电力系统自动低频减载

第四节电力系统低频减载一、概述1）事故情况下，系统可能产生严重的有功缺额，因而导致系统频率大幅度下降。

2）所缺功率已经大大超过系统热备用容量，只能在系统频率降到某值以下，采取切除相应用户的办法来减少系统的有功缺额，使系统频率保持在事故允许的限额之内。

3）这种办法称为按频率自动减负荷。

中文简拼为“ZPJH”，英文为UFLS（Under Frequency Load Shedding）。

二、系统频率的事故限额（1）系统频率降低使厂用机械的出力大为下降，有时可能形成恶性循环，直至频率雪崩。

（2）系统频率降低使励磁机等的转速也相应降低，当励磁电流一定时，发送的无功功率会随着频率的降低而减少，可能造成系统稳定的破坏。

发生在局部的或某个厂的有功电源方面的事故可能演变成整个电力系统的灾难。

（3）电力系统频率变化对用户的不利影响主要表现在以下几个方面：①频率变化将引起异步电动机转速的变化，有这些电动机驱动的纺织、造纸等机械产品的质量将受到影响，甚至出现残、次品。

②系统频率降低将使电动机的转速和功率降低，导致传动机械的出力降低。

③国防部门和工业使用的测量、控制等电子设备将因为频率的波动而影响准确性和工作性能，频率过低时甚至无法工作。

“电力工业技术管理法规”中规定的频率偏差范围为±0.2~±0.5Hz。

（4）汽轮机对频率的限制。

频率下降会危及汽轮机叶片的安全。

因为一般汽轮机叶片的设计都要求其自然频率充分躲开它的额定转速及其倍率值。

系统频率下降时有可能因机械共振造成过大的振动应力而使叶片损伤。

容量在300MW 以上的大型汽轮发电机组对频率的变化尤为敏感。

例如我国进口的某350MW机组，频率为48.5Hz时，要求发瞬时信号，频率为47.5Hz时要求30s跳闸，频率为47Hz时，要求0s跳闸。

进口的某600MW机组，当频率降至47.5Hz时，要求9s跳闸。

（5）频率升高对大机组的影响。

电力系统因故障被解列成几个部分时，有的区域因有功严重缺额而造成频率下降，但有的区域却因有功过剩而造成频率升高，从而危及大机组的安全运行。

电力系统自动低频减载电力系统频率及有功功率的自动调节1． 电力系统自动调频1.1电力系统频率波动的原因频率是电能质量的重要指标之一，在稳态条件下，电力系统的频率是一个全系统一致的运行参数。

系统频率的波动直接原因是发电机输入功率＆输出功率之间的不平衡，众所周知，单一电源的系统频率是同步发电机转速的函数：60np f =n ――电机的转速，r/min ； f ――电力系统的频率，HZ ； p ――电机的极对数；对于一般的火力发电机组，发电机的极对数为1，额定转速为3000 r/min ，亦即额定频率为50HZ 。

此时，系统频率又可以用同步发电机的角速度的函数来表示：π2w f =为了研究系统频率变换的规律，需要研究同步发电机的运动规律。

同步发电机组的运动方程为：dtdw JT T T e m =∆=-mT ――输入机械转距；e T ――输出电磁转距（忽略空载转距，即负荷转距）；J ――发电机组的转动惯量；dtdw ――发电机组的角加速度；由于功率和力矩之间存在转换关系（P=wT ）上式经过规格化处理和拉氏变换后，可得传递函数：w H P P S e m ∆=-2P――原动机功率（发电机的输入功率）；mP――发电机电磁功率；eH――发电机组的惯性常数；S――角速度变化量；w由此可知，当原动机功率和发电机电磁功率之间产生不平衡的时候，必然引起发电机转速的变化，即引起系统频率的变化。

在众多发电机组并联运行的电力系统中，尽管原动机功率P不是恒定不变的，但它主要m取决与本台发电机的原动机和调速器的特性，因而是相对容易控制的因素；而发电机电磁功率P的变化则不仅与本台发电机的电磁特性有关，更取决于电力系统的负荷特性，是难以控e制的因素，而这正是引起电力系统频率波动的主要原因。

1.2调频的必要性电力系统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都会产生不良的影响，所以必须保持频率在额定值50hz上下，且其偏移量不能超过一定范围。

电力系统自动低频减载装置设计设计背景随着电力系统负荷的不断增加和电力网络规模的扩大，电力系统频率异常变化的问题日益突出。

频率异常变化可能会导致发电机转子振动增大、发电机转矩波动、电力设备过热等，严重影响电力系统的正常运行和设备寿命。

因此，设计一种自动低频减载装置对于保护电力系统设备的稳定运行非常必要。

设计目标本设计的主要目标是实现对电力系统中频率异常变化的快速检测和自动减载，以保护电力系统设备免受频率异常的影响。

具体来说，设计要求如下：1.快速检测频率异常：装置能够实时监测电力系统的频率变化情况，对异常频率进行迅速判断。

2.准确判断异常变化：装置能够准确判断频率变化是否属于异常范围，避免误判和误报。

3.自动低频减载：一旦检测到频率异常变化，装置能够自动启动低频减载操作，保护设备免受影响。

4.故障自恢复：当频率恢复正常后，装置能够自动解除减载操作，确保电力系统快速恢复正常运行。

设计原理本设计主要依靠电力系统的频率检测模块和执行控制模块实现。

具体原理如下：1.频率检测：装置通过连接电力系统的频率检测装置，监测电力系统频率的变化情况。

通过对频率变化速度和幅度的检测，确定是否属于异常范围。

2.异常判断：装置内部设定异常范围并与检测到的频率变化进行对比，判断是否属于异常范围。

如果是异常变化，则进入下一步操作。

3.自动减载：装置通过控制电力系统负荷开关或关闭一部分负荷设备，实现低频减载操作。

这样可以降低电力系统负荷，使得发电机等设备不再过负荷运行，保护设备的正常运行。

4.故障恢复：当频率恢复正常后，装置自动解除低频减载操作，恢复电力系统的正常运行。

实施方案考虑到电力系统的复杂性和可靠性要求，进行实施方案设计时需要注意以下几个方面：1.模块化设计：将频率检测模块、异常判断模块、执行控制模块等划分为独立的模块，方便装置的维护和升级。

2.可靠性保障：采用双备份设计，确保装置的可靠性和稳定性。

设计备用频率检测模块和执行控制模块，确保一旦主模块故障，备用模块能够顺利接管，并及时发出警报。

第二节低频减载及低压减载一、自动低频减载的基本原理这部分我们将要介绍自动低频减载的基本原理：低频减载又称自动按频率减负载，或称低周减载（简称为AFL），是保证电力系统安全稳定的重要措施之一。

当电力系统出现严重的有功功率缺额时，通过切除一定的非重要负载来减轻有功缺额的程度，使系统的频率保持在事故允许限额之内，保证重要负载的可靠供电。

图11-7 自动低频减载（负载）的工作原理基本级的作用是根据系统频率下降的程序，依次切除不重要的负载，以便限制系统频率继续下降。

例如，当系统频率降至f1时，第一级频率测量元件启动，经延时△t1后执行元件CA1动作，切除第一级负载△P1；当系统频率降至f2时，第二级频率测量元件启动，经延时△t2后元件CA2动作，切除第二级负载△P2。

如果系统频率继续下降，则基本级的n级负载有可能全部被切除。

当基本级全部或部分动作后，若系统频率长时间停留在较低水平上，则特殊级的频率测量元件fsp启动，以延时△tsp1后切除第一级负载△Psp1；若系统频率仍不能恢复到接近于fn，则将继续切除较重要的负载，直至特殊级的全部负载切除完。

基本级第一级的整定频率一般为47.5-48.5Hz，最后一级的整定频率一般为46-46.5 Hz，相领两级的整定频率差取0.4-0.5 Hz。

当某一地区电网内的全部自动按频率减负载装置均已动作时，系统频率应恢复到48-49.5 Hz以上。

特殊级的动作频率可取47.5～48.5Hz，动作时限可取15～25s，时限级差取5s左右。

1. AFL的基本要求：能在各种运行方式和功率缺额的情况下，有效地防止系统频率下降至危险点以下。

切除的负载应尽可能少，无超调和悬停现象。

应能保证解列后的各孤立子系统也不发生频率崩溃。

变电站的馈电线路故障或变压器跳闸造成失压，负载反馈电压的频率衰减时，低频减负载装置应可靠闭锁。

电力系统发生低频振荡时，不应误动。

电力系统受谐波干扰时，不应误动。

2. 对自动低频减载闭锁方式的分析：（1）时限闭锁方式。

低频减载装置目录1电力系统低频减载装置2低频减载动作顺序3低频率的危害1电力系统低频减载装置为了提高供电质量，保证重要用户供电的可靠性，当系统中出现有功功率缺额引起频率下降时，根据频率下降的程度，自动断开一部分不重要的用户，阻止频率下降，以使频率迅速恢复到正常值，这种装置叫做自动低频减载装置。

电力系统自动低频减载装置: 过去叫低周减载，现在标准叫法为-低频减载。

是电力部门(主要为电厂)在电网频率下降超出允许范围时（如低于49HZ），切除部分非重要用户的一种技术手段英文简称: AFL2低频减载动作顺序1、第一级启动频率f1 ：这个为事故的早期，频率下降不严重，因些启动值要高些一般整定为：48.5~49Hz ,在以水电厂为主的电力系统中，因水轮机调整速度较慢，因些常取48.5Hz.。

2、末级启动频率fn ：这是电力系统能允许的最低安全频率，这时，火电厂的厂用设备已不能正常工作，低于45Hz时，很可能发生“频率崩溃”或“电压崩溃”，因此，末级启动频率以不低于46~46.5Hz为宜。

3、频率差问题：即第一级和末级启动频率的差值，在这个差值内有，频率级差=（首级频率－末级频率）除以 (级数-1). 频率级差通常为0.3~0.5Hz./ 级数在10级以内.当动作从第一启动切负荷开始后,一直切到某一级,系统频率不再下降时,就停止切负荷.3低频率的危害1、运行经验表明，汽轮机在频率低于49~49.5Hz以下长期运行，叶片容易产生裂纹，当低于45HZ时，为发生叶片共振而造成叶片断裂。

2、当频率下降到47~48HZ时，为电厂厂用电设备的出力，明显下降，会引起电厂出力减小，更加引起系统有功不足，频率进一步下降，最后导致崩溃。

3、当频率下降到45~46HZ时，系统电压水平，极不稳定，如再加之有短路等故障的情况下，会导致系统瓦解。