按頻率自動減負荷裝置

會計學(xué)1按頻率自動減負荷裝置第一節(jié)電力系統(tǒng)的頻率特性一、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性（一）頻率偏低對電力用戶的影響①引起異步電動機轉(zhuǎn)速及所驅(qū)動的機械轉(zhuǎn)速變化，影響產(chǎn)品質(zhì)量。②影響國防中測量和控制用的電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和性能。③使異步電動機轉(zhuǎn)速和輸出功率降低，所帶機械轉(zhuǎn)速和出力降低。第1頁/共45頁①頻率下降汽輪機葉片振動變大,影響壽命,裂紋。45Hz時，葉片共振而斷裂。②下降到47~48Hz時,火電廠廠用機械→鍋爐和汽輪機→發(fā)電機出力下降，46~47Hz以下時，頻率下降更快，頻率崩潰。③核電廠頻率降到一定數(shù)值，冷卻介質(zhì)泵即自動跳開，反應(yīng)堆停止運行。（二）頻率偏低對電力系統(tǒng)的影響第2頁/共45頁④頻率下降時,異步電動機和變壓器的勵磁電流↑、無功消耗↑,引起系統(tǒng)電壓↓.

還會引起勵磁機出力↓→發(fā)電機電勢↓→全系統(tǒng)電壓水平↓.

若原來電壓就低，電壓速降，電壓雪崩。第3頁/共45頁電力系統(tǒng)頻率異常不同于電力系統(tǒng)正常運行中的頻率波動。頻率異常是電力系統(tǒng)發(fā)生事故時，由于突然造成的有功功率嚴重不平衡引起的頻率大幅度劇烈變化。導(dǎo)致有功功率平衡關(guān)系突變的直接原因有：（1）兩個系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線因故障跳開。（2）系統(tǒng)內(nèi)有大機組突然故障退出運行，而旋轉(zhuǎn)備用不足。（3）系統(tǒng)內(nèi)有大機組突然投入。第4頁/共45頁常規(guī)頻率異常控制裝置：1.低頻減負荷裝置2.低頻降低電壓裝置3.低頻自起動發(fā)電機裝置4.低頻調(diào)相改發(fā)電裝置5.低頻抽水改發(fā)電裝置6.高頻切機裝置7.高頻減出力裝置第5頁/共45頁運行實踐證明，電力系統(tǒng)的頻率不能長期維持在(49.5～49)Hz以下，事故情況下不能較長時間停留在47Hz以下，絕對不允許低于45Hz。因此，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的有功功率缺額時，應(yīng)當(dāng)迅速切除一些不重要的負荷以制止頻率下降，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和電能質(zhì)量，防止事故擴大，保證重要負荷的供電。因此，在電力系統(tǒng)中常常設(shè)置按頻率自動減負荷裝置(簡稱AFL裝置)，或稱低頻減載裝置。第6頁/共45頁二、電力系統(tǒng)有功功率控制的必要性（一）維持電力系統(tǒng)頻率在允許范圍內(nèi)有功平衡時,運行在額定頻率fN。負荷變化時,“等于”關(guān)系破壞,偏離fN

。及時調(diào)節(jié)原動機的輸入功率,維持“等于”關(guān)系,保證fN

。第7頁/共45頁（二）提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度問題：①開啟哪些機組并入電力系統(tǒng)運行;(是經(jīng)濟組合問題)②確定已并網(wǎng)運行的機組各發(fā)多少有功功率.(是有功負荷的經(jīng)濟分配問題).經(jīng)濟調(diào)度需考慮機組效率、各種發(fā)電機組的協(xié)調(diào)、系統(tǒng)網(wǎng)損等問題,目的是提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性,用最少的一次能源消耗獲得最多的可用電能。第8頁/共45頁（三）保證聯(lián)合電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行幾個區(qū)域電力系統(tǒng)組成的聯(lián)合電力系統(tǒng)。有的實行分區(qū)域控制，要求區(qū)域系統(tǒng)間的電功率和電量按事先約定的協(xié)議進行。有功功率控制要對不同區(qū)域系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線上通過的功率和電量進行控制。第9頁/共45頁系統(tǒng)中：若有功負荷增加：為了保持功率平衡，機組只有把轉(zhuǎn)子的一部分動能轉(zhuǎn)換成電功率，使機組轉(zhuǎn)速降低，系統(tǒng)頻率下降。因此，系統(tǒng)頻率變化是由于電力系統(tǒng)有功負荷變化引起的。第10頁/共45頁負荷的靜態(tài)頻率特性是指負荷功率隨頻率而改變的特性。即PL=F(f)系統(tǒng)中各種有功負荷與頻率的關(guān)系，可以歸納為以下幾類：（1）與頻率變化無關(guān)的負荷，如照明、電弧爐、電阻爐等。（2）與頻率成正比的負荷，如切削機床、卷揚機等。（3）與頻率的二次方成比例的負荷。如變壓器中的渦流損耗。（4）與頻率的三次方成比例的負荷。如通風(fēng)機、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等。（5）與頻率的更高次方成比例的負荷。如靜水頭阻力很大的給水泵等。三、電力系統(tǒng)負荷的靜態(tài)頻率特性第11頁/共45頁負荷的功率—頻率特性一般可表示為：用標(biāo)幺值表示，并取額定頻率時的負荷功率PLN為功率PL的基準(zhǔn)值，額定頻率fN為頻率f的基準(zhǔn)值,則有顯然，當(dāng)系統(tǒng)的頻率為額定值時，f*=1，PL*=1，于是：第12頁/共45頁當(dāng)頻率下降時，負荷從系統(tǒng)中取用的功率將下降；系統(tǒng)頻率升高時,負荷從系統(tǒng)中取用的功率將增加。這種現(xiàn)象電力系統(tǒng)負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng),簡稱負荷調(diào)節(jié)效應(yīng),并用負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)來衡量負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的大小。圖6-1電力系統(tǒng)負荷的靜態(tài)頻率特性PLPLN0f

Nf電力系統(tǒng)負荷的靜態(tài)頻率特性曲線如圖6-1所示：f2f

1PL1PL2第13頁/共45頁定義為：KL、KL*－分別表示用有名值和標(biāo)幺值表示的負荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)。

電力系統(tǒng)負荷的靜態(tài)頻率特性PLPLN0f

Nf第14頁/共45頁根據(jù)國內(nèi)外一些實測,負荷的靜態(tài)頻率特性曲線在額定值附近接近于一條直線,即：有名值和標(biāo)幺值之間的關(guān)系：

電力系統(tǒng)負荷的靜態(tài)頻率特性PLN0fNfPLα第15頁/共45頁

可近似認為f*＝1，則寫為：

KL*=a1+2a2+3a3+…+nan

（★）

KL表示頻率每升高（降低）1Hz時系統(tǒng)負荷增加（減少）的值（MW)。

KL*表示系統(tǒng)頻率變化1％時負荷功率變化的百分數(shù)。

第16頁/共45頁KL*是一個無量綱的數(shù),KL*是調(diào)度部門要掌握的數(shù)據(jù)，在實際系統(tǒng)中，需要經(jīng)過測試求得，也可根據(jù)負荷統(tǒng)計資料分析估算確定。

對同一個系統(tǒng),KL*隨季節(jié)及晝夜交替而變化，但差別不大，因此對一個系統(tǒng)而言可近似認為KL*是不變的，一般負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)在1～3之間

。KL與負荷的大小有關(guān)，調(diào)度部門只要掌握KL*的值,就很容易算出KL的值，從而得到頻率偏移量與功率調(diào)節(jié)量之間的關(guān)系。第17頁/共45頁[例]某電力系統(tǒng)中,與頻率無關(guān)的負荷占30％,與頻率一次方成正比的負荷占40％,與頻率二次方成正比的負荷占10％,與頻率三次方成正比的負荷占20％。求系統(tǒng)頻率由50Hz下降到46Hz時,負荷功率變化的百分數(shù)及負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KL*。第18頁/共45頁解（1）頻率降為46Hz時,

f*＝46/50=0.92,則由公式得系統(tǒng)負荷為：

PL*=a0+a1f*+a2f*2+…+anf*n=0.3+0.4×0.92+0.1×0.922+0.2×0.923=0.909所以負荷變化的標(biāo)幺值ΔPL*=1-0.909=0.091用百分值表示ΔPL%=0.091×100＝9.1KL*=ΔPL%／Δf%=9.1／8=1.1375第19頁/共45頁（2）頻率偏差的標(biāo)幺值Δf*＝1－0.92＝0.08則負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)由公式計算得KL*=ΔPL*/Δf*=0.091/0.08=1.1375由式KL*=a1+2a2+3a3+…+nan

(近似認為f*＝1)計算得：KL*=a1+2a2+3a3+…+nan=0.4+2×0.1+3×0.2=1.2可見由兩種方法求得的負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)相差是很小的,誤差僅為2％左右。第20頁/共45頁由于負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的存在，當(dāng)電力系統(tǒng)因有功功率不平衡引起頻率變化時，負荷自動改變消耗的有功功率，對系統(tǒng)有一定的補償作用，使系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行在一個新的頻率。但是，負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)畢竟是有限的，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)較大的有功功率缺額時，如果僅僅依靠負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)來補償，系統(tǒng)頻率將會降低到不允許程度，從而破壞系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。在這種情況下，必須借助按頻率自動減負荷裝置（簡稱AFL裝置）來切除一部分不重要的負荷，才能保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。第21頁/共45頁四、電力系統(tǒng)的動態(tài)頻率特性

電力系統(tǒng)由于有功功率平衡遭到破壞引起系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，頻率從額定值過渡到另一個穩(wěn)定值所經(jīng)歷的動態(tài)過程，稱為電力系統(tǒng)的動態(tài)頻率特性。如圖所示，系統(tǒng)頻率變化不是瞬間完成的，而是按指數(shù)規(guī)律變化的。第22頁/共45頁第二節(jié)按頻率自動減負荷裝置的工作原理當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的有功功率缺額時，AFL裝置的任務(wù)是迅速斷開相應(yīng)數(shù)量的用戶負荷，使系統(tǒng)頻率在不低于某一允許值的情況下，達到有功功率的平衡，以確保電力系統(tǒng)安全運行，防止事故的擴大。第23頁/共45頁不切除負荷的情況下系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定值:正常運行的電力系統(tǒng)，頻率為額定頻率fN，總負荷為PLN，當(dāng)出現(xiàn)有功功率缺額ΔPL時，若僅靠負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)來調(diào)節(jié)，則系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在低頻f∞通過AFL裝置切除一部分負荷Pcut后，系統(tǒng)穩(wěn)定頻率為：第24頁/共45頁一、最大功率缺額ΔPL.max的確定AFL裝置應(yīng)能保證即使在系統(tǒng)發(fā)生最嚴重的事故情況下，即出現(xiàn)最大可能的功率缺額時，接至AFL裝置的用戶功率數(shù)量也能使系統(tǒng)頻率恢復(fù)在可運行的水平，以避免系統(tǒng)事故的擴大。確定系統(tǒng)事故情況下的最大可能功率缺額ΔPL.max

后，只要系統(tǒng)恢復(fù)頻率fr確定，就可求得接到AFL裝置的功率總數(shù)Pcut.max。接到AFL裝置最大可能的斷開功率Pcut.max可以小于最大功率缺額ΔPL.max。第25頁/共45頁

【例】某系統(tǒng)的負荷總功率為PLN＝5000MW，設(shè)想系統(tǒng)最大的功率缺額ΔPL.max為1200MW，設(shè)負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)為KL*=2，AFL裝置動作后，希望系統(tǒng)恢復(fù)頻率為fr=48Hz，求接入AFL裝置的功率總數(shù)Pcut.max。解希望恢復(fù)頻率偏差的標(biāo)么值為：由上述公式得：（MW）接入AFL裝置的功率總數(shù)為870MW，這樣，即使發(fā)生如設(shè)想那樣的嚴重事故，仍然能使系統(tǒng)頻率恢復(fù)值不低于48Hz。第26頁/共45頁二、AFL裝置的動作順序在電力系統(tǒng)發(fā)生事故的情況下，被迫采取斷開部分負荷的辦法以確保系統(tǒng)的安全運行，這對于被切除的用戶來說，無疑會造成不少困難，因此，應(yīng)力求盡可能少地斷開負荷。如上所述，接于AFL裝置的總功率是按系統(tǒng)最嚴重事故的情況來考慮的。然而，系統(tǒng)的運行方式很多，而且事故的嚴重程度也有很大差別，對于各種可能發(fā)生的事故，都要求AFL裝置能作出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，切除相應(yīng)數(shù)量的負荷功率，既不過多又不能不足、只有分批斷開負荷功率采用逐步修正的辦法，才能取得較為滿意的結(jié)果。第27頁/共45頁AFL裝置是在電力系統(tǒng)發(fā)生事故時，在系統(tǒng)頻率下降過程中，按照頻率的不同數(shù)值按順序地切除負荷。也就是將接至AFL裝置的總功率Pcut.max按負荷重要程度的不同進行分級，并分別分配在不同啟動頻率值來分批地切除，以適應(yīng)不同功率缺額的需要。根據(jù)啟動頻率的不同，按頻率自動減負荷可分為若干級，也稱為若干輪。為了確定AFL裝置的級數(shù)，首先應(yīng)定出裝置的動作頻率范圍，即選定第一級啟動頻率f1和最末一級啟動頻率fn的數(shù)值。第28頁/共45頁1.第一級啟動頻率f1的選擇由系統(tǒng)頻率動態(tài)特性曲線的規(guī)律可知，在事故初期如能及早切除部分負荷功率，可延緩頻率的下降過程。因此，從AFL裝置的動作效果來看，第一級的啟動頻率f1宜選擇的高些，但是f1整定的過高，暫時頻率下降容易引起AFL裝置誤動作，影響用戶用電的可靠性，同時也未充分利用系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量。所以，一般第一級的啟動頻率整定在48.5～49Hz。在以水電廠為主的電力系統(tǒng)中，由于水輪機調(diào)速系統(tǒng)動作較慢，因而第一級啟動頻率宜取低值。第29頁/共45頁2.末級啟動頻率fn的選擇電力系統(tǒng)允許的最低頻率受安全運行的限制，以及可能發(fā)生“頻率崩潰”或“電壓崩潰”的限制。對于高溫高壓參數(shù)的火電廠，在頻率低于46～46.5Hz時，廠用設(shè)備已不能正常工作，在頻率低于45時，就有“電壓崩潰”的危險，因此末級的啟動頻率fn以不低于46～46.5Hz為宜。第30頁/共45頁3.頻率級差Δf當(dāng)f1和fn確定以后，就可在該頻率范圍內(nèi)按頻率級差Δf分成n級斷開負荷，即

級數(shù)越大，每級斷開的負荷就越小，這樣，裝置所切除的負荷量就越有可能接近于實際功率缺額，具有較好的適應(yīng)性。第31頁/共45頁關(guān)于頻率級差的選擇問題，當(dāng)前有兩種不同的原則：（1）按選擇性確定級差強調(diào)各級動作的次序，要在前一級動作以后還不能制止頻率下降的情況下，后一級才動作。（2）級差不強調(diào)選擇性AFL裝置應(yīng)遵循逐步試探求解的原則，分多級切除少量負荷，以達到較佳的控制效果。這就要求減小級差Δf，增加總的頻率動作級數(shù)n，相應(yīng)地減少每級的切除功率，這樣即使兩輪無選擇性啟動，切除的負荷功率不會過多，系統(tǒng)恢復(fù)頻率也不會過高。

第32頁/共45頁三、每級切除負荷Pcut.i的限值為確定各級的最優(yōu)切除負荷量，按臨界情況考慮：第（i-1）級動作切除負荷后，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)頻率正好是第i級的啟動頻率；而當(dāng)?shù)趇級動作切除負荷功率Pcut.i后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在第（i+1）級的動作頻率；最末一級的啟動頻率是fn，切除負荷功率Pcut.n后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在fres，依次推理計算出Pcut.i。第33頁/共45頁

四、AFL裝置的后備級（附加級、特殊級）在AFL裝置的動作過程中，當(dāng)?shù)趇級動作切除負荷后，如果系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降，則下面各級會相繼動作直到頻率下降被制止為止。如果出現(xiàn)了這樣的情況：第i級動作后，系統(tǒng)頻率可能穩(wěn)定在fi，它低于恢復(fù)頻率的極限值fres.min，但又不足以使下一級動作，因此要裝設(shè)后備級，經(jīng)延時，再切除部分負荷功率，以便使頻率能恢復(fù)到允許的限值以上。這樣，我們常把前面介紹的自動按頻率減負荷裝置的各級稱為基本級，而后備級又常被稱為特殊級或附加級。第34頁/共45頁后備級的動作頻率應(yīng)不低于基本級第一級的啟動頻率，它是在系統(tǒng)頻率已經(jīng)比較穩(wěn)定時動作的，為保證后備級確實是在基本級動作結(jié)束后系統(tǒng)頻率仍未回升至希望值時才動作，后備級的動作要帶較長的延時，最小動作時間約為10～15s，最長的動作時間可到20s。后備級可按時間分為若干級，也就是其啟動頻率相同，但動作時延不一樣，各級時間差可不小于5s，按時間先后次序分批切除用戶負荷，以適應(yīng)功率缺額大小不等的需要。在分批切除負荷的過程中，一旦系統(tǒng)恢復(fù)頻率高于后備級的返回頻率，AFL裝置就停止切除負荷。第35頁/共45頁

五、對AFL裝置的基本要求（1）能在各種運行方式且出現(xiàn)較大功率缺額的情況下，有計劃地切除負荷，有效地防止系統(tǒng)頻率下降至危險點以下。（2）切除的負荷應(yīng)盡可能少。（3）變電所的饋電線路使故障變壓器跳閘造成失壓時，AFL裝置應(yīng)可靠動作。（4）電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時，AFL裝置不應(yīng)誤動。（5）電力系統(tǒng)受諧波干擾時，AFL裝置不應(yīng)誤動。第36頁/共45頁六、AFL裝置的配置

電力系統(tǒng)中裝設(shè)AFL裝置，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和負荷的分布情況，分散裝設(shè)在電力系統(tǒng)中相關(guān)的發(fā)電廠和變電所。圖6-3為某一變電所的AFL裝置原理框圖，f為低頻繼電器，t為延時元件，KF為跳閘執(zhí)行回路。它由n個基本級和m個附加級組成，每一級就是一套AFL裝置。第37頁/共45頁七、AFL裝置誤動作的原因及防誤措施

（1）當(dāng)系統(tǒng)電壓突然變化時，低頻繼電器觸點抖動，可能導(dǎo)致AFL裝置誤動作。這種誤動作只要AFL裝置帶有0.1～0.2s的延時即可防止。（2）系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)備用起作用之前，AFL裝置先行誤動作。特別是旋轉(zhuǎn)備用大部分在水輪發(fā)電機組上的電力系統(tǒng)，系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)備用容量發(fā)揮作用需要一定的時間，尤其在水輪發(fā)電機組上，調(diào)速機械動作較慢。為了防止這種誤動作，措施之一是在AFL裝置的前幾級帶一定的延時；也可在頻率恢復(fù)到額定值時進行重合閘。第38頁/共45頁（3）負荷反饋引起的誤動作。在地區(qū)變電所某些操作或在輸電線路重合閘期間，負荷與電源會出現(xiàn)短時解列，該地區(qū)負荷中的旋轉(zhuǎn)機組，如同步調(diào)相機和異步電動機等，動能仍短時反饋輸送功率，在母線上產(chǎn)生一個電壓，該電壓逐漸衰減而頻率急劇下降，如果不采取適當(dāng)?shù)拇胧?，利用母線電壓檢測頻率的AFL裝置會錯誤地判斷為系統(tǒng)頻率降低而誤啟動，當(dāng)該地區(qū)變電所很快恢復(fù)供電時，用戶負荷已被錯誤地斷開了。對于這種情況，在AFL裝置中可采取如下措施：第39頁/共45頁1）加電流閉鎖。閉鎖繼電器可接于電源主進線上或變壓器上，其觸點與低頻繼電器觸點串聯(lián)