減載裝置的功率值及接入自動(dòng)低頻減載裝置的功率值的確定的確定 *maxmax*maxmaxmax1fKPfKPPfKPPPPLLNLhLLLLNLh電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理Lmax*maxmax*max*5000MW1200MWHz0.041200 2*5000*0.0487011 2*0.04hLLhLLLLPPKPfPK P fPMWKf系統(tǒng)總負(fù)荷 ，設(shè)想系統(tǒng)最大的無功缺額。設(shè)負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)2，自動(dòng)低頻減載裝置動(dòng)作后，希望恢復(fù)頻率48。求接入低頻減載裝置的功率總數(shù)。504850電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)

10、裝置原理2 自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作順序自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作順序 在電力系統(tǒng)發(fā)生事故的情況下,被迫采取斷開部分負(fù)荷的方法確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行,對(duì)于被切除的用戶來說,會(huì)造成不少困難,因此應(yīng)力求盡可能少地?cái)嚅_負(fù)荷. 接于自動(dòng)低頻減載裝置的總功率是按系統(tǒng)最嚴(yán)重事故的情況來考慮的,然而系統(tǒng)的運(yùn)行方式很多,事故的嚴(yán)重程度也有很大的差別,對(duì)于各種可能發(fā)生的事故,要求自動(dòng)低頻減載裝置能做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng),切除相應(yīng)數(shù)量的負(fù)荷.采用分批斷開負(fù)荷功率采用逐步修正的辦法。 自動(dòng)低頻減載裝置在系統(tǒng)頻率下降過程中，按照頻率的不同數(shù)值按順序地切除負(fù)荷。也就是將接至低頻減載裝置的總功率分配在不同啟動(dòng)頻率值來分批切除，以適應(yīng)不同功

11、率缺額的需要。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理2 自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作順序自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作順序 按照啟動(dòng)頻率的不同，低頻減載可分為若干級(jí)。為了確定自動(dòng)低頻減載裝置的級(jí)數(shù)，首先應(yīng)定出裝置的動(dòng)作頻率范圍，即選定第一級(jí)啟動(dòng)頻率 f1 和最末一級(jí)啟動(dòng)頻率fn 。第一級(jí)啟動(dòng)頻率f1的選擇 第一級(jí)的啟動(dòng)頻率值宜選擇得高些； 考慮電力系統(tǒng)動(dòng)用旋轉(zhuǎn)備用容量所需的時(shí)間延遲 。48.5 49 Hz末級(jí)啟動(dòng)頻率fn的選擇 最低頻率受“頻率崩潰”和 “電壓崩潰”的限制，對(duì)于高溫高壓的火電廠，頻率低于46-46.5Hz時(shí)，廠用電已經(jīng)不能正常工作。頻率低于45Hz時(shí)，電壓崩潰。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理

12、自動(dòng)裝置原理頻率級(jí)差數(shù)11fffNN3 頻率級(jí)差頻率級(jí)差 f f 的選擇的選擇 按選擇性確定級(jí)差 級(jí)差不強(qiáng)調(diào)選擇性1）按選擇性確定級(jí)差特點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)各級(jí)動(dòng)作的順序，要在前一級(jí)動(dòng)作還不能制 止頻率下降的情況下，啟動(dòng)下一級(jí)。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理ytffff2頻率測(cè)量元件的最大誤差頻率 對(duì)應(yīng)于t時(shí)間內(nèi)的頻率變化，一般可取0.15Hz 頻率裕度，一般可取0.05Hz 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理2）級(jí)差不強(qiáng)調(diào)選擇性逐步試探求解的原則分級(jí)切除少量負(fù)荷，減少級(jí)差，增加總的動(dòng)作次數(shù)即使經(jīng)過兩輪無選擇性啟動(dòng)，系統(tǒng)恢復(fù)頻率也不會(huì)很高。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理4 每級(jí)切

13、除負(fù)荷每級(jí)切除負(fù)荷 PLi 的限值的限值 hLhiLikLkLifKffKPP1111除基本段外，還裝設(shè)有后備段。除基本段外，還裝設(shè)有后備段。后備段的動(dòng)作頻率應(yīng)不低于前面基本段第一級(jí)的啟動(dòng)頻率，后備段的動(dòng)作頻率應(yīng)不低于前面基本段第一級(jí)的啟動(dòng)頻率，它是在系統(tǒng)頻率已經(jīng)比較穩(wěn)定時(shí)動(dòng)作的。它是在系統(tǒng)頻率已經(jīng)比較穩(wěn)定時(shí)動(dòng)作的。后備段按后備段按時(shí)間時(shí)間可分為若干級(jí)，啟動(dòng)頻率相同，動(dòng)作時(shí)延不可分為若干級(jí)，啟動(dòng)頻率相同，動(dòng)作時(shí)延不一樣，各級(jí)時(shí)間差可不小于一樣，各級(jí)時(shí)間差可不小于5s，按時(shí)間先后次序分批切除負(fù)，按時(shí)間先后次序分批切除負(fù)荷。荷。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理5 自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作時(shí)延

14、及防止誤動(dòng)作措施0.1 0.2s的時(shí)限以躲過頻率繼電器誤動(dòng)作而引起的誤動(dòng)。短時(shí)間供電中斷，如變電所操作，斷電又很快恢復(fù)供電，此時(shí)不應(yīng)動(dòng)作；系統(tǒng)承受很大沖擊負(fù)荷時(shí)，頻率瞬時(shí)下跌，此時(shí)也不應(yīng)動(dòng)作；引入自動(dòng)重合閘來進(jìn)行補(bǔ)救。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理f2EX2t2f1EX1t1fNEXNtNfD1EXD1tD1fD2EXD2tD2fDNEXDNtDNP1P2PNPD1PD2PDN五、自動(dòng)低頻減載裝置 f t+-+-KFKTKM1、裝置原理接線電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理（二）數(shù)字式頻率繼電器（二）數(shù)字式頻率繼電器數(shù)字式測(cè)量頻率原理框圖電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理

15、N2000Hz50HzN 4000N400050Hz49.5HzNNccdcdfNTfffff交流電壓信號(hào)濾波整形為方波；觸發(fā)器將方波的上升沿作為交流信號(hào)每個(gè)周期開始的信號(hào)；計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)脈沖為：如果頻率繼電器的啟動(dòng)值 已知，則 值也確定。設(shè) ，電網(wǎng)頻率為，則 。當(dāng) 大于，頻率低于；如果啟動(dòng)值 ，得 4040，所以當(dāng) 大于4040，低頻繼電器就可能輸出信號(hào)。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理 繼電器內(nèi)部有三個(gè)頻率測(cè)量元件繼電器內(nèi)部有三個(gè)頻率測(cè)量元件: :1、高頻監(jiān)視-整定值為51Hz，正常運(yùn)行時(shí)總是處于動(dòng)作狀態(tài)，用于監(jiān)視繼電器內(nèi)部頻率測(cè)量電路的工作，輸出接至告警信號(hào)。2、低頻閉鎖-

16、整定值為49.5Hz，只有在頻率低于49.5Hz時(shí)，才允許低頻減載繼電器輸出動(dòng)作信號(hào)。3、低頻啟動(dòng)元件- 按需要設(shè)置 頻率值，動(dòng)作頻率輸出級(jí)， 出口經(jīng)延時(shí)環(huán)節(jié)啟動(dòng) 中間繼電器跳閘。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理第三節(jié)第三節(jié) 其他安全自動(dòng)控制裝置其他安全自動(dòng)控制裝置 廠用電系統(tǒng)“解列”的應(yīng)用 系統(tǒng)解列的應(yīng)用 自動(dòng)解列裝置 從經(jīng)濟(jì)和安全出發(fā)，在正常情況下電力系統(tǒng)實(shí)行并聯(lián)運(yùn)行是有利的，所以各地區(qū)之間一般都實(shí)行聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。 在事故情況下，為了不使事故擴(kuò)大并把事故控制在有限地區(qū)以內(nèi)，解列是有效措施。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理fCZ跳閘f廠用電系統(tǒng)廠用電系統(tǒng)“解列解列”的應(yīng)用的應(yīng)用G

17、GGG1#2#3#4#TQF廠用電 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重功率缺額時(shí)，引起系統(tǒng)頻率大幅度下降，系統(tǒng)頻率過低會(huì)引起廠用電動(dòng)機(jī)出力下降，威脅著電廠本身電能生產(chǎn)的安全。 廠用電動(dòng)機(jī)輸出功率減少是形成頻率崩潰事故的主要原因。如能使廠用電系統(tǒng)供電頻率維持在額定值附近可避免事故的惡化。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理 盡量保持解列后各部分系統(tǒng)(子系統(tǒng))的功率平衡， 解列點(diǎn)應(yīng)選在有功功率、無功功率分點(diǎn)上，或交換功率最小處。 適當(dāng)?shù)乜紤]操作方便、易于恢復(fù)且具有較好的遠(yuǎn)動(dòng)、通信條件。系統(tǒng)解列點(diǎn)選擇的原則：A系統(tǒng)B系統(tǒng)頻率信號(hào)聯(lián)絡(luò)線功率大小方向信號(hào)與門解列點(diǎn)斷路器跳閘系統(tǒng)解列的應(yīng)用系統(tǒng)解列的應(yīng)用PABM電力系統(tǒng)電

18、力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理 水輪機(jī)組低頻自起動(dòng)裝置水輪機(jī)組低頻自起動(dòng)裝置 水輪機(jī)啟動(dòng)特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，時(shí)間短。系統(tǒng)發(fā)生低頻事故時(shí)，希望備用容量迅速啟動(dòng)投入系統(tǒng)運(yùn)行，水輪機(jī)啟動(dòng)較快，作為緊急投入運(yùn)行之用。水輪機(jī)裝設(shè)按頻率自啟動(dòng)及快速并列的自動(dòng)裝置，以適應(yīng)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行需要。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理功率絕對(duì)過剩，減少輸送功率：1 迅速切除部分機(jī)組，減少輸電線路的傳輸功率；2 電氣制動(dòng)：把發(fā)電機(jī)所生產(chǎn)的電能在發(fā)電機(jī)側(cè)快速消耗掉，以迅速減少輸電線路的傳輸功率。實(shí)施的方案是在發(fā)電機(jī)端裝設(shè)足夠容量的并聯(lián)電阻。正常運(yùn)行時(shí)，這些電阻與電網(wǎng)斷開，不投入運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生故障需要減少輸電線路的傳輸功率時(shí)，自動(dòng)控制裝置就迅速投入相應(yīng)數(shù)量的并聯(lián)電阻。 自動(dòng)切機(jī)和電氣制動(dòng)自動(dòng)切機(jī)和電氣制動(dòng) 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)