自動(dòng)裝置原理_6(26)

1、第六章第六章 電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減載電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減載 及其他安全自動(dòng)控制裝置及其他安全自動(dòng)控制裝置1.概述概述2.自動(dòng)低頻減載自動(dòng)低頻減載3.其他安全自動(dòng)控制裝置其他安全自動(dòng)控制裝置1.概述概述安全自動(dòng)控制裝置的重要性安全自動(dòng)控制裝置的重要性1)電廠A 發(fā)生故障，系統(tǒng)B發(fā)電功率突然減少Pa，B系統(tǒng)備用容量遠(yuǎn)小于Pa，引起電網(wǎng)嚴(yán)重功率缺額，電網(wǎng)頻率大幅度下降。采取切負(fù)荷切負(fù)荷的措施可防止系統(tǒng)頻率崩潰。2） Pa功率較大，如一回線發(fā)生三相短路，繼電保護(hù)將故障線路切除，另一回線已超出暫態(tài)穩(wěn)定極限，不減少輸送功率輸送功率，系統(tǒng)的穩(wěn)定性將遭到破壞而解列，造成系統(tǒng)B更嚴(yán)重的功率缺額。系統(tǒng)性的事故的緊急操

2、作任務(wù)必須依靠自動(dòng)裝置完成。系統(tǒng)性的事故的緊急操作任務(wù)必須依靠自動(dòng)裝置完成。自動(dòng)低頻減載自動(dòng)低頻減載概述概述電力系統(tǒng)頻率靜態(tài)特性電力系統(tǒng)頻率靜態(tài)特性電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)特性電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)特性自動(dòng)低頻減載的工作原理自動(dòng)低頻減載的工作原理概述概述頻率較低時(shí)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行極為不利：頻率較低時(shí)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行極為不利：1 對(duì)汽輪機(jī)的影響：對(duì)汽輪機(jī)的影響：長(zhǎng)期低于49-49 .5HZ運(yùn)行，葉片容易產(chǎn)生裂紋。當(dāng)?shù)陀?5HZ，個(gè)別級(jí)的葉片可能發(fā)生共振而引起斷裂。2 發(fā)生頻率崩潰現(xiàn)象：發(fā)生頻率崩潰現(xiàn)象：當(dāng)頻率下降到 47-48HZ，火電廠的廠用機(jī)械的出力將顯著下降（如給水泵），使鍋爐出力減少，導(dǎo)致發(fā)電廠輸出功率進(jìn)一步

3、減少，致使功率缺額更嚴(yán)重，頻率進(jìn)一步下降，惡性循環(huán)造成頻率崩潰。3 發(fā)生電壓崩潰現(xiàn)象：發(fā)生電壓崩潰現(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，發(fā)電機(jī)電勢(shì)降低和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，加劇系統(tǒng)無功不足，使電壓水平下降。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)頻率降至46-45HZ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，將出現(xiàn)電壓崩潰現(xiàn)象。上述惡性事故將引起大面積停電。上述惡性事故將引起大面積停電。自動(dòng)低頻減載是重要對(duì)策之一。自動(dòng)低頻減載是重要對(duì)策之一。二、電力系統(tǒng)靜態(tài)頻率特性二、電力系統(tǒng)靜態(tài)頻率特性*150%2hhLhLLNhLPfPKPfKPPfK系 統(tǒng) 出 現(xiàn) 大 功 率 缺 額 時(shí) ，主 要

4、 依 靠 負(fù) 荷 頻 率 特 性 所 起 的 調(diào) 節(jié) 作 用 。表 示 功 率 缺 額 ， 得 ：；標(biāo) 幺 化 ：，通 過 對(duì) 負(fù) 荷 靜 態(tài) 特 性 得 分 析 ，可 以 方 便 地 求 出 功 率 缺 額 與 頻 率 降 低 值 之 間 的 關(guān) 系 。如能在較低的頻率維持運(yùn)行，三、電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)特性三、電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)特性N222*212222kNkNNNkNGNNNkNkNGNNGNdJMdtWWJJWPdMdtWWddPdtPd B電 力 系 統(tǒng) 由 于 有 功 功 率 平 衡 遭 到 破 壞 而 引 起 系 統(tǒng) 頻 率 發(fā) 生 變 化 ，頻 率 從 正 常 狀 態(tài) 過 渡 到 另

5、一 個(gè) 穩(wěn) 定 值 所 經(jīng) 歷 地 時(shí) 間 過 程 ，稱 為 電 力 系 統(tǒng) 的 動(dòng) 態(tài) 頻 率 特 性 。以 一 臺(tái) 發(fā) 電 機(jī) 向 負(fù) 荷 供 電 為 例 ：；當(dāng) 發(fā) 電 機(jī) 組 以 額 定 轉(zhuǎn) 速旋 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 轉(zhuǎn) 子 動(dòng) 能 為 ：， 則 ：。代 入 得 ：， 等 式 標(biāo) 幺 化 ： （ 其 中 M）*222kNGTLGNkNNGGNGNMtWddTPPPdtdtWJTPP 考 慮 轉(zhuǎn) 速 變 化 不 大 ， 則 ：其 中 ：*X*L*f;TLGNxTLLNLLLNLGNxdTPPdtddddtdtdtPdfTPPPdtPPPKfPTPGNN忽 略 各 節(jié) 點(diǎn) 電 壓 頻 率 的 差

6、異 ； 忽 略 電 動(dòng) 機(jī) 對(duì) 頻 率 的 影 響 ；， 其 中 以 系 統(tǒng) 發(fā) 電 機(jī) 總 額 定 功 率 P 為 基 準(zhǔn) ；由 于 ：， 以 系 統(tǒng) 總 負(fù) 荷 額 定 功 率 P為 基 準(zhǔn) ：在 事 故 情 況 下 ， 自 動(dòng) 低 頻 減 載 裝 置 動(dòng) 作 時(shí) ，認(rèn) 為 系 統(tǒng) 所 有 發(fā) 電 機(jī) 組 的 功 率 已 經(jīng) 最 大 值 。隨 頻 率 變 化 ， 計(jì) 及 負(fù) 荷 調(diào) 節(jié) 效 應(yīng) ， 因 此 :*f*,GNhLhxLNLNLLhGNxxxfLLNLPPdfdfKfPTfdtPKdtKPPTdfTfTdtKPK 即 ：其 中 ：上述公式推導(dǎo)表明，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的功率缺額或過剩時(shí)，

7、系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性可用指數(shù)曲線加以描述。電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)特性電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)特性分析：分析：1）曲線）曲線a、b表明，事故初期，頻率下降速率與功率的缺額標(biāo)幺值成正比。缺額表明，事故初期，頻率下降速率與功率的缺額標(biāo)幺值成正比。缺額越大，頻率下降的速率也越大。越大，頻率下降的速率也越大。 2）曲線）曲線c表明，表明， 頻率由于功率缺額下降到頻率由于功率缺額下降到f1,當(dāng)切除的負(fù)荷功率等于缺額功率，系統(tǒng)頻率當(dāng)切除的負(fù)荷功率等于缺額功率，系統(tǒng)頻率按指數(shù)曲線恢復(fù)到額定頻率按指數(shù)曲線恢復(fù)到額定頻率fe. 3)曲線曲線d表明，表明，當(dāng)當(dāng)f1時(shí)切除的負(fù)荷功率小于缺額功率，穩(wěn)態(tài)頻率就低于額定值。時(shí)切除的負(fù)荷功率

8、小于缺額功率，穩(wěn)態(tài)頻率就低于額定值。 4）虛曲線表明，當(dāng)）虛曲線表明，當(dāng)f1時(shí)切除的負(fù)荷功率更小于缺額功率，系統(tǒng)頻率將繼續(xù)下降。時(shí)切除的負(fù)荷功率更小于缺額功率，系統(tǒng)頻率將繼續(xù)下降。自動(dòng)低頻減載的工作原理自動(dòng)低頻減載的工作原理最大功率缺額的確定最大功率缺額的確定自動(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)作順序頻率級(jí)差的選擇頻率級(jí)差的選擇每級(jí)切負(fù)荷的限制自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作時(shí)延及每級(jí)切負(fù)荷的限制自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作時(shí)延及防誤動(dòng)作措施防誤動(dòng)作措施四、自動(dòng)低頻減載的工作原理四、自動(dòng)低頻減載的工作原理（一）最大功率缺額的確定（一）最大功率缺額的確定maxmaxmaxmax*maxmax*max*

9、1LhhLLLNLhLLLLPPfPPKfPPPK P fPKf最大可能斷開功率可小于最大功率缺額。額定頻率與恢復(fù)頻率的差值為 ，則即求取：（二）自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作順序（二）自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作順序目前實(shí)際應(yīng)用的是按頻率降低值切除負(fù)荷，即按頻率自目前實(shí)際應(yīng)用的是按頻率降低值切除負(fù)荷，即按頻率自動(dòng)減載。動(dòng)減載。1 第一級(jí)啟動(dòng)頻率第一級(jí)啟動(dòng)頻率f1的選擇的選擇 第一級(jí)啟動(dòng)頻率值宜選擇得高些，但又必須計(jì)及電力系第一級(jí)啟動(dòng)頻率值宜選擇得高些，但又必須計(jì)及電力系統(tǒng)動(dòng)用旋轉(zhuǎn)備用容量所需的時(shí)間延遲。統(tǒng)動(dòng)用旋轉(zhuǎn)備用容量所需的時(shí)間延遲。 一般第一級(jí)啟動(dòng)頻率整定為一般第一級(jí)啟動(dòng)頻率整定為48.5-49Hz。

10、2 末級(jí)啟動(dòng)頻率末級(jí)啟動(dòng)頻率fn的選擇的選擇最低頻率受最低頻率受“頻率崩潰頻率崩潰”和和“電壓崩潰電壓崩潰”的限制，對(duì)于高溫的限制，對(duì)于高溫高壓的火電廠，頻率低于高壓的火電廠，頻率低于46-46.5Hz時(shí)，廠用電已經(jīng)時(shí)，廠用電已經(jīng)不能正常工作。頻率低于不能正常工作。頻率低于45Hz時(shí)，電壓崩潰。末級(jí)的時(shí)，電壓崩潰。末級(jí)的啟動(dòng)頻率以不低于啟動(dòng)頻率以不低于46-46.5Hz為宜。為宜。3 頻率級(jí)差頻率級(jí)差11nffnf級(jí)數(shù)越大，每級(jí)斷開的負(fù)荷越小，具有較好的適用性。（三）頻率級(jí)差的選擇（三）頻率級(jí)差的選擇（四）每級(jí)切除負(fù)荷的限制（四）每級(jí)切除負(fù)荷的限制iL iifP第級(jí)動(dòng)作頻率，切除用戶功率為。典

11、型的系統(tǒng)頻率變化過程典型的系統(tǒng)頻率變化過程穩(wěn)態(tài)頻率fi是能使第i級(jí)啟動(dòng)的功率缺額為最小臨界情況。當(dāng)切除該負(fù)荷功率后系統(tǒng)頻率恢復(fù)到fh達(dá)最大值。在功率缺額比此大的情況下也能使第i級(jí)啟動(dòng)，但它們的恢復(fù)頻率均低于fh。2、3曲線。h111*1*111*h*1*11*1;(1);i(1);(1iNiiiiiLiLkLiikNLNLkkLiihiLkLhiLihikiLiLkkffffPPfKPPKffPPPfPPKfPPPPP 系統(tǒng)恢復(fù)頻率 已知；系統(tǒng)功率缺額，第 級(jí)切除負(fù)荷后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在 ，此時(shí)系統(tǒng)功率缺額：所以：；即：1*11*1*)(1)()(1)1iLiLkLhkiLihLiLkkLhKf

12、PKfKffPPKf；得：同時(shí)具有后備裝設(shè)。如上圖曲線2，它低于恢復(fù)頻率的極限值，但又不足以使下一級(jí)啟動(dòng)，后備段的動(dòng)作頻率應(yīng)不低于前面基本段第一級(jí)的后備段的動(dòng)作頻率應(yīng)不低于前面基本段第一級(jí)的啟動(dòng)頻率，最小動(dòng)作時(shí)間約為啟動(dòng)頻率，最小動(dòng)作時(shí)間約為10-15s.后備段可后備段可按時(shí)間分為若干級(jí)，其啟動(dòng)頻率相同，但動(dòng)作時(shí)按時(shí)間分為若干級(jí)，其啟動(dòng)頻率相同，但動(dòng)作時(shí)延不同。各級(jí)時(shí)間差可不小于延不同。各級(jí)時(shí)間差可不小于5s。功率缺額由負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)減少功率補(bǔ)償（五）自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作時(shí)延及防止誤動(dòng)措施（五）自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作時(shí)延及防止誤動(dòng)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

13、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。當(dāng)系統(tǒng)頻率恢復(fù)時(shí)，將被低頻減載裝置所當(dāng)系統(tǒng)頻率恢復(fù)時(shí)，將被低頻減載裝置所斷開的用戶按頻率分批進(jìn)行自動(dòng)重合。如斷開的用戶按頻率分批進(jìn)行自動(dòng)重合。如重合后系統(tǒng)頻率又重新下降，則重合閘停重合后系統(tǒng)頻率又重新下降，則重合閘停止工作。止工作。五五.低頻減載裝置配置和組成低頻減載裝置配置和組成f為頻率繼電器、為頻率繼電器、Dt為延時(shí)元件、為延時(shí)元件、EX為跳閘執(zhí)行回路為跳閘執(zhí)行回路。當(dāng)系統(tǒng)頻率降至啟動(dòng)頻率值時(shí)，頻率繼電器啟動(dòng)，用觸點(diǎn)接通延時(shí)元件的時(shí)間繼電器，最后由中

14、間繼電器控制這一級(jí)用戶的斷路器跳閘。低頻減載裝置原理接線低頻減載裝置原理接線數(shù)字式頻率繼電器（模擬式、數(shù)字式）數(shù)字測(cè)頻的基本原理是檢測(cè)交流電壓的周期T。有兩個(gè)方案實(shí)現(xiàn)。1）布線邏輯數(shù)字電路2）存儲(chǔ)邏輯計(jì)算機(jī)技術(shù)數(shù)字式測(cè)量頻率原理框圖(布線邏輯）交流電壓信號(hào)濾波整形為方波將方波的上升沿展寬為正脈沖，過零點(diǎn)信號(hào)為交流信號(hào)每個(gè)周期開始的標(biāo)志，并使計(jì)數(shù)器清零。計(jì)數(shù)器所計(jì)時(shí)鐘脈沖的數(shù)值為：N=Tfc=fc/f fc:時(shí)鐘脈沖頻率數(shù)字比較電路，當(dāng)計(jì)數(shù)值N大于整定值時(shí)，有正脈沖輸出。倒相器控制比較電路的輸出區(qū)間為后半周期為防止誤動(dòng)作，設(shè)置低電壓閉鎖N2000Hz50HzN 4000N400050Hz49.5

15、HzNNccdcdfNTfffff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)。K頻率繼電器工作原理頻率繼電器工作原理 高頻監(jiān)視：高頻監(jiān)視：整定值選為51HZ,正常運(yùn)行時(shí)總是處于動(dòng)作狀態(tài)，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)。低頻閉鎖：低頻閉鎖：整定值選為49.5HZ,只有在頻率低于此值，才允許低頻減載繼電器輸出動(dòng)作信號(hào)，以防止低頻繼電器的誤動(dòng)作。低頻啟動(dòng)元

16、件：低頻啟動(dòng)元件：按需要設(shè)定頻率值，這是低頻減載繼電器動(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。 上述三個(gè)頻率測(cè)量元件都受到低電壓閉鎖環(huán)節(jié)控制，電網(wǎng)電壓超過低電壓閉鎖設(shè)定值（一般設(shè)定為額定值的50%），頻率元件才有信號(hào)輸出。Zf1設(shè)定值為51HZ，即為高頻元件。如果電網(wǎng)頻率小于或等于51HZ，頻率元件的輸出邏輯f1t為邏輯0，如果電網(wǎng)頻率大于51HZ則f1t輸出為邏輯1.Zf2設(shè)定值為49.5HZ，即為低頻元件。如果電網(wǎng)頻率高于49.5HZ，頻率元件2的輸出邏輯f2t為邏輯0，如果電網(wǎng)頻率等于或小于49.5HZ則f2t輸出為邏輯1.數(shù)字式頻率繼電器元件邏輯框圖數(shù)字式頻率繼電器元件邏輯

17、框圖(存儲(chǔ)邏輯）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)控制裝置一、自動(dòng)解列裝置一、自動(dòng)解列裝置廠用電系統(tǒng)解列的應(yīng)用廠用電系統(tǒng)解列的應(yīng)用1#、2#的容量與全廠廠用電基本平衡，當(dāng)系統(tǒng)頻率大幅度下降時(shí)，斷開DL1可使廠用電系統(tǒng)與系統(tǒng)解列。此時(shí)廠用電有本廠1#、2#機(jī)單獨(dú)供電，不受系統(tǒng)頻率影響，提高了廠用電的可靠性，有利于系統(tǒng)安全。系統(tǒng)解列的應(yīng)用系統(tǒng)解列的應(yīng)用系統(tǒng)解列原則：系統(tǒng)解列原則： 1 盡量保持解列后各部分系統(tǒng)的功率平衡，防止電壓、頻率盡量保持解列后各部分系統(tǒng)的功率平衡，防止電壓、頻率急劇變化；解列點(diǎn)應(yīng)選在有功、無功分點(diǎn)上或交換功率最小急劇變化；解列點(diǎn)應(yīng)選在有功、無功分點(diǎn)上或交換功率最小

18、處。處。 2 適當(dāng)?shù)乜紤]操作方便、易于恢復(fù)且具有較好地遠(yuǎn)動(dòng)、通信適當(dāng)?shù)乜紤]操作方便、易于恢復(fù)且具有較好地遠(yuǎn)動(dòng)、通信條件。條件。A系統(tǒng)向B系統(tǒng)輸送功率Pab,線路的極限輸送功率為Pmax。 B系統(tǒng)因故障發(fā)生了嚴(yán)重的功率缺額，引起全系統(tǒng)頻率下降。雖A系統(tǒng)有足夠的備用，但受Pmax限制不能發(fā)揮支援作用，這時(shí)如頻率下降嚴(yán)重也將威脅到A系統(tǒng)安全。被迫解列。自動(dòng)解列裝置邏輯圖自動(dòng)解列裝置邏輯圖頻率啟動(dòng)頻率啟動(dòng)解列邏輯解列邏輯接入功率大小和方向的信號(hào)。如B系統(tǒng)故障，系統(tǒng)頻率下降，Pab增加，為A系統(tǒng)安全進(jìn)行解列。如A系統(tǒng)故障，致使B系統(tǒng)頻率下降，這時(shí)沒有必要進(jìn)行解列。二、水輪機(jī)低頻自啟動(dòng)裝置二、水輪機(jī)低頻自啟動(dòng)裝置水輪機(jī)啟動(dòng)特點(diǎn)，簡(jiǎn)單，時(shí)間短。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，作啟動(dòng)投入系統(tǒng)運(yùn)行，水輪機(jī)啟動(dòng)較