石化企業(yè)電網(wǎng)低頻減負(fù)荷整定方案分析

1、20102011科協(xié)論文石化企業(yè)電網(wǎng)低頻減負(fù)荷整定方案分析郝曉添摘要：低頻減載是抑制頻率下降的有效方法，一般是根據(jù)逐次逼近原理來整定，但石化企業(yè)內(nèi)部電力系統(tǒng)低頻減負(fù)荷整定方案有其特有的特點(diǎn)，本文對石化企業(yè)電力系統(tǒng)低頻減載的具體方案進(jìn)行了整定分析，提出了供企業(yè)參考的整定思路。關(guān)鍵字：低頻減載 頻率特性系數(shù) 負(fù)荷缺額 過切1 概述低頻減載作為電力系統(tǒng)的第三道防線，是一種抑制頻率下降的有效方法，將能有效地阻止系統(tǒng)頻率的繼續(xù)下降，從而避免系統(tǒng)出現(xiàn)頻率崩潰、電壓崩潰等事故。傳統(tǒng)的低頻減載方案主要是采用逐次逼近的計(jì)算方法，按照各輪的動(dòng)作頻率切除預(yù)先設(shè)定的負(fù)荷。石化企業(yè)作為電力網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)終端用戶，有其特殊性

2、，既有很大負(fù)荷量，又自有發(fā)電能力；既作為用戶參與電力系統(tǒng)低頻減載的保護(hù)輪次，又有自己的低頻減載要求，因此石化企業(yè)的低頻減載方案是有其特點(diǎn)的。由于配合關(guān)系，廣州石化與外電網(wǎng)相連的線路低頻保護(hù)決定了其第一輪的啟動(dòng)頻率及時(shí)間。廣州石化電力系統(tǒng)低頻減負(fù)荷方案為：第一輪（起動(dòng)頻率47.7Hz 延時(shí)：0.5S），第二輪（起動(dòng)頻率47.5Hz 延時(shí)：0.5S），第三輪（起動(dòng)頻率47Hz 延時(shí)：0.5S），并確定了每一輪切除的負(fù)荷量，如以總負(fù)荷為160MW為基準(zhǔn)，則第一輪切負(fù)荷18.7%，第二輪切負(fù)荷23.2%，第三輪切負(fù)荷26.0%，現(xiàn)對此整定方案進(jìn)行詳細(xì)分析，分為兩步，第一步分析動(dòng)作頻率與時(shí)間，第二步分析

3、切除的負(fù)荷量。2 方案分析2.1 動(dòng)作頻率與時(shí)間分析 第一輪動(dòng)作分析根據(jù)DL428-91電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減負(fù)荷技術(shù)規(guī)定，在低頻時(shí)可求得頻率的絕對變化如下：(Hz)其中：f-系統(tǒng)頻率的變化 f-計(jì)算階段開始時(shí)的系統(tǒng)頻率 -總阻尼因素 -以保留運(yùn)行發(fā)電機(jī)力矩為基準(zhǔn)的加速力矩標(biāo)么值，且 -保留運(yùn)行的發(fā)電機(jī)輸出有功功率標(biāo)么值，認(rèn)為恒定。-在系統(tǒng)頻率為f時(shí)的負(fù)荷有功功率標(biāo)么值；-發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子角速度，取標(biāo)么值；M-保留運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組慣性常數(shù)（s），參考技術(shù)規(guī)定取為10；-負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)系數(shù)，參考技術(shù)規(guī)定推薦取為1.5；根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)，負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)系數(shù)一般為13，由于頻率調(diào)節(jié)系數(shù)大的負(fù)荷從系統(tǒng)吸收的

4、有功功率減少得更快，因此考慮比較嚴(yán)重的情況，即認(rèn)為廣州石化剛性負(fù)荷較多，頻率調(diào)節(jié)系數(shù)偏小，取1.5（或2）。由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程得頻率變化率值為：根據(jù)廣州石化低頻減負(fù)荷方案，低頻減負(fù)荷第一輪啟動(dòng)頻率為47.7Hz，對應(yīng)缺額有功功率應(yīng)為7%，具體推導(dǎo)如下（均采用標(biāo)么值計(jì)算）：當(dāng)有功缺額為7%時(shí)，則=1.07，=-0.07， 從此式可以看出，當(dāng)t越來越大時(shí)，f越來越趨向于-2.28013（e指數(shù)函數(shù)特點(diǎn)決定了此時(shí)f已穩(wěn)定），即此時(shí)f=50+f=47.72Hz，系統(tǒng)懸浮在47.7Hz，因此47.7Hz對應(yīng)缺額有功功率應(yīng)為7%。當(dāng)有功功率缺額略大于7%時(shí)，47.7Hz的第一輪動(dòng)作，根據(jù)技術(shù)規(guī)定推薦，以

5、最大過切不超過4%，則此時(shí)第一輪應(yīng)切11%負(fù)荷，切了11%負(fù)荷后，系統(tǒng)此時(shí)能忍受缺額為11%+7%=18%，頻率此時(shí)能懸浮在47.7Hz,即對于系統(tǒng)來說，如果我廠設(shè)置了第一輪動(dòng)作頻率為47.7Hz，切除負(fù)荷為11%的話，則系統(tǒng)在缺額小于18%大于7%時(shí)，通過第一輪低頻減負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作，仍能穩(wěn)定維持在47.7Hz附近。當(dāng)=-18%時(shí)，在系統(tǒng)頻率下降到47.7Hz后，第一輪低頻減負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)0.5S起動(dòng)斷路器，考慮斷路器的動(dòng)作時(shí)間0.1S，因此總共需經(jīng)過0.6S才能動(dòng)作切除負(fù)荷，使得系統(tǒng)頻率恢復(fù)。以下討論均按斷路器動(dòng)作時(shí)間0.1S考慮。在系統(tǒng)頻率下降到47.7Hz后的0.6S間，可認(rèn)為系統(tǒng)頻率變

6、化率為恒定值，從而可求得第一輪裝置切負(fù)荷時(shí)的系統(tǒng)頻率最低值min。min=47.7+×0.6=47.7+0.1×50×（-0.18）+1+（1.5-1）×1.18 ×(50-47.7) ×0.6=47.7+0.1×-9+1.59 ×2.3 ×0.6=47.38此時(shí)第一輪切負(fù)荷前，系統(tǒng)頻率已低于第二輪動(dòng)作值，第二輪保護(hù)已起動(dòng)。第一輪切負(fù)荷后，可求得頻率變化率如下：可見，由于動(dòng)作時(shí)間較長，在18%缺額的情況下，在0.6S后，盡管已切開第一輪負(fù)荷，且頻率變化率已為正數(shù)，頻率已往上走，但由于頻率已低于47.5Hz

7、，往上走到47.5Hz時(shí)，需時(shí)（47.5-47.38）÷0.065=1.8S，第二輪已經(jīng)動(dòng)作了，因此在如此定值下，系統(tǒng)第一輪無法滿足18%的缺額。經(jīng)上述同樣計(jì)算，在14%缺額之下，第一輪動(dòng)作后系統(tǒng)頻率最低只去到47.5Hz左右。因此在缺額14%到18%之間可能存在第二輪誤動(dòng)的可能性。 第二輪分析如此時(shí)系統(tǒng)缺額大于18%時(shí)，則會(huì)進(jìn)入第二輪動(dòng)作界限，仍按照最大過切不超過4%來算，亦應(yīng)切除11%的負(fù)荷，系統(tǒng)此時(shí)能忍受缺額為11%+11%+7%=29%，頻率此時(shí)能懸浮在47.7Hz,即對于系統(tǒng)來說，在正常運(yùn)行時(shí)，如果系統(tǒng)缺額出現(xiàn)29%時(shí)，第二輪切除11%的負(fù)荷的話，仍能穩(wěn)定維持在47.7Hz

8、附近。具體計(jì)算如下：與上述計(jì)算過程類似，在=-29%時(shí)，第一輪保護(hù)動(dòng)作前，最低頻率已下降到fmin=47.06Hz，頻率變化率為df/dt=-1.07(Hz/s)，此時(shí)第二輪也已起動(dòng)，其已起動(dòng)時(shí)間為（47.5-47.06）/1.07=0.41S，還剩0.6-0.41=0.19S起動(dòng)第二輪，第一輪保護(hù)動(dòng)作切負(fù)荷后，頻率變化率為df/dt=-0.39(Hz/s)，因此第二輪動(dòng)作時(shí)，頻率已下降到（47.06-0.39*0.19）=46.99Hz，第二輪動(dòng)作后，頻率變化率為df/dt=+0.13(Hz/s)，頻率已開始恢復(fù)。其中第二輪動(dòng)作時(shí)，由于f=46.99Hz，介于第三輪動(dòng)作邊緣。 第三輪分析一樣

9、道理，第三輪亦應(yīng)切除11%的負(fù)荷，系統(tǒng)此時(shí)能忍受缺額為40%.具體計(jì)算如下：在=-40%時(shí)，第一輪保護(hù)動(dòng)作前，最低頻率已下降到fmin=46.73Hz，頻率變化率為df/dt=-1.61(Hz/s)，此時(shí)第二輪、第三輪也已起動(dòng)，第二輪已起動(dòng)時(shí)間為（47.5-46.73）/1.61=0.48S，還剩0.6-0.48=0.12S起動(dòng)第二輪，第三輪已起動(dòng)時(shí)間為（47-46.73）/1.61=0.18S，還剩0.6-0.18=0.42S起動(dòng)第三輪，第一輪保護(hù)動(dòng)作切負(fù)荷后，頻率變化率為df/dt=-0.83(Hz/s)，因此第二輪動(dòng)作時(shí)，頻率已下降到（46.73-0.83*0.12）=46.63Hz，第

10、二輪動(dòng)作后，第三輪已動(dòng)作了0.18+0.12=0.3S，頻率變化率為df/dt=-0.31(Hz/s)，到第三輪動(dòng)作時(shí)，最低頻率已下降到fmin=46.54Hz，第三輪切負(fù)荷后，頻率變化率為df/dt=+0.1957(Hz/s)，頻率已開始恢復(fù)。動(dòng)作曲線示意圖如下： 過程分析綜合上述計(jì)算，對于廣州石化而言，如果希望維持系統(tǒng)頻率在47.7以上運(yùn)行，則每一輪切除的負(fù)荷應(yīng)為總負(fù)荷的11%。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)有功功率缺額時(shí)，動(dòng)作過程可描述如下：1、當(dāng)缺額小于7%時(shí)，系統(tǒng)懸浮在47.7Hz附近，保護(hù)不動(dòng)作。2、當(dāng)缺額大于7%而小于18%時(shí)，第一輪動(dòng)作，切除11%的負(fù)荷，然后系統(tǒng)懸浮在47.7Hz附近，第二輪保護(hù)

11、不動(dòng)作。但由于第一輪動(dòng)作時(shí)間過于延長，使得系統(tǒng)缺額在14%到18%時(shí)，頻率往下探的陡度較大，第二輪有動(dòng)作的可能，因此第一輪的保護(hù)范圍只能有14%。3、當(dāng)缺額大于18%而小于29%時(shí)，第一輪、第二輪動(dòng)作，切除22%的負(fù)荷，然后系統(tǒng)懸浮在46.99Hz附近，處于第三輪保護(hù)邊界。4、當(dāng)缺額大于29%而小于40%時(shí)，第一輪、第二輪、第三輪動(dòng)作，切除33%的負(fù)荷，然后系統(tǒng)懸浮在47.7Hz附近。5、當(dāng)缺額大于40%時(shí)，第一輪、第二輪、第三輪動(dòng)作，切除33%的負(fù)荷，系統(tǒng)頻率仍然下降，直至系統(tǒng)崩潰。上述結(jié)論是以設(shè)定好的頻率值及動(dòng)作時(shí)間來分析廣州石化低頻減負(fù)荷方案，其中設(shè)定的切除負(fù)荷百分?jǐn)?shù)，是根據(jù)傳統(tǒng)的逐次逼

12、近原理制定的方案，其實(shí)根據(jù)廣州石化實(shí)際運(yùn)行情況，可以制定第二種切除負(fù)荷百分?jǐn)?shù)的方案。2.2 切除負(fù)荷數(shù)分析對于石化企業(yè)來說, 考慮到石化企業(yè)實(shí)際運(yùn)行需要，當(dāng)出現(xiàn)頻率下降到一定限度，此時(shí)最重要的是保住重要設(shè)備不被拖垮, 保證重要設(shè)備的供電可靠性，因此采取一定的過切,設(shè)定的低頻減負(fù)荷有一定的過切量，來盡快恢復(fù)系統(tǒng)的頻率，如果出現(xiàn)超調(diào)，由汽輪機(jī)保護(hù)限制。對于廣州石化目前實(shí)際運(yùn)行情況，以160MW總負(fù)荷為基礎(chǔ)，每一輪設(shè)定的切除負(fù)荷百分?jǐn)?shù)如下表：廣州石化低頻減負(fù)荷表輪次切除負(fù)荷總數(shù)(MW)占總負(fù)荷百分?jǐn)?shù)(%)三輪共切除總數(shù)（%）第一輪（起動(dòng)頻率：47.7Hz 延時(shí)：0.5S）29.85 18.66 67

13、.86 第二輪（起動(dòng)頻率：47.5Hz 延時(shí)：0.5S）37.09 23.18 第三輪（起動(dòng)頻率：47Hz 延時(shí)：0.5S）41.62 26.01 可見，第一輪切除負(fù)荷百分?jǐn)?shù)為18.66%，而第一輪動(dòng)作的最低百分?jǐn)?shù)為7%，最大過切可能達(dá)到18.66%-7%=11.66%，最小過切18.66%-14%=4.66%，同理，第二輪出現(xiàn)的最大過切量為23.84%，最小過切12.84%，第三輪出現(xiàn)的最大過切量為38.85%，最小過切27.86%，出現(xiàn)的過切量應(yīng)由汽輪機(jī)保護(hù)限制。其實(shí)根據(jù)我廠石化企業(yè)運(yùn)行的特點(diǎn)，一般出現(xiàn)的負(fù)荷缺額為外線路跳開之后發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷的情況，一般來說可能出現(xiàn)的負(fù)荷缺額為12MW、25

14、MW、50MW或100MW，因此缺額百分?jǐn)?shù)應(yīng)在上述最大最小過切量范圍內(nèi)靠近最小過切量的一端。同時(shí)隨著我廠負(fù)荷的不斷增長，總負(fù)荷數(shù)也在增加，而切除的負(fù)荷數(shù)不可能隨時(shí)能增加，因此留有一定裕度還是可以考慮的。3 結(jié)論綜上所述，在石化企業(yè)電網(wǎng)運(yùn)行中，雖然低頻減負(fù)荷的計(jì)算有國家標(biāo)準(zhǔn)DL428-91電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減負(fù)荷技術(shù)規(guī)定，也可以按照技術(shù)規(guī)定根據(jù)傳統(tǒng)的逐次逼近原理進(jìn)行相關(guān)定值的整定，但由于石化企業(yè)電網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)，要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，包括要抑制系統(tǒng)頻率下降的深度、保證重要設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行以及與外電網(wǎng)低頻定值配合等原則，進(jìn)行有針對性的整定，同時(shí)要加強(qiáng)平時(shí)對實(shí)際低頻事故的過程分析，以求得較確切的負(fù)荷調(diào)節(jié)系數(shù)，使得計(jì)算更加精確。低頻減負(fù)荷是電力三道防線的最后一道，各企業(yè)運(yùn)行整定的經(jīng)驗(yàn)也不是很足，因此我們應(yīng)加強(qiáng)對實(shí)際低頻事故的過程分析，既能求得較確切的負(fù)荷調(diào)節(jié)系數(shù)，又能累計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值對低頻定值進(jìn)行修正。參考文獻(xiàn)：1 熊小