電力系統(tǒng)低頻減載

第四節(jié)電力系統(tǒng)低頻減載

一、概述

1)事故情況下，系統(tǒng)可能產(chǎn)生嚴重的有功缺額,因而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率大幅度下降.

2)所缺功率已經(jīng)大大超過系統(tǒng)熱備用容量，只能在系統(tǒng)頻率降到某值以下，采取切

除相應(yīng)用戶的方法來減少系統(tǒng)的有功缺額，使系統(tǒng)頻率保持在事故允許的限額

之內(nèi).

3)這種方法稱為按頻率自動減負荷.中文簡拼為“ZPJH〃，英文為UFLS(Under

FrequencyLoadShedding).

二、系統(tǒng)頻率的事故限額

(1)系統(tǒng)頻率降低使廠用機械的出力大為下降，有時可能形成惡性循環(huán)，直至

頻率雪崩.

(2)系統(tǒng)頻率降低使勵磁機等的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)降低，當(dāng)勵磁電流一定時，發(fā)送的

無功功率會隨著頻率的降低而減少，可能造成系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞.

發(fā)生在局部的或某個廠的有功電源方面的事故可能演變成整個電力系統(tǒng)的災(zāi)

難.

(3)電力系統(tǒng)頻率變化對用戶的不利影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

①頻率變化將引起異步電動機轉(zhuǎn)速的變化,有這些電動機驅(qū)動的紡織、

造紙等機械產(chǎn)品的質(zhì)量將受到影響，甚至出現(xiàn)殘、次品.

②系統(tǒng)頻率降低將使電動機的轉(zhuǎn)速和功率降低,導(dǎo)致傳動機械的出力降

低.

③國防部門和工業(yè)使用的測量、限制等電子設(shè)備將由于頻率的波動而影

響準確性和工作性能，頻率過低時甚至無法工作.“電力工業(yè)技術(shù)管理

法規(guī)〃中規(guī)定的頻率偏差范圍為士0.2?±0.5Hz.

(4)汽輪機對頻率的限制,頻率下降會危及汽輪機葉片的平安.由于一般汽輪

機葉片的設(shè)計都要求其自然頻率充分躲開它的額定轉(zhuǎn)速及其倍率值.系統(tǒng)頻率下

降時有可能因機械共振造成過大的振動應(yīng)力而使葉片損傷.容量在300MW以上的大

型汽輪發(fā)電機組對頻率的變化尤為敏感.例如我國進口的某350MW機組,頻率為

48.5Hz時，要求發(fā)瞬時信號,頻率為47.5Hz時要求30s跳閘，頻率為47Hz時,要求

0s跳閘.進口的某6000機組，當(dāng)頻率降至47.5Hz時，要求9s跳閘.

(5)頻率升高對大機組的影響.電力系統(tǒng)因故障被解列成幾個局部時，有的區(qū)

域因有功嚴重缺額而造成頻率下降，但有的區(qū)域卻因有功過剩而造成頻率升高,從

而危及大機組的平安運行.例如美國1978年的一個電網(wǎng)解列，其中1個區(qū)域頻率

升高,六個電廠中的14臺大機組跳閘.我國進匚某600MW機組，當(dāng)頻率升至52Hz

時，要求小于O3s跳閘.

(6)頻率對核能電廠的影響.核能電廠的反響堆冷卻介質(zhì)泵對供電頻率有嚴

格要求，如果不能滿足,這些泵將自動斷開,使反響堆停止運行.

綜上所述，運行規(guī)程要求電力系統(tǒng)的頻率不能長時期的運行在49.5?49Hz以

下；事故情況下不能較長時間的停留在47Hz以下,瞬時值那么不能低于45Hz.

所以在電力系統(tǒng)發(fā)生有功功率缺額的事故時，必須迅速斷開相應(yīng)的用戶，使頻率

維持在運行人員可以沉著處理的水平上,然后在逐步恢復(fù)到正常值.由此可見,

按頻率自動減負荷裝置“ZPJH〃是電力系統(tǒng)一種有力的反事故舉措.

三、系統(tǒng)頻率的動態(tài)特性

電力系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額時，系統(tǒng)的穩(wěn)定頻率/必然低于額定頻率/,系統(tǒng)頻率從7

變化到了的過程就反映出電力系統(tǒng)的動態(tài)頻率特性.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,其表示式

為

f=fs+e-Tf(3-46)

式中/由功率缺額引起的另一個穩(wěn)定運

行頻率圖3-23系統(tǒng)的動態(tài)頻率特性

T/系統(tǒng)頻率變化的時間常數(shù),它與系統(tǒng)等值機組慣性常數(shù)以及負荷調(diào)

節(jié)效應(yīng)系數(shù)K有關(guān),一般在（4?10）間.大系統(tǒng)為較大，小系統(tǒng)%較小.

“輪〃：計算點八廣…?f點1：系統(tǒng)發(fā)生了大量的有功功率缺額點2：頻率下降

到力第一輪繼電器起動,經(jīng)一定時間A才1

點3：斷開一局部用戶，這就是第一次對功率缺額進行的計算.

點3-4：如果功率缺額比擬大，第一次計算不能求到系統(tǒng)有功功率缺額的數(shù)值，

那么頻率還會繼續(xù)下降,很顯然由于切除了一局部負荷,功率缺額已經(jīng)減小，所有

頻率將按3-4的曲線而不是3-3曲線繼續(xù)下降.

點4：當(dāng)頻率下降到7時,ZPJH的第二輪頻率繼電器啟動，經(jīng)一定時間A/2后點5：

又斷開了接于第二輪頻率繼電器上的用戶.

點5-6：系統(tǒng)有功功率缺額得到補償.頻率開始沿5?6曲線上升，最后穩(wěn)定在/.

8⑵

逐次逼近：進行一次次的計算，直到找到系統(tǒng)功率缺額的數(shù)值（同時也斷開了相

應(yīng)的用戶）.即系統(tǒng)頻率重新穩(wěn)定下來或出現(xiàn)上升時,這個過程才會結(jié)束.

五、最大功率缺額確實定

1）保證在系統(tǒng)發(fā)生最大可能的功率缺額時，也能斷開相應(yīng)的用戶，預(yù)防系統(tǒng)的乩

解，使頻率趨于穩(wěn)定.

2）對系統(tǒng)中可能發(fā)生的最大功率缺額應(yīng)作具體分析：有的按系統(tǒng)中斷開最大容

量的機組來考慮；有的要按斷開發(fā)電廠高壓母線來考慮等.如果系統(tǒng)有可能解列

成幾局部運行時,還必須考慮解列后各局部可能發(fā)生的最大功率缺額,這時整個

系統(tǒng)的最大功率缺額應(yīng)按各局部最大功率缺額之和來考慮.,所以這是一項要從

系統(tǒng)調(diào)度角度進行協(xié)調(diào)的任務(wù).

4）系統(tǒng)功率最大缺額確定以后，就可以考慮接丁減負荷裝置上的負荷的總數(shù).

要求恢復(fù)頻率/可以低于額定頻率.

5）考慮到負荷調(diào)節(jié)效應(yīng),接于減負荷裝置上的負荷總功率°可以比最大功率缺

額尸小些.根據(jù)負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)公式

K二年*f

L-（f-fe）/fISi國%

可以得到

P&二K二KAf

p-pffUhf

或P—扇物?礦

t3-

式中AT——恢復(fù)頻率偏差的相對值,并Q曉:…

Px減負荷前系統(tǒng)用戶的總功率.

式（3-47）中所有功率都是額定頻率下的數(shù)值.

例3-3某系統(tǒng)的用戶總功率為12800MW,系統(tǒng)最大的功率缺額Pfhe:二

900MW,負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)犬=2,自動減負荷動作后，希望恢復(fù)頻率值r=

/?Jhf

48Hz,求接入減負荷裝置的負荷總

功率pO

JH

解減負荷動作后，殘留的頻

率偏差相對值

Ar50-48

A/=---------=0.04

外50

由式(3-47)

900—2X0.04X2800:734MW

1-2x0.04

六、各輪動作功率的選擇

1）第一級動作頻率

一般第一級動作頻率選擇要高一些,減負荷限制裝置的效果就好一些.但是又可

能在系統(tǒng)備用容量還未來得及發(fā)揮作用，而使頻率暫時下降時,不必要地斷開部

分用戶.一般的一級啟動頻率整定在49Hz.

2）最后一輪的動作頻率

對高溫高壓火電廠,在頻率低于46-46.5Hz時，廠用電已不能正常工作.在頻率

低于45Hz時，電壓可能大量降低,嚴重時,可能便電力網(wǎng)瓦解.因止匕自動減負荷

裝置最后一輪的動作頻率最好不低于46?46.5Hz；當(dāng)然對于備用容量充裕的火

電系統(tǒng)和以水電為主的系統(tǒng)，如果必要，也允許稍低一些，但不應(yīng)低于45Hz.3）前

后兩級動作的頻率間隔

前后兩級動作的時間間隔是受頻率測量元件的動作誤差和開關(guān)固有跳閘時

間限制的.最嚴重的情況是前一級測量元件具有負誤差、后一級具有正誤差,相

應(yīng)的頻率誤差為

△f=2Af.+Aft+竺

（3-48）

式中A/——頻率元件的最大誤差；,

A乙一一對應(yīng)于A,時間內(nèi)的頻率變化，一般可取0.15Hz；

A/——兩級間留有的頻率裕度值,一般可取0.05Hz.

采用級數(shù)不多的低頻減負荷限制舉措,有時可能減負荷過多，使頻率上升過

高,有時又可能減負荷缺乏,造成頻率下降過低.為此，可采用增加級數(shù)的和縮

小各級之間級差的方法來解決.

七、各輪最正確斷開功率的計

算

1）系統(tǒng)頻率的最后穩(wěn)定值在最大恢復(fù)頻率,與最小恢復(fù)頻率/之間

2）（,一,）是正比于ZPJH第/次的計算誤差的

3）當(dāng)ZPJH動作后,可能出現(xiàn)的最大誤差為最小時,ZPJH就具有最高的選擇性.

4）力f.min爭頭上寺于將冰牛匕的切作狽舉fd以“

5）一般情況下，各輪的f是不同的，而ZPJH的最終計算誤差那么應(yīng)按其

中

lif-max-/

最大的計算.根據(jù)極值原理,顯而易見,要他PJH裝置的誤差為最小的條件

是：

/7fmaXl=/max-2==hfhvaxn=hfO（3-49）

⑴谷施欣及步貝舉的取天但叫芍虐如卜：當(dāng)系統(tǒng)步貝舉緩慢卜降，開止好棉）￡仕碩

第i輪繼電器的動作頻率向時,第i輪繼電器動作,并斷開了相應(yīng)的用戶功率

AP,于是頻率上升到這一輪的最大恢復(fù)頻率了

Itf-llkiX-J

特性士表示第i輪動作前的系

統(tǒng)負荷調(diào)節(jié)特性；

特性b：表示第i輪動作后的系

統(tǒng)負荷調(diào)節(jié)特性.

圖3-26第i輪動作后系統(tǒng)頻率穩(wěn)定值與功率平衡的關(guān)系

按上述假定，第i輪動作前頻率正好穩(wěn)定在L「圖中表示此時負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的補

償功率為AR.,根據(jù)負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)公式,有

AP

一忑J二1fu，

P-2^p

k=\

式中2AP——ZPJH裝置前\1輪斷開的總負荷功率.A

bl

為了簡化起見,把所有功率都以ZPJH裝置動作前的系統(tǒng)總負荷勺的百分值

來表示.那么

100—

[L9dzie

如果此時輪到第i輪動作了，頻率就會上升到6負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的補償功率

A凡“0%相應(yīng)為

AP%=q00-2AP%]/fA(/

bfltOI匕一L'hfOe

由于APh,%=APMI/OP/Q

所以(『

inn.2AP%

(3-50)

利用式(3-49)將各輪斷開功率整理如表3-1

ZPJH裝置各輪斷開功率之和aPk%應(yīng)等于ZPJH裝置總的減負荷功率"1

P./”％,由式(3-47)可得,ZPJH裝置總得減負荷功率用系統(tǒng)全部負荷得的百％

分值表示時?,為

P%==ZAP%(3.51)

出

-K*/??，―?

動作頻

輪次

率

Kf\f人

1AP%=L泉麗d:\

1f-Ky■力,/、

2AP%：2=(100-AP%)

'f-K(f-f_2

qeyul

3TOU-￡AP%'K'f-f人-i.j

*=i'J——-K??J)

?7)、

AP%=",100-2AP%,「累〃|O&i

'XIJ，

表3-1各輪斷開功率

聯(lián)立表3-L諸式及式(3-51)可解出/,然后在按表3-L逐輪求出應(yīng)斷開的功率.

由于滿足條件式(3-49),故ZPJH裝置的選擇性最高各輪斷開功率的地點，應(yīng)經(jīng)

系統(tǒng)協(xié)調(diào)后統(tǒng)一安排.

圖3-27是用圖解法求/的例子，對

應(yīng)于K=2選擇性級差為0.5Hz,ZPJH裝

置共七輪,各輪的動作頻率在48?45Hz間

均勻分布的情況.圖中曲線I是由表3-L

在假定不同的一下求得的￡A.%；曲線

II是在不同的缺額

圖3-27求/的圖解法k=P

功率叱尉時，根據(jù)式(3-51)畫出的.

曲線I和曲線II交點的橫坐標就是所求的f為保證第一輪繼電器的動作，應(yīng)

有f>f,所以只有在々的〉43%的系統(tǒng)(K=2)里,用0.5Hz級差時，采用七輪才是必要

的.當(dāng)系統(tǒng)最大功率缺額小于43%時,可以將ZPJH裝置的輪數(shù)減少到六輪或者五

輪；或設(shè)法減少級差頻率，增多動作輪數(shù),這對提升整個系統(tǒng)動作選擇性是有利的.

八、特殊輪的功用與斷開功率的選擇

1)第，?輪動作后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在低于恢復(fù)頻率的低限〃如，但乂缺乏使,?+1輪減

負荷裝置動作

2)特殊輪的動作頻率后，

3)它是在系統(tǒng)頻率已比擬穩(wěn)定時動作的，因此其動作時限可以取系統(tǒng)頻率時間

常數(shù)T的2?3倍,一股為15?25s

Tf

4)特殊輪斷開功率可按以下兩個極限條件來選擇：

(1)當(dāng)最后第二輪即n-1輪動作后，系統(tǒng)頻率不上升反而降到最后一輪，

即第n輪動作頻率/附近,但又缺乏使第n輪動作時,那么在特殊輪動作斷開其所

接用戶功率后，系統(tǒng)頻率應(yīng)恢復(fù)到的際以上,因此特殊輪應(yīng)斷的用戶功率為

(八—T.\科

AP%>1100—VAP%I-/--------、皿一/一、—

次Ik以卜)f—Kf—f)

eLehf-min

(3-52)

⑵當(dāng)系