FAL概述 FAL的工作原理

第六章

自動按頻率減負(fù)荷裝置第一節(jié)

概述一、電流系統(tǒng)頻率偏移的原因當(dāng)發(fā)電廠發(fā)出的有功功率不能滿足用戶要求而出現(xiàn)功率缺額的時候，系統(tǒng)頻率就會下降；當(dāng)發(fā)電廠發(fā)出的有功功率超過了負(fù)荷的需求，出現(xiàn)盈余時，頻率就會上升，超過額定頻率。電力系統(tǒng)正常運行時，必須維持頻率在50±(0.1～0.2)Hz的范圍內(nèi)。

在非事故情況下，負(fù)荷變化引起的的頻率偏移將由電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整來限制。對于負(fù)荷變化幅度小，變化周期短所引起的頻率偏移，一般由發(fā)電機(jī)的調(diào)速器進(jìn)行調(diào)整，這就是電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整。對于負(fù)荷變化幅度大，變化周期長所引起的頻率偏移，單靠調(diào)速器的作用，不能把頻率偏移限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，必須有調(diào)頻器參加調(diào)頻。這種有調(diào)頻器參與的頻率調(diào)整稱為二次調(diào)整。這種在系統(tǒng)頻率降低時，自動切除負(fù)荷的裝置就叫做自動按頻率減負(fù)荷裝置（AFL），利用這種裝置，才能防止電網(wǎng)的頻率崩潰，保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。二、電力系統(tǒng)頻率偏移的危害1、汽輪機(jī)在頻率低于49-49.5HZ以下長期運行時，葉片容易產(chǎn)生裂紋，當(dāng)頻率降低到45Hz附近時，葉片可能因發(fā)生共振而斷裂。2、當(dāng)頻率下降到47-48HZ時，火電廠的常用機(jī)械的出力將降低，使得鍋爐的出力減少，導(dǎo)致發(fā)電廠發(fā)出的功率減少，因此系統(tǒng)的功率缺額會更嚴(yán)重，于是系統(tǒng)頻率進(jìn)一步下降，這樣形成的連鎖反應(yīng)將使發(fā)電廠的運行受到破壞，這種趨勢如果不能及時制止，就會在短時間內(nèi)使電力系統(tǒng)頻率下降到不能允許的程度，這種現(xiàn)象稱為頻率雪崩，或稱為頻率崩潰。3、當(dāng)頻率降低時，在系統(tǒng)中運行的發(fā)電機(jī)、勵磁機(jī)等的轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低，造成發(fā)電機(jī)的空載電動勢下降，使系統(tǒng)的電壓水平下降。當(dāng)頻率低到45-46HZ時，系統(tǒng)的電壓水平將受到嚴(yán)重影響，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性可能遭到破壞。這時，如果電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障或無功負(fù)荷增大等事故情況下，可能出現(xiàn)電壓快速而不斷地下降，這種情況稱為電壓雪崩，或電壓崩潰。4、頻率時電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，頻率降低會對所有用戶產(chǎn)生影響，例如影響某些測量儀表的準(zhǔn)確性，使企業(yè)生產(chǎn)率下降，產(chǎn)品的次品率上升等等。三、限制頻率下降的措施（1）動用系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)備用容量；（2）應(yīng)迅速啟動備用機(jī)組；（3）按頻率自動減去負(fù)荷。

電力系統(tǒng)中常常設(shè)置自動按頻率減負(fù)荷裝置（簡稱AFL），或稱低頻減載裝置，按頻率下降的程度自動切除部分負(fù)荷，以阻止頻率的下降。四、負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)電力系統(tǒng)的負(fù)荷，一般可分為如下三類：

第一類：負(fù)荷消耗的有功功率與頻率無關(guān)，如電熱、照明、整流器負(fù)荷等，即PI*＝K0為常數(shù)。

第二類：負(fù)荷消耗的有功功率與頻率的一次方成正比，如碎煤機(jī)、卷揚機(jī)、金屬切削機(jī)等負(fù)荷，其軸轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，即PII*＝K1f*。

第三類：負(fù)荷消耗的有功功率與頻率的二次方、三次方、高次方成正比，如通風(fēng)泵、水泵等負(fù)荷，即所以，電力系統(tǒng)總的有功負(fù)荷ΣPL可以認(rèn)為由上述三種負(fù)荷組成，即：當(dāng)頻率下降時，系統(tǒng)總有功負(fù)荷消耗的有功功率隨之減少；當(dāng)頻率上升時，系統(tǒng)總有功負(fù)荷消耗的有功功率隨之增加，這種現(xiàn)象稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)。KL為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)。因其反映的是系統(tǒng)頻率變化時，對應(yīng)負(fù)荷有功功率的變化量，可用來衡量負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)的大小。例：一電力系統(tǒng)在某一運行方式時，運行機(jī)組的總額定容量為450MW，此時系統(tǒng)中負(fù)荷功率為430MW，負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)為KL＝1.5，設(shè)這時發(fā)生事故，突然切除額定容量為100MW的發(fā)電機(jī)組，如不采取措施，求事故情況下的穩(wěn)定頻率值。五、電力系統(tǒng)功率缺額時頻率的變化過程電力系統(tǒng)由于有功功率平衡遭到破壞引起系統(tǒng)頻率發(fā)生變化，頻率從正常狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定值所經(jīng)歷的時間過程，稱為電力系統(tǒng)的動態(tài)頻率特性。其如圖6-2所示。圖6-2電力系統(tǒng)頻率的動態(tài)特性由圖可知，系統(tǒng)的頻率變化不能突變，而是按一定指數(shù)規(guī)律變化。從fN變化到f1所經(jīng)過的時間t1為第二節(jié)AFL的工作原理一、裝置的原理接線圖6-3自動按頻率負(fù)荷裝置示意圖二、AFL裝置切除負(fù)荷功率總值的確定例如，在額定運行情況下，假設(shè)系統(tǒng)總有功負(fù)荷保持不變，當(dāng)出現(xiàn)12%ΣPL.N的功率缺額，若僅依靠負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，取負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)K＝2，則系統(tǒng)的穩(wěn)定頻率為？令在上例中，若AFL裝置動作，使系統(tǒng)的穩(wěn)定頻率恢復(fù)為fR＝49.5Hz，則AFL裝置切除的負(fù)荷為？假設(shè)系統(tǒng)最嚴(yán)重的功率缺額PV.max。如果在此情況下要求AFL動作后的恢復(fù)頻率為fR，則實際接到AFL裝置的負(fù)荷總功率PDE.max可由下式確定

例：某系統(tǒng)的負(fù)荷總功率為∑PL.N＝5000MW，設(shè)想系統(tǒng)最大的功率缺額為Pv.max=1200MW，設(shè)負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)為KL＝2，自動低頻減載裝置動作后，希望系統(tǒng)恢復(fù)頻率為fR=48Hz，求接入低頻減載裝置的功率總數(shù)PDE。max。例：某聯(lián)合系統(tǒng)中，正常情況下fN=50HZ，A系統(tǒng)自己發(fā)電500MW，B系統(tǒng)支援A系統(tǒng)180MW。A系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)因數(shù)KL=2。設(shè)B系統(tǒng)因母線故障