自動(dòng)按頻率減負(fù)荷和其他安全自動(dòng)裝置

1、教材配套電子教案教材配套電子教案電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置張瑛張瑛 高陽高陽 編制編制第六章第六章 自動(dòng)按頻率減負(fù)荷和安全自動(dòng)裝置自動(dòng)按頻率減負(fù)荷和安全自動(dòng)裝置第一節(jié)第一節(jié) 自動(dòng)按頻率減負(fù)荷概述自動(dòng)按頻率減負(fù)荷概述一、低頻運(yùn)行的危害一、低頻運(yùn)行的危害二、限制頻率下降的措施二、限制頻率下降的措施 (1)(1)動(dòng)用系統(tǒng)中的動(dòng)用系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)備用容量旋轉(zhuǎn)備用容量(2)(2)應(yīng)迅速啟動(dòng)備應(yīng)迅速啟動(dòng)備用機(jī)組用機(jī)組(3)(3)按頻率自動(dòng)減按頻率自動(dòng)減去負(fù)荷去負(fù)荷負(fù)荷靜態(tài)頻率特性負(fù)荷靜態(tài)頻率特性系統(tǒng)總有功負(fù)荷與系統(tǒng)總有功負(fù)荷與f f的關(guān)系的關(guān)系1負(fù)荷消耗與頻率無關(guān)3負(fù)荷消耗與頻率的高次方成正比2負(fù)荷消耗

2、與頻率的平方成正比負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng) 頻率上升或下降頻率上升或下降, ,系統(tǒng)總有功負(fù)荷消耗系統(tǒng)總有功負(fù)荷消耗的有功功率增加或減少的有功功率增加或減少, ,稱為負(fù)荷的調(diào)節(jié)稱為負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)效應(yīng)KLK KL L隨負(fù)荷類型隨負(fù)荷類型, ,季節(jié)變化一般在季節(jié)變化一般在1-31-3范圍內(nèi)范圍內(nèi). .第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)按頻率減負(fù)荷工作原理自動(dòng)按頻率減負(fù)荷工作原理一、不切除負(fù)荷的情況下系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定值一、不切除負(fù)荷的情況下系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定值 假設(shè)電力系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生有功功假設(shè)電力系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生有功功率缺額率缺額P PV V為系統(tǒng)額定總負(fù)為系統(tǒng)額定總負(fù)P的的2020時(shí)，系統(tǒng)頻率要降低，如果時(shí)，系統(tǒng)頻率要降低，如果僅

3、由負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)來補(bǔ)償有功僅由負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)來補(bǔ)償有功缺額，由教材（缺額，由教材（5-45-4）式可得）式可得不切除負(fù)荷的情況下系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定值不切除負(fù)荷的情況下系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定值nLLLnPKPff*)(52%2050*HzPKPffnLLLn系統(tǒng)頻率下降值為系統(tǒng)頻率下降值為：設(shè)設(shè)K KL L* *= 2,= 2,那么：那么：系統(tǒng)的頻率會(huì)下降到系統(tǒng)的頻率會(huì)下降到：)(45550Hzf三、系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性三、系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性 電力系統(tǒng)由于有功功電力系統(tǒng)由于有功功率平衡遭到破壞引起系統(tǒng)率平衡遭到破壞引起系統(tǒng)頻率發(fā)生變化，頻率從正頻率發(fā)生變化，頻率從正常狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定常狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定值所

4、經(jīng)歷的時(shí)間過程，稱值所經(jīng)歷的時(shí)間過程，稱為電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻率特為電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻率特性。性。 fNf1fbf af 0t1tabcde6-1圖圖電電力力系系統(tǒng)統(tǒng)頻頻率率的的動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)特特性性二、最大功率缺額的確定二、最大功率缺額的確定 一般應(yīng)根據(jù)最不利的運(yùn)行方一般應(yīng)根據(jù)最不利的運(yùn)行方式下發(fā)生事故時(shí)，實(shí)際可能發(fā)生式下發(fā)生事故時(shí)，實(shí)際可能發(fā)生的最大功率缺額來考慮。的最大功率缺額來考慮。 設(shè)正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷為設(shè)正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷為P PLnLn，額定頻率額定頻率f fn n與恢復(fù)頻率與恢復(fù)頻率f fr r之差為之差為f f。最大功率缺額的確定最大功率缺額的確定*maxmaxfKPPPLnLsV*ma

5、xmax1fKfPKPPLnLLVs求接入自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置的功率總數(shù)求接入自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置的功率總數(shù)PPsmaxsmax例例6-1 6-1 某系統(tǒng)的負(fù)荷總功率為某系統(tǒng)的負(fù)荷總功率為PLnPLn5000 5000 MWMW，設(shè)想系統(tǒng)最大的功率缺額，設(shè)想系統(tǒng)最大的功率缺額PVmaxPVmax為為1000 MW1000 MW（負(fù)荷總功率的（負(fù)荷總功率的2020），設(shè)負(fù)荷調(diào)），設(shè)負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)為及節(jié)效應(yīng)系數(shù)為及K KL L* *2 2，自動(dòng)按頻率減負(fù)荷，自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置動(dòng)作后，希望系統(tǒng)恢復(fù)頻率為裝置動(dòng)作后，希望系統(tǒng)恢復(fù)頻率為f fr r48Hz48Hz，求接入自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置的功率總

6、數(shù)求接入自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置的功率總數(shù)P Psmaxsmax。解解 希望恢復(fù)頻率偏差的標(biāo)么值為：希望恢復(fù)頻率偏差的標(biāo)么值為：04.0504850* f)( 2 .65204. 02104. 05000210001*maxmaxMWfKfPKPPLnLLVs接入自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置功率總數(shù)為接入自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置功率總數(shù)為652.2 MW652.2 MW123n 1f fn 1f nf0t6-2圖圖裝裝置置動(dòng)動(dòng)作作的的頻頻率率變變化化三、自動(dòng)按頻率減負(fù)荷的分級(jí)實(shí)現(xiàn)三、自動(dòng)按頻率減負(fù)荷的分級(jí)實(shí)現(xiàn)第三節(jié)第三節(jié) 有關(guān)自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置的幾個(gè)問題有關(guān)自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置的幾個(gè)問題1 1第一級(jí)啟動(dòng)頻率

7、第一級(jí)啟動(dòng)頻率f f1 1的選擇的選擇一、動(dòng)作級(jí)數(shù)與動(dòng)作頻率的確定 一般第一級(jí)的啟動(dòng)頻率整定在一般第一級(jí)的啟動(dòng)頻率整定在49Hz49Hz。在以水電廠為主的電力系統(tǒng)中，由于水輪在以水電廠為主的電力系統(tǒng)中，由于水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)作較慢，所以第一級(jí)啟動(dòng)頻機(jī)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)作較慢，所以第一級(jí)啟動(dòng)頻率宜取低值，例如率宜取低值，例如48Hz48Hz。2 2末級(jí)啟動(dòng)頻率末級(jí)啟動(dòng)頻率f fN N的選擇的選擇 電力系統(tǒng)允許的最低頻率受電力系統(tǒng)允許的最低頻率受“頻率崩潰頻率崩潰”或或“電壓崩潰電壓崩潰”的限制，對(duì)于高溫高壓的火的限制，對(duì)于高溫高壓的火電廠，在頻率低于電廠，在頻率低于4646時(shí)，廠用電已不能正時(shí)，廠用電已不

8、能正常工作。在頻率低于常工作。在頻率低于45Hz45Hz時(shí)，就有時(shí)，就有“電壓崩電壓崩潰潰”的危險(xiǎn)。因此，末級(jí)的啟動(dòng)頻率以不低的危險(xiǎn)。因此，末級(jí)的啟動(dòng)頻率以不低于于4646為宜。為宜。 3頻率級(jí)數(shù)N和各級(jí)動(dòng)作頻率11fffNN第第i i級(jí)動(dòng)作頻率為級(jí)動(dòng)作頻率為: : fiffi114 4頻率級(jí)差的確定頻率級(jí)差的確定選擇頻率級(jí)差選擇頻率級(jí)差f f，有兩種不同的原則，有兩種不同的原則按選擇性確定級(jí)差按選擇性確定級(jí)差1 這種方法強(qiáng)調(diào)各級(jí)動(dòng)作的次序，要這種方法強(qiáng)調(diào)各級(jí)動(dòng)作的次序，要在前一級(jí)動(dòng)作以后還不能制止頻率下降在前一級(jí)動(dòng)作以后還不能制止頻率下降的情況下，后一級(jí)才動(dòng)作，否則就是誤的情況下，后一級(jí)才動(dòng)

9、作，否則就是誤動(dòng)作。動(dòng)作。級(jí)差不強(qiáng)調(diào)選擇性級(jí)差不強(qiáng)調(diào)選擇性2fifi 1f 0ef if t t6-3圖圖頻頻率率選選擇擇性性級(jí)級(jí)差差的的確確定定steffff2二、每級(jí)最優(yōu)切除負(fù)荷值的確定二、每級(jí)最優(yōu)切除負(fù)荷值的確定 某一級(jí)自動(dòng)按頻率減負(fù)某一級(jí)自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置動(dòng)作后，系統(tǒng)的頻荷裝置動(dòng)作后，系統(tǒng)的頻率能恢復(fù)到希望值的附近率能恢復(fù)到希望值的附近 fNfif0t1236-4圖圖典典型型的的系系統(tǒng)統(tǒng)頻頻率率變變化化過過程程rifinifff三、自動(dòng)按頻率減負(fù)荷的后備級(jí)三、自動(dòng)按頻率減負(fù)荷的后備級(jí)如果出現(xiàn)的情況是：如果出現(xiàn)的情況是： 第第i i級(jí)動(dòng)作后，系統(tǒng)頻率可能穩(wěn)定在某級(jí)動(dòng)作后，系統(tǒng)頻率可能穩(wěn)

10、定在某一值，例如圖一值，例如圖6 64 4中的中的f fi i ，它既低于我們，它既低于我們希望的頻率恢復(fù)極限值希望的頻率恢復(fù)極限值f fr r，但又不足以使下，但又不足以使下一自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置啟動(dòng)，因此要裝設(shè)一自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置啟動(dòng)，因此要裝設(shè)后備段，經(jīng)延時(shí)，再切除部分負(fù)荷功率后備段，經(jīng)延時(shí)，再切除部分負(fù)荷功率四、自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置誤動(dòng)作的原因四、自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置誤動(dòng)作的原因及應(yīng)采取的措施及應(yīng)采取的措施1 1、暫態(tài)過程引起的誤動(dòng)作、暫態(tài)過程引起的誤動(dòng)作1 1當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生事故，電壓急劇下降期間有可能引起頻率繼電器誤動(dòng)作2 2為了使自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置的動(dòng)作反應(yīng)全系統(tǒng)的平均頻率，而不是

11、所接母線的頻率瞬時(shí)值1 1 暫態(tài)過程引起的誤動(dòng)作暫態(tài)過程引起的誤動(dòng)作3為了防止在系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)裝置的誤動(dòng)作 為此，要求裝置有一定的動(dòng)作時(shí)限。當(dāng)為此，要求裝置有一定的動(dòng)作時(shí)限。當(dāng)然，時(shí)限過長不利于各級(jí)間的選擇性，也可然，時(shí)限過長不利于各級(jí)間的選擇性，也可能在嚴(yán)重故障時(shí)會(huì)使系統(tǒng)的頻率降低到危險(xiǎn)能在嚴(yán)重故障時(shí)會(huì)使系統(tǒng)的頻率降低到危險(xiǎn)的臨界值以下。所以往往采用一個(gè)不大的時(shí)的臨界值以下。所以往往采用一個(gè)不大的時(shí)限限( (通常用通常用0.2s)0.2s)以躲過暫態(tài)過程可能出現(xiàn)以躲過暫態(tài)過程可能出現(xiàn)的誤動(dòng)作。的誤動(dòng)作。2 2、負(fù)荷反饋引起的誤動(dòng)作、負(fù)荷反饋引起的誤動(dòng)作 加電流閉鎖加電流閉鎖加滑差閉鎖加滑差閉

12、鎖加電壓閉鎖加電壓閉鎖采取的措施采取的措施 頻率下降速度頻率下降速度d df fd dt t3 3（HzHzs s）可認(rèn)為是系）可認(rèn)為是系統(tǒng)功率缺額引起的頻率下降。統(tǒng)功率缺額引起的頻率下降。 而而d df fd dt t3 3（HzHzs s）可認(rèn)為是負(fù)荷反饋引起的頻率下降。因此，采用）可認(rèn)為是負(fù)荷反饋引起的頻率下降。因此，采用d df fd dt t3 3（HzHzs s）作為滑差閉鎖的條件。）作為滑差閉鎖的條件。ABCQF1QF2QF3QF4TAI自自動(dòng)動(dòng)按按頻頻率率 減減負(fù)負(fù)荷荷切切負(fù)負(fù)荷荷命命令令負(fù)負(fù)荷荷6-5圖圖電電流流閉閉鎖鎖接接線線示示意意圖圖第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置自

13、動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置 微機(jī)自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置的設(shè)置一般分為兩種模式：微機(jī)自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置的設(shè)置一般分為兩種模式：集中式：集中式：所謂集中式就是在變電站低壓母線上的電壓互感器二次側(cè)所謂集中式就是在變電站低壓母線上的電壓互感器二次側(cè)裝設(shè)微機(jī)低頻減負(fù)荷裝置，根據(jù)需要可以每段母線配置一個(gè)，也裝設(shè)微機(jī)低頻減負(fù)荷裝置，根據(jù)需要可以每段母線配置一個(gè)，也可以整個(gè)變電站共同使用一個(gè)?？梢哉麄€(gè)變電站共同使用一個(gè)。分散式：分散式：就是低頻減負(fù)荷的功能被集成在分散的保護(hù)測(cè)控單元中，就是低頻減負(fù)荷的功能被集成在分散的保護(hù)測(cè)控單元中，由保護(hù)測(cè)控裝置根據(jù)整定值的要求通過軟件的設(shè)置直接出口跳閘。由保護(hù)測(cè)控裝置根據(jù)整定值的

14、要求通過軟件的設(shè)置直接出口跳閘。這里只介紹數(shù)字式頻率繼電器和集中式的微機(jī)自動(dòng)按頻率減負(fù)荷這里只介紹數(shù)字式頻率繼電器和集中式的微機(jī)自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置。裝置。 整理ppt28一、數(shù)字式頻率繼電器一、數(shù)字式頻率繼電器242HZ振振蕩蕩器器濾濾波波器器方方波波形形成成單單穩(wěn)穩(wěn)觸觸發(fā)發(fā)器器200KHZ200KHZ振振蕩蕩器器計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器C CP PR RQ Q 頻頻率率整整定定51HZ51HZ 頻頻率率整整定定995HZ995HZ 頻頻率率整整定定festfest脈脈沖沖展展寬寬脈脈沖沖展展寬寬脈脈沖沖展展寬寬DA1DA2DA3DA4&延延時(shí)時(shí)延延時(shí)時(shí)延延時(shí)時(shí)CtOPtHL1HL2HL3KM1

15、KM3驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)DA5&一一級(jí)級(jí)二二級(jí)級(jí)三三級(jí)級(jí)SA-2KM2KM2T1T2uI12V 6V 1DN5U I 低低電電壓壓閉閉鎖鎖低低電電流流閉閉鎖鎖6-6SZH-1圖圖型型數(shù)數(shù)字字頻頻率率繼繼電電器器原原理理框框圖圖24V 24V 0V穩(wěn)穩(wěn)壓壓電電源源-S SA A 1 1整理ppt29 a b c duuu0000ttttTCTN脈脈沖沖個(gè)個(gè)數(shù)數(shù)6-7圖圖頻頻率率測(cè)測(cè)量量原原理理 a 正正弦弦波波信信號(hào)號(hào) b 方方波波 c 單單穩(wěn)穩(wěn)電電路路輸輸出出 d 振振蕩蕩器器時(shí)時(shí)鐘鐘脈脈沖沖HzNfNTNTfcC51021111第五節(jié)第五節(jié) 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定控制電力系統(tǒng)的穩(wěn)定控制( (一一) ) 自動(dòng)切除發(fā)電機(jī)自動(dòng)切除發(fā)電機(jī)中中間間變變電電所所6-8圖圖線線路路故故障障時(shí)時(shí)的的切切機(jī)機(jī)方方式式QF1QF1L1L1L2L2A A二、電氣制動(dòng)二、電氣制動(dòng)R6-9圖圖電電氣氣制制動(dòng)動(dòng)接接線線圖圖整理ppt32三、自動(dòng)解列裝置三、自動(dòng)解列裝置( (一一) )廠用電系統(tǒng)廠用電系統(tǒng)“解列解列”的應(yīng)用的應(yīng)用GGGG1#TQF 2#3#4#廠廠用用電電6-10圖圖電電廠廠廠廠用用電電系系統(tǒng)統(tǒng)與與系系統(tǒng)統(tǒng)解解列列原原理理圖圖（二）（二） 系統(tǒng)