电力系统低频减载.pdf

1 第七章第七章 电力系统电力系统低频减载低频减载 第一节 概述 一、基本概念 a)正常电网频率的允许变化范围：正负 0.2Hz0.5Hz，（49.850.5）。b)事故异常情况下的频率：不能低于 47Hz 下长期运行，瞬时值不能低于 45Hz。c)正常符合变动引起的频率变化由发电机调速系统处理（包括频率升高）。d)事故情况下（线路断开、发电机组异常退出等），无其它备用有功容量时，系统出现功率缺额，频率会大幅度下降，只能采取自动切除部分负荷的方法使频率下降到允许范围内，称为自动低频减载。e)自动低频减载是电网重要的反事故措施。f)低频减载装置的要求：事故时候自动切除的负荷不能过多也不能过少。g)中文“ZDPJ”或“ZJPH”；英文 UFLS（Under Frequency Load Shedding）二、系统频率的事故限额 2 a)厂用电机械出力下降导致的频率雪崩。（47Hz时出力显著下降，发电机出力下降，恶性循环）b)发电机无功出力减少引起电压水平降低，可能导致稳定破坏。（励磁机转速降低，45Hz 时出现）c)对电动机转速、功率的影响。（包括影响产品质量、出力降低、测量误差等）d)危及汽轮机叶片（48.5Hz 发信号、47.5Hz 时 30s跳闸、47Hz 时 0s 跳闸；52Hz 时 0.3s 跳）e)核能电厂冷却介质泵对频率要求很高，不能满足时自动跳闸。三、系统频率的动态特性 系统出现功率缺额时，频率从正常状态过渡到另一个稳定值所经理的过程，称为电力系统的动态频率特性。决定因素：有功缺额的大小、系统转动部分的机械惯性、负荷的调节效应。变化方程式：ftTeffff(-)e 3 上式包含最后稳定频率、初始额定频率以及频率变化的时间常数（410s）。其中时间常数取决于机组的惯性时间常数和负荷调节效应系数，对于大的系统较大。4 第二节 低频减载的工作原理 一、一、基本原理过程基本原理过程 逐次逼近原理：进行一次次的计算，直到找到系统功率缺额的数值（同时也断开了相应的用户）。即系统频率重新稳定下来或出现回升时，这个过程才会结束。a)点 1：系统发生了大量的有功功率缺额；b)点 23：点 2 时刻频率下降到1f，第一轮继电器起动，经一定时间1t延时，在点 3 切除部分负荷。这就是第一次对功率缺额进行的计算。c)点 34：如果功率缺额比较大，第一次计算不能求到系统有功功率缺额的数值，那么频率还会继续下降。很显然由于切除了一部分负荷，功率 5 缺额已经减小，所以频率将按 3-4 的曲线而不是3-3曲线继续下降。d)点 45：当频率下降到2f时，ZPJH 的第二轮频率继电器启动，经一定时间2t后，断开了接于第二轮频率继电器上的用户。e)点 56：系统有功功率缺额得到补偿。频率开始沿 56 曲线回升，最后稳定在(2)f。轮次：计算点12nfff、。二、二、减载装置减载装置 每一轮的组成：频率继电器、延时闭合继电器、执行继电器。原理接线图：6 单极接线图：安装：分散安装在电力系统的各个变电站中。发展历史：电磁式继电器模拟电子式频率继电器数字式频率继电器微机低频减载装置。7 第三节 低频减载的整定计算 一、一、最大功率缺额的确定最大功率缺额的确定 目的：保证在系统发生最大可能的功率缺额时，也能断开相应的用户，避免系统的瓦解，使频率趋于稳定。对系统中可能发生的最大功率缺额应作具体分析：有的按系统中断开最大容量的机组来考虑；有的要按断开发电厂高压母线来考虑等。系统功率最大缺额确定以后，就可以考虑接于减负荷装置上的负荷的总数。要考虑二点：1)确定要恢复的频率可以低于额定频率。2)考虑到负荷调节效应，接于减负荷装置上的负荷总功率JHP可比最大功率缺额qeP小些。负荷功率与频率的关系示意图如下：8 a)正常运行：在曲线1LP上，此时eff，LLePP；b)故障导致出现功率缺额qeP，如 UFLS 不切除负荷，则运行点沿曲线1LP下滑，此时ff，LLeqePPP；c)如 UFLS 切除负荷JHqePP，则运行曲线1LP3LP，此时eff，LLeqePPP；d)为了保证用户供电，应尽量少切除负荷。则UFLS 切除负荷JHqePP，则运行曲线1LP2LP，yff，LLeJHPPP；由图中负荷调节效应可得到：*)/()(fPPPPfPKJHleJHqeL 9 可求出最大切除的负荷为：*1fKPfKPPLleLqeJH 其中：*eheffff 例题：二、二、各轮动作频率的选择各轮动作频率的选择 频率由高到低切除负荷，根据各级的启动频率分为若干级。1)第一级动作频率：一般的一级启动频率整定在49Hz。（高低都不好）；10 2)最后一轮的动作频率：自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于 4646.5Hz（一般取决于高温高压火电厂的最低工作频率）3)前后两级动作的频率间隔：前后两级动作的时间间隔是受频率测量元件的动作误差和开关固有跳闸时间限制的。一般公式：2wctyffff 其中：wcf频率继电器的最大误差（考虑上轮为负误差，下轮为正误差）tf装 置 动 作 和 跳 闸 时 间 内 频 率 的 下 降 值（0.15Hz）yf频率的裕度值（0.5Hz）一般来说：级差主要取决于继电器的最大误差。11 电磁式：0.15wcf，则频率级差为0.5wcf 数字式：0.05wcf，则频率级差为0.3wcf 4)总动作级数：11nffNf 三、三、各轮最佳断开功率的计算各轮最佳断开功率的计算 某 UFLS 在 i-1 轮动作后的 3 种情况：频率既不恢复，也不继续下降。由特殊级（后备级）动作切除部分负荷使频率恢复。如曲线 1所示。频率刚好稳定在 i 轮的动作频率上，经延时后，动作切除负荷，频率恢复到允许值。如曲线 2。频率下降到达下轮的动作频率后，经延时后，动作切除负荷，频率继续下降。如曲线 3。情况说明：i-1 轮动作，由于切负荷较多，（负 12 荷频率特性）频率稳定值高于 i 轮的动作频率。情况说明：i-1 轮动作后，由于切负荷较少，稳定频率大大低于 i 轮的动作频率。情况说明：i-1 轮动作后，由于切负荷适当，稳定频率刚好等于 i 轮的动作频率。此时 i 轮动作切负荷后的稳定频率恰好等于允许频率。这就是求取最佳的断开功率的理论依据。求取各轮最佳断开功率，示意图如下：eL：正常时的负荷 P-f 曲线；13 1iL：第 i-1 轮动作切负荷后的 P-f 曲线；iL：第 i 轮动作切负荷后的 P-f 曲线。已知额定频率为ef，恢复频率为hf，i 轮动作频率为if。由负荷频率调节系数的定义，对1iL曲线有：*11ihiiLieLekkPPfKfPP 功率全部转换成以LeP为基准的标幺值，得：1*11iihiLikkPPKfP 对iL曲线同理可得：*11ihiLhkkPKfP 将上式带入，可求出各轮最佳的断开功率*iP：1*1*()(1)1iLihikkLhKffPPKf 其中：*iiLePPP，*eiieffff，*ehheffff 四、四、动作延时的确定动作延时的确定 防止系统振荡或电压短时下降导致ZJPH误动作，14 设置延时取小于 0.5s 五、五、特殊级的有关参数特殊级的有关参数 动作频率：大于或等于基本级第一轮的动作频率；延时时间：大延时 10s15s，实现与基本级的配合。仅当基本级动作后不能使频率恢复到允许值，特殊级才动作。15 本章思考题 1)正常状态下电网的频率允许范围是多少？事故情况下的最低频率是多少？2)低频对电网有何不良影响？3)电网的动态频率特性是什么？与哪些因素有关？4)低频减载装置某轮动作后可能出现哪几种情况？如何处理？5)某系统用户总功率为 2800MW，负荷调节效应系数为 2（标么值）。当系统出现最大功率缺额为 900MW 时候，如果希望恢复频率为 48Hz，求接入减负荷装置的负荷总功率。6)低频减载装置两级动作频率的整定要考虑哪些因数？7)为何低频减载装置要设置延时？8)特殊级有何作用？它依靠何种措施来与基本级配合？