電力變壓器的運(yùn)行

NorthChinaElectricPowerUniversity1/372024/2/19主要內(nèi)容電力系統(tǒng)典型事故自動(dòng)低頻減載頻率的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)特性自動(dòng)低頻減載的工作原理最大功率缺額/動(dòng)作順序/頻率級(jí)差選擇每段切功率的限制/延時(shí)與防止誤動(dòng)作特殊輪自動(dòng)低頻減載裝置其他安全自動(dòng)控制裝置自動(dòng)解列裝置水輪機(jī)低頻自啟動(dòng)裝置自動(dòng)切機(jī)與電氣制動(dòng)NorthChinaElectricPowerUniversity2/372024/2/19電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置NorthChinaElectricPowerUniversity3/372024/2/19電力系統(tǒng)典型事故電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置就是針對(duì)危及系統(tǒng)安全運(yùn)行的故障所采用的自動(dòng)化對(duì)策，他們的任務(wù)就是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生某些故障時(shí)，按照預(yù)定的控制準(zhǔn)則迅速作出反應(yīng)，采取必要的措施以避免事故擴(kuò)大。事故1：A電廠發(fā)生故障而切機(jī)，B系統(tǒng)突然減少了功率。如果運(yùn)行機(jī)組備用容量遠(yuǎn)小于，則會(huì)造成電網(wǎng)功率的嚴(yán)重缺額，頻率會(huì)大幅度下降。此時(shí)如果不及時(shí)切負(fù)荷，則會(huì)危及系統(tǒng)安全，甚至整個(gè)系統(tǒng)崩潰。NorthChinaElectricPowerUniversity4/372024/2/19電力系統(tǒng)典型事故事故2：在雙回線路上輸送的功率很大，當(dāng)有一回線三相短路而被切除，超出了一回線路運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定極限。如果不迅速減少輸送功率，則可能由于系統(tǒng)穩(wěn)定破壞而解列。造成受端更為嚴(yán)重的功率缺額。事故處理：1、對(duì)于事故1，B系統(tǒng)迅速切除負(fù)荷2、對(duì)于事故2，A電廠迅速減少輸送功率NorthChinaElectricPowerUniversity5/372024/2/19電力系統(tǒng)典型事故存在問題：如果由調(diào)度人員在很短的時(shí)間內(nèi)正確判斷事故并且完成相應(yīng)的上述操作，顯然是不可能的。原因是遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸和操作命令的傳達(dá)都需要一定的時(shí)間，如此長(zhǎng)的時(shí)間勢(shì)必會(huì)失去及時(shí)處理事故的良機(jī)。解決辦法：針對(duì)引發(fā)系統(tǒng)性事故的緊急操作任務(wù)必須依靠自動(dòng)控制系統(tǒng)裝置來完成。0.0010.010.11101001000Sec.電磁暫態(tài)ElectromagneticSwitchingTransient暫態(tài)穩(wěn)定Transientstability（angleandvoltage）系統(tǒng)運(yùn)行Powersystemoperation小擾動(dòng)穩(wěn)定Smallsignalstability長(zhǎng)期電壓穩(wěn)定Longtermvoltagestability繼電保護(hù)范圍自動(dòng)裝置范圍自動(dòng)化系統(tǒng)范圍人員操作范圍NorthChinaElectricPowerUniversity6/372024/2/19第二節(jié)自動(dòng)低頻減載電力系統(tǒng)的頻率反映了發(fā)電機(jī)組所發(fā)出的有功功率與負(fù)荷所需有功功率之間的平衡狀況。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生了較大的事故時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的功率缺額，其缺額值超出了正常熱備用可以調(diào)節(jié)的能力，這時(shí)即使令全系統(tǒng)中運(yùn)行的所有發(fā)電機(jī)都發(fā)出其設(shè)備可能提供的最大功率，仍然不能滿足負(fù)荷功率的需要，所引發(fā)的系統(tǒng)頻率下降值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了系統(tǒng)安全運(yùn)行所允許的范圍。為了保證電網(wǎng)安全和對(duì)重要用戶的供電，必須采取措施，切除部分負(fù)荷，以使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到可以安全運(yùn)行的水平內(nèi)。NorthChinaElectricPowerUniversity7/372024/2/19頻率降低對(duì)電力系統(tǒng)的影響系統(tǒng)頻率降低較大時(shí)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行極為不利，甚至?xí)斐上到y(tǒng)崩潰的嚴(yán)重后果。1、對(duì)汽輪機(jī)的影響：頻率降低會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)的葉片產(chǎn)生裂紋，甚至葉片斷裂。2、發(fā)生頻率崩潰現(xiàn)象3、發(fā)生電壓崩潰現(xiàn)象頻率降低火電廠廠用機(jī)械出力降低鍋爐出力降低發(fā)電廠出力降低頻率降低勵(lì)磁機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降電動(dòng)勢(shì)下降加劇無功不足電壓水平下降NorthChinaElectricPowerUniversity8/372024/2/191、電力系統(tǒng)頻率的靜態(tài)特性在電力系統(tǒng)出現(xiàn)較大的功率缺額時(shí)，如能在較低的頻率維持運(yùn)行，主要是依靠負(fù)荷頻率特性的調(diào)節(jié)作用。當(dāng)頻率降低時(shí)，負(fù)荷按照自身的頻率特性自動(dòng)地減少了從系統(tǒng)中所吸收的功率，使之與發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率盡可能的保持平衡。此時(shí)，系統(tǒng)所減少的功率就是系統(tǒng)的功率缺額。系統(tǒng)功率缺額負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)特性系統(tǒng)功率缺額NorthChinaElectricPowerUniversity9/372024/2/192、電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下全電網(wǎng)統(tǒng)一的角頻率當(dāng)系統(tǒng)受到微小擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)頻率仍然維持，發(fā)生變化，也發(fā)生變化。此時(shí)，母線電壓的瞬時(shí)角頻率為由于在擾動(dòng)過程中，各母線電壓的相角不可能具有相同的變化率，因此，系統(tǒng)中各母線電壓頻率變化并一致。取決于的變化情況。NorthChinaElectricPowerUniversity10/372024/2/192、電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額時(shí)，系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能都為支持電網(wǎng)的能耗而做出貢獻(xiàn)。頻率隨時(shí)間變化的過程主要取決于有功功率缺額大小和系統(tǒng)中所有轉(zhuǎn)動(dòng)部分的機(jī)械慣性，包括：汽輪機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)的機(jī)械設(shè)備。電力系統(tǒng)由于有功功率的平衡遭到破壞，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(gè)穩(wěn)定值所經(jīng)歷的時(shí)間過程——電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)過程。用來表示電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)特性。NorthChinaElectricPowerUniversity11/372024/2/192、電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性研究電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)過程（1）以單機(jī)單負(fù)荷為例：系統(tǒng)出現(xiàn)有功缺額時(shí)，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)子動(dòng)能考慮到機(jī)械角速度變化不太快NorthChinaElectricPowerUniversity12/372024/2/192、電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性（2）全網(wǎng)多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行：考慮忽略各節(jié)點(diǎn)頻率偏差的差異，把全系統(tǒng)的所有機(jī)組看作一臺(tái)等值機(jī)。電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)機(jī)械負(fù)荷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量遠(yuǎn)小于發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可以忽略，這樣并不會(huì)影響計(jì)算結(jié)果。等值機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)轉(zhuǎn)換為以負(fù)荷在額定頻率時(shí)的總功率為基準(zhǔn)功率NorthChinaElectricPowerUniversity13/372024/2/192、電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額或者功率過剩時(shí)，系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性可用指數(shù)曲線來描述。在事故初期，頻率下降的速度與功率缺額成正比NorthChinaElectricPowerUniversity14/372024/2/192、電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)有功率缺額ΔPh，當(dāng)頻率下降至f1

，切除負(fù)荷結(jié)論：如果能夠及時(shí)切除負(fù)荷功率，就可以延緩系統(tǒng)頻率下降過程。cdNorthChinaElectricPowerUniversity15/372024/2/193、自動(dòng)低頻減載的工作原理當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的功率缺額時(shí)，低頻減載裝置的任務(wù)就是迅速斷開相應(yīng)數(shù)量的用戶負(fù)荷，使系統(tǒng)頻率在不低于某一允許值的情況下，達(dá)到有功功率平衡，以確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。這是防止電力系統(tǒng)發(fā)生頻率崩潰的系統(tǒng)性的保護(hù)裝置。1、最大功率缺額的確定2、自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作順序3、頻率級(jí)差的選擇4、每段切除功率的限制5、自動(dòng)減載裝置的延時(shí)與防止誤動(dòng)作6、特殊輪NorthChinaElectricPowerUniversity16/372024/2/19（1）最大功率缺額的確定考慮即使在系統(tǒng)發(fā)生最嚴(yán)重的事故情況下，也就是出現(xiàn)最大可能的功率缺額時(shí)，接至自動(dòng)低頻減載裝置的用戶功率量（待切除的負(fù)荷）也能使系統(tǒng)頻率恢復(fù)至可以運(yùn)行的水平，以避免事故擴(kuò)大。確定系統(tǒng)事故情況下最大的可能功率缺額，以及接入自動(dòng)低頻減載裝置的功率值，是系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保證。一般應(yīng)該根據(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)生的最大功率缺額來考慮。例如：按系統(tǒng)中斷開最大機(jī)組，或者某一電廠來考慮。一般希望系統(tǒng)切除負(fù)荷后的恢復(fù)頻率要小于系統(tǒng)額定頻率自動(dòng)低頻減載裝置的最大可能斷開的功率要小于最大功率缺額NorthChinaElectricPowerUniversity17/372024/2/19（1）最大功率缺額的確定根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷、系統(tǒng)恢復(fù)頻率以及最大功率缺額，可以計(jì)算出接到自動(dòng)低頻減載裝置的功率總數(shù)。NorthChinaElectricPowerUniversity18/372024/2/19（2）自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作順序系統(tǒng)運(yùn)行方式有很多種，事故的嚴(yán)重程度也很大差別，而對(duì)于自動(dòng)低頻減載裝置都必須做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，切除相應(yīng)數(shù)量的負(fù)荷。解決的辦法——只有分批斷開負(fù)荷功率，采用逐步修正的辦法，才能取得較為滿意的結(jié)果。盡管頻率動(dòng)態(tài)方程表明頻率下降速率載有有功缺額的信息，但在實(shí)際應(yīng)用中，按頻率降低值來切除負(fù)荷，即按頻率自動(dòng)減載。自動(dòng)低頻減載裝置是在電力系統(tǒng)發(fā)生事故后系統(tǒng)頻率下降時(shí)，按照頻率的不同數(shù)值按順序依次切除負(fù)荷，也就是將最大開斷功率分配在不同啟動(dòng)頻率值的區(qū)段內(nèi)分批切除負(fù)荷。為了確定自動(dòng)低頻減載裝置的級(jí)數(shù)，應(yīng)該確定第一級(jí)啟動(dòng)頻率和最末一級(jí)啟動(dòng)頻率的數(shù)值。NorthChinaElectricPowerUniversity19/372024/2/19c（2）自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作順序1、第一級(jí)啟動(dòng)頻率在事故初期及早切除負(fù)荷功率，對(duì)于延緩頻率下降過程有利。第一級(jí)啟動(dòng)頻率選擇高值，在48.5Hz-49Hz之間。2、最末一級(jí)啟動(dòng)頻率在電力系統(tǒng)中允許最低頻率受到“頻率崩潰”和“電壓崩潰”的限制，一般取46Hz-46.5Hz之間。3、頻率級(jí)差n級(jí)數(shù)越大，每級(jí)開斷的功率越少，適應(yīng)性越好。NorthChinaElectricPowerUniversity20/372024/2/19（3）頻率級(jí)差的選擇對(duì)于頻率級(jí)差的選擇有兩種原則，原則之一如下：（1）按照選擇性確定頻率級(jí)差強(qiáng)調(diào)各級(jí)元件動(dòng)作次序，要求在前一級(jí)動(dòng)作后還不能制止頻率下降的情況下，后一級(jí)才能動(dòng)作。頻率測(cè)量元件的最大誤差頻率對(duì)應(yīng)于時(shí)間內(nèi)頻率的變化頻率裕度頻率級(jí)差的主要決定因素NorthChinaElectricPowerUniversity21/372024/2/19（3）頻率級(jí)差的選擇（2）級(jí)差不強(qiáng)調(diào)選擇性對(duì)于頻率級(jí)差的選擇有兩種原則，原則之二如下：自動(dòng)低頻減載遵循逐步試探求解的原則，分級(jí)切除少量負(fù)荷，以求達(dá)到較佳的控制效果。為達(dá)到以上目標(biāo)，要求減少級(jí)差，增加總的頻率動(dòng)作級(jí)數(shù)n，同時(shí)，相應(yīng)地減少每段的切除功率，這樣，即使兩輪無選擇性啟動(dòng)，系統(tǒng)恢復(fù)頻率也不會(huì)過高。在電力系統(tǒng)中，自動(dòng)低頻減載裝置是分散設(shè)置在各個(gè)地區(qū)變電站內(nèi)。系統(tǒng)頻率在下降動(dòng)態(tài)過程中，各個(gè)母線上的頻率并不一致。因此，分散在各地的同一級(jí)的低頻減載裝置實(shí)際上也不會(huì)同時(shí)啟動(dòng)。如果增加級(jí)數(shù)，減少各級(jí)切除的功率，級(jí)差的選擇性問題也就不會(huì)很突出。NorthChinaElectricPowerUniversity22/372024/2/19（4）每段切功率的限制在同一事故情況下，切除負(fù)荷越多，系統(tǒng)恢復(fù)頻率就越高，因此，每級(jí)切除負(fù)荷的功率受到恢復(fù)頻率的限制。切除功率的限值計(jì)算——按照“第i-1級(jí)動(dòng)作切除負(fù)荷后，系統(tǒng)的穩(wěn)定頻率正好在第i級(jí)的啟動(dòng)頻率上”來考慮。（1）系統(tǒng)缺額功率系統(tǒng)缺額由負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)來補(bǔ)償NorthChinaElectricPowerUniversity23/372024/2/19（4）每段切功率的限制（2）當(dāng)?shù)趇級(jí)切除負(fù)荷后，系統(tǒng)，這時(shí)系統(tǒng)功率缺額由負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)來補(bǔ)償。（3）每級(jí)切除的負(fù)荷功率值NorthChinaElectricPowerUniversity24/372024/2/19（5）自動(dòng)減載裝置的延時(shí)與防止誤動(dòng)作系統(tǒng)發(fā)生事故電壓急劇下降頻率繼電器可能會(huì)誤動(dòng)作增加一個(gè)時(shí)限自動(dòng)低頻減載裝置采用一個(gè)0.1-0.2s的延時(shí)地區(qū)變電站短時(shí)供電中斷旋轉(zhuǎn)機(jī)組反饋輸送功率電壓維持、頻率急劇下降在容量不大系統(tǒng)出現(xiàn)沖擊負(fù)荷系統(tǒng)頻率瞬時(shí)下降低頻減載裝置誤動(dòng)作附加其他信號(hào)閉鎖NorthChinaElectricPowerUniversity25/372024/2/19（6）特殊輪自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置分為兩組：基本輪和特殊輪?；据啚榭焖賱?dòng)作，用以抑制頻率下降。特殊輪則為在基本輪動(dòng)作后，用以恢復(fù)系統(tǒng)頻率到可以操作的較高數(shù)值。事例：在第i輪動(dòng)作后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在低于恢復(fù)頻率的低限，但是又不足以使i+1輪減負(fù)荷裝置動(dòng)作。帶時(shí)限的特殊輪動(dòng)作切除負(fù)荷啟動(dòng)頻率不低于前面基本輪的啟動(dòng)頻率動(dòng)作時(shí)限為系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)的2-3倍，最小動(dòng)作時(shí)間為10-20sNorthChinaElectricPowerUniversity26/372024/2/194、自動(dòng)低頻減載裝置低頻繼電器延時(shí)元件跳閘執(zhí)行回路NorthChinaElectricPowerUniversity27/372024/2/194、自動(dòng)低頻減載裝置51Hz49.5HzNorthChinaElectricPowerUniversity28/372024/2/194、自動(dòng)低頻減載裝置NorthChinaElectricPowerUniversity29/372024/2/19第三節(jié)其他安全自動(dòng)控制裝置1、發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)解列當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的功率缺額時(shí)，會(huì)引起系統(tǒng)頻率大幅度降低。這樣會(huì)導(dǎo)致發(fā)電廠廠用電動(dòng)機(jī)出力下降，威脅電廠電能的生產(chǎn)。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，發(fā)電廠廠用系統(tǒng)如果具備獨(dú)立供電的條件。在以上這種情況下，可以考慮廠用系統(tǒng)與電力系統(tǒng)解列運(yùn)行。NorthChinaElectricPowerUniversity30/372024/2/191、自動(dòng)解列裝置2、電力系統(tǒng)解列在聯(lián)合電力系統(tǒng)運(yùn)行中，B系統(tǒng)發(fā)生故障引起了整個(gè)系統(tǒng)頻率的下降。A系統(tǒng)具有足夠的旋轉(zhuǎn)備用容量，但是由于受到輸電線路的極限輸送功率的限制不能發(fā)揮支援作用。此時(shí)，如果頻率繼續(xù)下降，也會(huì)威脅到A系統(tǒng)的安全運(yùn)行。為了控制事故范圍，不至于波及到鄰近系統(tǒng)，將兩個(gè)系統(tǒng)解列是比較明智的選擇。NorthChinaElectricPowerUniversity31/372024/2/191、自動(dòng)解列裝置B系統(tǒng)發(fā)生故障系統(tǒng)頻率降低輸電線功率增加