第5章 電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減載裝置課件

§5-1概述一、低頻運(yùn)行的危害性

(1)由于頻率降低，火電廠廠用機(jī)械的出力將顯著降低，導(dǎo)致發(fā)電廠發(fā)出的有功功率進(jìn)一步減少，功率缺額更加嚴(yán)重．系統(tǒng)頻率進(jìn)一步降低的惡性循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)造成系統(tǒng)頻率崩潰。(2)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，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢下降，使系統(tǒng)電壓水平下降，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性遭到破壞，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)電壓崩潰現(xiàn)象。(3)系統(tǒng)頻率若長時(shí)間運(yùn)行在49．5～49Hz以下時(shí)，某些汽輪機(jī)的葉片容易產(chǎn)生裂紋；當(dāng)頻率降低到45Hz附近時(shí)，汽輪機(jī)個(gè)別級別的葉片可能發(fā)生共振而引起斷裂事故。運(yùn)行實(shí)踐表明：電力系統(tǒng)的運(yùn)行頻率偏差不超過±o.2Hz；系統(tǒng)頻率不能長時(shí)間運(yùn)行在（49．5～49）Hz以下；事故情況下．不能較長時(shí)間停留在47Hz以下；系統(tǒng)頻率的瞬時(shí)值絕對不能低于45Hz。

§5-1概述

二、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻率特性

圖5-2電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性

§5-2自動(dòng)低頻減載裝置的工作原理一、對自動(dòng)低頻減載裝置的基本要求

1、能在各種運(yùn)行方式出現(xiàn)功率缺額的情況下，有計(jì)劃地切除負(fù)荷，防止系統(tǒng)頻率下降至危險(xiǎn)點(diǎn)以下。2、切除的負(fù)荷應(yīng)盡可能少，應(yīng)防止超調(diào)和懸?，F(xiàn)象。3、變電所的饋電線路故障使變壓器跳閘造成失壓時(shí)，低頻減載裝置應(yīng)可靠閉鎖，不應(yīng)誤動(dòng)作。4、電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時(shí)，低頻減載裝置不應(yīng)誤動(dòng)作。5、電力系統(tǒng)受諧波干擾時(shí)，低頻減載裝置不應(yīng)誤動(dòng)作。

§5-2自動(dòng)低頻減載裝置的工作原理二、最大功率缺額的確定當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)有功功率缺額時(shí)，為了使停電的用戶盡可能少，一般希望系統(tǒng)頻率恢復(fù)到可運(yùn)行的水平即可，并不要求恢復(fù)到額定頻率，即系統(tǒng)恢復(fù)頻率小于額定功率。這樣，低頻減載裝置可能斷開的最大功率△可小于最大功率缺額△。設(shè)正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷為，根據(jù)式（3-7）可得

§5-2自動(dòng)低頻減載裝置的工作原理三、自動(dòng)低頻減載裝置動(dòng)作順序目前在電力系統(tǒng)中普遍采用按照頻率降低的程度分批切除負(fù)荷的方法，也就是將接至低頻減載裝置的總功率△分配在不同的起動(dòng)頻率下分批地切除，以滿足不同功率缺額的需要。根據(jù)起動(dòng)頻率的不同，低頻減載裝置可分為若干級，按所接負(fù)荷的重要性又分為n個(gè)基本級和n個(gè)特殊級。1、基本級?；炯壍淖饔檬歉鶕?jù)頻率下降的程度，依次切除不重要的負(fù)荷，制止系統(tǒng)頻率的繼續(xù)下降。為了確定基本級的級數(shù)，首先應(yīng)該確定第一級起動(dòng)頻率和最末一級起動(dòng)頻率的數(shù)值。

§5-2自動(dòng)低頻減載裝置的工作原理三、自動(dòng)低頻減載裝置動(dòng)作順序1）第一級起動(dòng)頻率的確定：由圖5-3所示系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)特性曲線的規(guī)律可知，在事故初期若能及早切除負(fù)荷功率，對于延緩頻率的下降是有利的，因此第一級的起動(dòng)頻率宜選擇得高一些。但是，又必須計(jì)及電力系統(tǒng)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)備用容量所需的時(shí)間延遲，避免暫時(shí)性的頻率下降而斷開負(fù)荷功率。所以，一般第一級的起動(dòng)頻率整定為(47.5～48.5)Hz。

2)最末一級起動(dòng)頻率的選擇：電力系統(tǒng)允許的最低頻率受“頻率崩潰”或“電壓崩潰’’的限制。對于高溫高壓的火電廠，在頻率低于46～46.5Hz時(shí)，廠用電已不能正常工作；在頻率低于45Hz時(shí)，就有“電壓崩潰”的危險(xiǎn)。因此，最末一級的起動(dòng)頻率宜整定為46～46.5Hz．

§5-2自動(dòng)低頻減載裝置的工作原理三、自動(dòng)低頻減載裝置動(dòng)作順序3)級數(shù)n的確定：當(dāng)和確定以后，就可以在此頻率范圍內(nèi)按頻率級差確定n個(gè)起動(dòng)頻率值，即n級，將負(fù)荷功率分配在這些不同的起動(dòng)頻率值上。其中級數(shù)n應(yīng)選擇為§5-2自動(dòng)低頻減載裝置的工作原理三、自動(dòng)低頻減載裝置動(dòng)作順序圖5-3選擇性級差的確定

§5-2自動(dòng)低頻減載裝置的工作原理三、自動(dòng)低頻減載裝置動(dòng)作順序2、特殊級。從基本級的工作原理可以看出，在裝置的動(dòng)作過程中，可能出現(xiàn)這樣的情況：第級動(dòng)作之后，系統(tǒng)頻率可能穩(wěn)定在，它低于恢復(fù)頻率的極限值，但又不足以使第+1級動(dòng)作，如圖5-4中的曲線2所示。于是系統(tǒng)頻率將長時(shí)間停留在較低水平上，顯然這是不允許的。為了消除這種現(xiàn)象，在低頻減載裝置中增加了特殊級，其動(dòng)作頻率一般取為（47．5～48．5）Hz。由于特殊級動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)頻率已處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以特殊級應(yīng)帶有15～25s的動(dòng)作時(shí)限，約為系統(tǒng)頻率變化時(shí)間常數(shù)的2～3倍，以防止特殊級的誤動(dòng)作。各級時(shí)間差取5s左右。

§5-2自動(dòng)低頻減載裝置的工作原理三、自動(dòng)低頻減載裝置動(dòng)作順序圖5-4系統(tǒng)頻率變化過程

§5-2自動(dòng)低頻減載裝置的工作原理四、每級切除負(fù)荷的限值§5-2自動(dòng)低頻減載裝置的工作原理五、自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作時(shí)限

自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作時(shí)限，原則上應(yīng)越短越好，但還應(yīng)考慮到系統(tǒng)的某些不正常運(yùn)行狀態(tài)可能造成裝置誤動(dòng)作。例如：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，由于頻率偏離額定值裝置誤動(dòng)；在系統(tǒng)發(fā)生短路故障的暫態(tài)過程中，由于非周期分量、諧波分量引起畸變，使頻率測量產(chǎn)生誤差，引起裝置誤動(dòng)作；有時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)短時(shí)的功率缺額也會誤動(dòng)作；電壓突變時(shí)，在低頻繼電器的頻率敏感回路中產(chǎn)生過渡過程，致使低頻繼電器誤動(dòng)作，從而造成裝置誤動(dòng)作。為了防止以上各種可能的誤動(dòng)情況的發(fā)生，自動(dòng)低頻減載裝置必須帶有一定的動(dòng)作延時(shí)，此動(dòng)作延時(shí)不能太長，否則系統(tǒng)頻率會降低到臨界，一般延時(shí)0.5s左右。

§5-3微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置一、微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置的硬件圖5-5頻率電壓緊急控制裝置的硬件結(jié)構(gòu)框圖

§5-3微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置三、微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置動(dòng)作原理圖5-7兩段母線電壓測量圖

4、微機(jī)低頻減載裝置的動(dòng)作條件（1）低頻啟動(dòng)條件：f≤fqt≥Tfqs

式中fq----低頻啟動(dòng)定值；Tfqs----為低頻啟動(dòng)延時(shí)定值。（2）低頻一級動(dòng)作條件：f≤f1

︱df／dt︱≥df／dt1

t≥Tfsl

式中f1——為低頻第一級啟動(dòng)定值；df／dt1——加速切第二級定值；Tfs1——低頻第一級延時(shí)定值?！?-3微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置三、微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置動(dòng)作原理（3）低頻一級、加速第二級動(dòng)作條件：f≤f1

df／dt2＞︱df／dt︱≥df／dt1t≥Tfas1

式中df／dt2——加速切第二、三級定值；Tfas1——加速切第二級延時(shí)值。（4）低頻第一級、加速第二、三級動(dòng)作條件：f≤f1df／dt3＞︱df／dt︱≥df／dt2

t≥Tfas2式中df／dt3——頻率變化率閉鎖定值；Tfas2為加速切第二、三級延時(shí)定值。

§5-3微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置三、微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置動(dòng)作原理（5）低頻二、三、四、五級動(dòng)作條件分別如下：f≤f2t≥Tfs2

f≤f3t≥Tfs3f≤f4t≥Tfs4f≤f5t≥Tfs5式中f2、f3、f4、f5——分別為低頻第二、第三、第四、第五級啟動(dòng)頻率整定值；Tfs2、Tfs3、Tfs4、Tfs5——分別為低頻第二、第三、第四、第五級延時(shí)值。以上五級按基本級順序相繼動(dòng)作。

§5-3微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置三、微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置動(dòng)作原理三個(gè)特殊級的獨(dú)立動(dòng)作條件為：（1）低頻啟動(dòng)條件：f≤fq

t≥Tfqs

（2）低頻特殊級第一級動(dòng)作條件：f≤fs6

t≥Tfs6

（3）低頻特殊級第二級動(dòng)作條件：f≤fs7

t≥Tfs7

（4）低頻特殊級第三級動(dòng)作條件：f≤fs8

t≥Tfs8

式中f6、f7、f8——分別為低頻特殊第一、第二、第三級啟動(dòng)頻率整定值；Tfs6、Tfs7、Tfs8——分別為低頻特殊第一、第二、第三級延時(shí)值。

§5-3微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置三、微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置動(dòng)作原理§5-3微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置四、裝置異常閉鎖措施1、系統(tǒng)短路故障時(shí)閉鎖裝置及故障切除后立刻允許低壓切負(fù)荷功能當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，母線電壓突然降低，此時(shí)本裝置立即閉鎖出口，不再進(jìn)行低電壓判斷。而當(dāng)保護(hù)動(dòng)作切除故障后，裝置安裝處的電壓迅速回升，但如果恢復(fù)不到正常數(shù)值，但大于klUn(故障切除后應(yīng)回升到的電壓定值，該定值應(yīng)大于相鄰線路三相短路時(shí)的殘壓值，建議值一般為額定電壓的0.7-0.8倍)，裝置立即解除閉鎖，允許裝置快速切除相應(yīng)的負(fù)荷，使電壓恢復(fù)。本裝置不需要與保護(hù)二、三段的動(dòng)作時(shí)間相配合，但需要用戶設(shè)定tus(等待短路故障切除時(shí)間)，一般應(yīng)大于后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，若后備保護(hù)最長時(shí)間為4秒，則tus應(yīng)設(shè)為4.5～5秒。超過tus以后電壓還沒有回升到k1Un以上，裝置將閉鎖出口，并發(fā)出異常告警信號。

§5-3微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置四、裝置異常閉鎖措施2、電壓過低閉鎖正序電壓U≤K2Un時(shí)，(K2母線電壓消失定值，通常取額定電壓的0.1-0.2倍)判母線電壓過低、消失，不進(jìn)行頻率判斷，閉鎖出口。同時(shí)切換另一母線測量，并顯示I母或II母電壓消失，延時(shí)5秒告警。3、電壓、頻率突變閉鎖當(dāng)電壓下降滑差值大于滑差閉鎖值，即du／dt|≥du／dt3或|df／dt|≥df／dt3時(shí)，裝置不進(jìn)行低壓、低頻判斷，閉鎖出口。當(dāng)電壓、頻率恢復(fù)至起動(dòng)值以上時(shí)裝置自動(dòng)解除閉鎖。

§5-3微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置四、裝置異常閉鎖措施4、PT斷線閉鎖：當(dāng)裝置所測三相電壓的零序電壓(U0)及相電壓差大于k3Un時(shí)判PT斷線，并延時(shí)5秒發(fā)斷線告警信號，斷線故障消失后延時(shí)5秒自動(dòng)返回。k3Un為PT斷線定值，一般為額定電壓的（10-15）％。PT斷線時(shí)如果一段母線斷線則裝置自動(dòng)切換到另一段母線工作，若兩段母線均斷線時(shí)，則不進(jìn)行低壓判斷，并閉鎖低壓出口，但對頻率進(jìn)行正常判斷。5、頻率差閉鎖：當(dāng)電網(wǎng)的各相頻差>0.2Hz時(shí)不進(jìn)行頻率判斷，閉鎖頻率判斷回路。6、頻率值異常閉鎖：當(dāng)f≤45Hz或f≥55Hz則認(rèn)為測量頻率值異常，并將頻率顯示值置為零，閉鎖頻率判回路，顯示頻率超限。

§5-3微機(jī)頻率電壓緊急控制裝置五、防止低頻低壓過切負(fù)荷的措施在低頻減載裝置實(shí)際動(dòng)作過程中，可能會出現(xiàn)前一級動(dòng)作后系統(tǒng)的有功功率已經(jīng)不再缺額，頻率開始回升，但頻率回升的拐點(diǎn)可能在下級