電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置 課件 第6章按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置

任課教師：呂文虎電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院第6章

按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置

教學(xué)目的:了解低頻運(yùn)行危害、電力系統(tǒng)的頻率特性和AFL裝置誤動(dòng)作原因及防止措施。掌握AFL的作用及實(shí)現(xiàn)基本原則；AFL裝置接線原理、數(shù)字式頻率繼電器工作原理；微機(jī)AFL裝置構(gòu)成原理。教學(xué)重點(diǎn)

AFL的作用、實(shí)現(xiàn)AFL基本原則

微機(jī)AFL裝置構(gòu)成原理2電力系統(tǒng)的頻率特性3按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置工作原理1電力系統(tǒng)頻率偏移原因與低頻運(yùn)行的危害4按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置接線及防止誤動(dòng)措施5微機(jī)型按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置目錄Contents6.1電力系統(tǒng)頻率偏移原因與低頻運(yùn)行的危害PART016.1電力系統(tǒng)頻率偏移原因與低頻運(yùn)行的危害1.電力系統(tǒng)頻率偏移原因電力系統(tǒng)的頻率是反映系統(tǒng)有功功率是否平衡的質(zhì)量指標(biāo)1.當(dāng)系統(tǒng)發(fā)送的有功功率有盈余時(shí)，頻率就會(huì)上升，超過(guò)額定頻率；2.當(dāng)系統(tǒng)發(fā)送的有功功率有缺額時(shí)，頻率就會(huì)低于額定值。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，必須維持頻率在50±（0.1~0.2）Hz的范圍內(nèi)。6.1電力系統(tǒng)頻率偏移原因與低頻運(yùn)行的危害1.電力系統(tǒng)頻率偏移原因電力系統(tǒng)的頻率與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是由作用在機(jī)組轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩決定的，原動(dòng)機(jī)輸入的功率如果扣除了勵(lì)磁損耗和各種機(jī)械損耗后能與發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率保持平衡，則發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將保持不變，電力系統(tǒng)所有發(fā)電機(jī)輸出的有功功率的總和，在任何時(shí)刻都將等于此系統(tǒng)各種用電設(shè)備所需的有功功率和網(wǎng)絡(luò)的有功損耗的總和。但由于有功負(fù)荷經(jīng)常變化，其任何變動(dòng)都將立刻引起發(fā)電機(jī)輸出電磁功率的變化，而原動(dòng)機(jī)輸人功率由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的滯后，不能立即隨負(fù)荷波動(dòng)而作相應(yīng)的變化，此時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩平衡被打破，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化，系統(tǒng)的頻率隨之發(fā)生偏移。6.1電力系統(tǒng)頻率偏移原因與低頻運(yùn)行的危害2.電力系統(tǒng)低頻運(yùn)行的危害低頻運(yùn)行的危害4.使火電廠輔機(jī)設(shè)備出力下降1.引起汽輪機(jī)葉片斷裂2.使發(fā)電機(jī)出力降低3.使發(fā)電機(jī)端電壓下降5.給用戶帶來(lái)危害6.1電力系統(tǒng)頻率偏移原因與低頻運(yùn)行的危害3.限制頻率下降的措施限制頻率下降的措施1.動(dòng)用系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)備用容量2.應(yīng)迅速啟動(dòng)備用機(jī)組3.按頻率自動(dòng)減負(fù)荷

指根據(jù)頻率下降的程度自動(dòng)斷開(kāi)部分不重要負(fù)荷的自動(dòng)裝置按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置AFL定義作用阻止頻率過(guò)度降低，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和重要負(fù)荷的連續(xù)供電。6.1電力系統(tǒng)頻率偏移原因與低頻運(yùn)行的危害3.限制頻率下降的措施

指根據(jù)頻率下降的程度自動(dòng)斷開(kāi)部分不重要負(fù)荷的自動(dòng)裝置按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置AFL定義作用阻止頻率過(guò)度降低，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和重要負(fù)荷的連續(xù)供電。6.1電力系統(tǒng)頻率偏移原因與低頻運(yùn)行的危害案例及啟示：2003年8月14日美國(guó)東北部部分地區(qū)以及加拿大東部地區(qū)出現(xiàn)的大范圍停電。這是北美歷史上最大范圍的停電——美加大停電事故，美國(guó)八個(gè)州以及加拿大的安大略省的電力中斷，在加拿大估計(jì)有一千萬(wàn)（三分之一的人口）受影響，在美國(guó)估計(jì)有四千萬(wàn)受影響，整個(gè)經(jīng)濟(jì)損失大概在250億—300億美元之間。事故的原因之一是系統(tǒng)無(wú)功出力和儲(chǔ)備不足，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障，大電源退出，使得電網(wǎng)因電源供應(yīng)不足，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致事故擴(kuò)大，造成重大損失?？梢?jiàn)，電力安全穩(wěn)定影響著全社會(huì)的方方面面，一些細(xì)節(jié)的疏忽都將造成重大的事故。因此，電力從業(yè)人員要建立高度的職業(yè)使命感和責(zé)任感，本著精益求精的工匠精神，全力以赴的保障電力供應(yīng)的安全與穩(wěn)定。6.2電力系統(tǒng)的頻率特性PART026.2電力系統(tǒng)頻率特性1.負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性指電力系統(tǒng)的總有功負(fù)荷與頻率的關(guān)系。（1）負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性1.負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)是指當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時(shí)，負(fù)荷吸取的有功功率隨著變化的現(xiàn)象。作用電力系統(tǒng)存在功率缺額時(shí)將引起頻率下降，而頻率下降時(shí)相應(yīng)的負(fù)荷功率也隨之減小，補(bǔ)償了功率缺額，有可能使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在一個(gè)較低的頻率上。（2）負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的概念及作用6.2電力系統(tǒng)頻率特性2.負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性6.2電力系統(tǒng)頻率特性1.負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性2.負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的概念及作用

值隨季節(jié)約有±（10%～15%）的變化。一般取值在1～3范圍內(nèi)。指系統(tǒng)頻率每下降（或上升）1%，系統(tǒng)負(fù)荷消耗的有功功率減少（或增加）的百分?jǐn)?shù)。6.2電力系統(tǒng)頻率特性例1：某電力系統(tǒng)中，與頻率無(wú)關(guān)的負(fù)荷占30%，與頻率成正比的負(fù)荷占40%，與頻率二次方成正比的負(fù)荷占10%，與頻率三次方成正比的負(fù)荷占20%，求系統(tǒng)頻率由50Hz下降到46Hz時(shí)負(fù)荷變化的百分值及的大小。解：頻率下降到46Hz時(shí)，

則負(fù)荷變化的百分值為

于是

6.2電力系統(tǒng)頻率特性6.2電力系統(tǒng)頻率特性2.電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻率特性電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻率特性指電力系統(tǒng)出現(xiàn)有功功率缺額時(shí)系統(tǒng)頻率從額定頻率變化到穩(wěn)定頻率的過(guò)程。6.3按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置工作原理PART036.3按頻率自動(dòng)減負(fù)荷工作原理當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重功率缺額時(shí)，裝置的任務(wù)是迅速斷開(kāi)相應(yīng)數(shù)量的用戶，恢復(fù)有功功率的平衡，使系統(tǒng)頻率不低于某一允許值，確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，防止事故的擴(kuò)大。6.3按頻率自動(dòng)減負(fù)荷工作原理6.3.1最大功率缺額的確定AFL裝置切除負(fù)荷的總額應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際可能發(fā)生的最大功率缺額來(lái)確定假設(shè)系統(tǒng)最大功率缺額為正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷總功率為接入AFL裝置負(fù)荷總額為額定頻率與恢復(fù)頻率之差為6.3按頻率自動(dòng)減負(fù)荷工作原理6.3.1最大功率缺額的確定則可得：6.3按頻率自動(dòng)減負(fù)荷工作原理例2：某系統(tǒng)的負(fù)荷總功率為5000MW，系統(tǒng)最大功率缺額為1200MW，設(shè)負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)為2，自動(dòng)低頻減載裝置動(dòng)作后，希望系統(tǒng)恢復(fù)頻率為48Hz，求接入低頻減載裝置的功率總數(shù)。解：希望恢復(fù)頻率偏差的標(biāo)幺值為接入AFL裝置功率總數(shù)為870MW，這樣即使發(fā)生如設(shè)想那樣的嚴(yán)重事故，仍能使系統(tǒng)頻率恢復(fù)值不低于48Hz

6.3按頻率自動(dòng)減負(fù)荷工作原理6.3.2AFL裝置的分級(jí)實(shí)現(xiàn)1.AFL裝置應(yīng)根據(jù)頻率下降的程度分級(jí)切除負(fù)荷自動(dòng)按頻率減負(fù)荷分級(jí)實(shí)現(xiàn)的原則：

為提高供電可靠性，應(yīng)盡量減少負(fù)荷，需斷開(kāi)的負(fù)荷應(yīng)根據(jù)用戶的重要程度(負(fù)荷等級(jí))分級(jí)切除，最次要的用戶安排在第一級(jí)，先切除，然后依次類(lèi)推。當(dāng)頻率下降到第二級(jí)頻率值時(shí)，第一級(jí)AFL動(dòng)作，切除接在第一級(jí)上的次要負(fù)荷后，若頻率開(kāi)始恢復(fù)，下一級(jí)就不再動(dòng)作。若頻率繼續(xù)下降，則說(shuō)明上一級(jí)所斷開(kāi)的負(fù)荷功率不足以補(bǔ)償功率缺額，當(dāng)頻率下降至第二級(jí)動(dòng)作頻率值時(shí)，第二級(jí)動(dòng)作，切除接在第二級(jí)上的較重要負(fù)荷。若頻率仍然下降，再切除下一級(jí)負(fù)荷，依次逐級(jí)動(dòng)作，直至頻率開(kāi)始回升，才說(shuō)明所斷開(kāi)負(fù)荷與功率缺額接近。AFL裝置采用逐級(jí)逼近的方法來(lái)求每次事故所產(chǎn)生的功率缺額應(yīng)斷開(kāi)的負(fù)荷數(shù)值。6.3按頻率自動(dòng)減負(fù)荷工作原理6.3.2AFL裝置的分級(jí)實(shí)現(xiàn)2.AFL裝置第一級(jí)動(dòng)作頻率的確定一般整定在48～48.5Hz3.AFL裝置最后一級(jí)動(dòng)作頻率的確定

由系統(tǒng)允許的最低頻率確定，一般不應(yīng)低于46～46.5Hz4.頻率級(jí)差△f及AFL裝置級(jí)數(shù)的確定6.3按頻率自動(dòng)減負(fù)荷工作原理6.3.2AFL裝置的分級(jí)實(shí)現(xiàn)5.AFL裝置動(dòng)作時(shí)間的確定附加級(jí)動(dòng)作頻率一般為48～48.5Hz，動(dòng)作時(shí)間一般為10～25秒一般允許AFL裝置帶0.3～0.5秒延時(shí)6.AFL裝置應(yīng)裝設(shè)附加級(jí)6.4按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置接線及防止誤動(dòng)措施PART046.4按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置接線及防止誤動(dòng)措施6.4.1AFL裝置接線1.各級(jí)AFL裝置原理接線由低頻率繼電器KF、時(shí)間繼電器KT、中間繼電器KCO構(gòu)成6.4按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置接線及防止誤動(dòng)措施電力系統(tǒng)裝置由N級(jí)基本段以及若干級(jí)后備段所組成，它們分散配置在電力系統(tǒng)的變電所中，其中每一級(jí)就是一組裝置。2.AFL裝置的配置6.4按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置接線及防止誤動(dòng)措施3.數(shù)字式頻率繼電器原理6.4按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置接線及防止誤動(dòng)措施電壓信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾波，得到正弦波信號(hào)，經(jīng)過(guò)方波形成器及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器后，得一個(gè)脈寬為4~5us的脈沖，脈沖周期正好與輸入電壓周期相同。脈沖信號(hào)加至計(jì)數(shù)器JS的清零端R，于是，在輸入信號(hào)的每一周期開(kāi)始時(shí)，計(jì)數(shù)器被清零。在兩個(gè)輸入電壓脈沖信號(hào)間，對(duì)頻率為200KHz的石英振蕩器的時(shí)鐘脈沖數(shù)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為N。則輸入電壓的頻率為：工作原理6.4按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置接線及防止誤動(dòng)措施電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置JS輸出送到3個(gè)工作回路：正常監(jiān)視回路J，閉鎖回路B，輸出回路O。每一個(gè)回路均由頻率整定電路PZ與脈沖展寬電路ZK組成。各回路的頻率整定值不同。一般有PZJ整定為51Hz，PZB整定為49.5Hz，PZO則根據(jù)裝置的動(dòng)作頻率要求確定。當(dāng)JS測(cè)出的頻率值小于PZ的整定值時(shí)，相應(yīng)PZ有脈沖輸出，并經(jīng)ZK展寬成連續(xù)信號(hào)。電壓正常，則YJ輸出使XDJ發(fā)光，同時(shí)中間繼電器ZJJ動(dòng)作，起監(jiān)視作用6.4按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置接線及防止誤動(dòng)措施當(dāng)系統(tǒng)頻率低于額定值后，閉鎖回路起動(dòng)，經(jīng)TB延時(shí)，并在負(fù)荷電流大于閉鎖值，閉鎖電路I＜有輸出，YB2滿足“與”條件，閉鎖電路導(dǎo)通，使XDB信號(hào)發(fā)光，同時(shí)中間繼電器ZJB動(dòng)作，ZJB的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，使出口中間繼電器ZJO作好接通的準(zhǔn)備，允許切除負(fù)荷。當(dāng)系統(tǒng)頻率下降到PZO的整定值或以下，且電壓、電流均不低于閉鎖值時(shí)，出口回路經(jīng)TO延時(shí)后使信號(hào)燈發(fā)光，中間繼電器ZJO動(dòng)作，完成切除負(fù)荷任務(wù)。6.4按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置接線及防止誤動(dòng)措施6.4.2防止AFL裝置誤動(dòng)作措施(一)電壓突變時(shí)，低頻率繼電器觸點(diǎn)抖動(dòng)產(chǎn)生誤動(dòng)措施：AFL裝置帶0.5秒動(dòng)作延時(shí)(二)小容量系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)引起負(fù)荷有功功率增加而造成頻率下降，發(fā)生誤動(dòng)措施：加速切除故障；AFL前幾級(jí)帶較長(zhǎng)時(shí)限；采用按頻率重合閘6.4按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置接線及防止誤動(dòng)措施6.4.2防止AFL裝置誤動(dòng)作措施(三)水輪發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)備用容量起作用之前，AFL可能誤動(dòng)作措施：AFL前幾級(jí)帶長(zhǎng)5秒的時(shí)限；采用按頻率起動(dòng)重合閘(四)供電電源中斷時(shí)，負(fù)荷電動(dòng)機(jī)反饋使AFL誤動(dòng)作措施：1）加速AAR或AAT裝置動(dòng)作時(shí)間2）AFL帶時(shí)限3）加電流閉鎖或電壓閉鎖4）采用按頻率自動(dòng)重合閘6.5微機(jī)型按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置PART056.5微機(jī)型按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置6.5.1微機(jī)型按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置原理框圖6.5微機(jī)型按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置6.5.1微機(jī)型按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置微機(jī)型按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置主要由主機(jī)模塊、頻率的檢測(cè)、閉鎖信號(hào)的輸入、功能設(shè)置和定值修改、開(kāi)關(guān)量輸出、串行通信接口等六部分組成。6.5微機(jī)型按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置1.主機(jī)模塊MCS-96系列單片機(jī)中的80C196為16位單片機(jī)，片內(nèi)有可編程的高速輸入/輸出HIS/HSO,可相對(duì)于內(nèi)部定時(shí)器配合軟件編程就能具有優(yōu)越的定時(shí)功能；片內(nèi)具有8通道的10位A/D轉(zhuǎn)換器，為實(shí)現(xiàn)AFL的閉鎖功能提供了方便；片內(nèi)的異步、同步串行口使該微機(jī)系統(tǒng)可以與上級(jí)計(jì)算機(jī)通信。6.5微機(jī)型按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置2.頻率的檢測(cè)將系統(tǒng)的電壓由電壓互感器TV輸入，經(jīng)過(guò)電壓變換器變換成與TV輸入成正比的、幅值在±5V范圍內(nèi)的同頻率的電壓信號(hào)，再經(jīng)低通濾波和整形，轉(zhuǎn)換為與輸入同頻率的矩形波，將此矩形波連接至Intel80C196單片機(jī)的高速輸入口HIS-0作為測(cè)頻的啟動(dòng)信號(hào)?？梢岳镁匦尾ǖ纳仙貑?dòng)單片機(jī)對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘脈沖開(kāi)始計(jì)數(shù)，而利用矩形波的下降沿，結(jié)束計(jì)數(shù)。根據(jù)半周波內(nèi)單片機(jī)計(jì)數(shù)的值，便可推算出系統(tǒng)的頻率。6.5微機(jī)型按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置3.閉鎖信號(hào)的輸入為保證AFL裝置的可靠性，在外界干擾下不誤動(dòng)，以及當(dāng)變電所進(jìn)、出線發(fā)生故障，母線電壓急劇下降導(dǎo)致測(cè)頻錯(cuò)誤時(shí)，裝置不致誤發(fā)控制命令，除采用df/dt閉鎖外，還設(shè)置了低電壓及低電流等閉鎖措施。

6.5微機(jī)型按頻