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1、电力系统自动装置,主讲教师： 胡志坚 武汉大学电气工程学院,第一节 自动低频减载,一、概述a) 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。b) 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。c) 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 requency 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
2、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。（3）电力系统频率变化对用户的不利影响： 频率变化将引起异步电动机转速的变化。 系统频率降低将使电动机的转速和功率降低。（4）汽轮机对频率的限制。（5）频率升高对大机组的影响。（6）频率对核能电厂的影响。,三、系统频率的静态特性 通常以标幺值表示：,例 电力系统在某一运行方式时，运行机组的总额定容量为450MW，此时系统中的负荷功率为430MW，负荷调节效应为KL*=1.5，设这时发生事故，突然切除额定容量为100MW的发电机组，如不采取任何措施，求事故情况下的稳态频率。解：当时系统的热备用为20MW,所以实际
3、功率缺额为80MW,将有关数据代入上式得：所以该事故后系统的稳态频率将降至43.8Hz。,三、系统频率的动态特性 系统频率变化不是瞬间完成的，而是按指数规律变化，其表示式为式中 f由功率缺额引起的另一个稳定运行频率 Tf系统频率变化的时间常数，它与系统等值机组惯性常数以及负荷调节效应系数KL有关，一般在（410）间。大系统Tf较大，小系统Tf较小。,四、自动低频减载（按频率自动减负荷装置“ZPJH”）的工作原理,“轮” ：计算点f1、f2fn 点1：系统发生了大量的有功功率缺额 点2：频率下降到f1，第一轮继电器起动，经一定时 间t1点3：断开一部分用户，这就是第一次对功率缺额进行的计算。点3
4、-4：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，功率缺额已经减小，所有频率将按3-4的曲线而不是3-3曲线继续下降。,点4：当频率下降到f2时，ZPJH的第二轮频率继电器启动，经一定时间t2后点5：又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。点5-6：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f(2)。逐次逼近：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。,五、最大功率缺额的确定1）保证在系统发生最大可能的功率缺额时，也能断开相应的
5、用户，避免系统的瓦解，使频率趋于稳定。2）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。3）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。要求恢复频率fhf可以低于额定频率。4）考虑到负荷调节效应，接于减负荷装置上的负荷总功率PJH可以比最大功率缺额Pqe小些。,六、各轮动作功率的选择1）第一级动作频率 一般的一级启动频率整定在49Hz。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。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
6、有跳闸时间限制的。,七、各轮最佳断开功率的计算1) 系统频率的最后稳定值在最大恢复频率fhfmaxi与最小恢复频率fhfmini之间2) （ fhfmaxi fhfmini ）是正比于ZPJH第i次的计算误差的3) 当ZPJH动作后，可能出现的最大误差为最小时，ZPJH就具有最高的选择性。4) fhfmin事实上等于特殊轮的动作频率fdzts,5) 一般情况下，各轮的fhfmaxi是不同的，而ZPJH的最终计算误差则应按其中最大的计算。根据极值原理，显而易见，要使ZPJH装置的误差为最小的条件是： fhfmax1 = fhfmax2 = .=fhfmaxn =fhf0 6) 各轮恢复频率的最大
7、值fhf0可考虑如下：当系统频率缓慢下降，并正好稳定在第i轮继电器的动作频率fdzi时，第i轮继电器动作，并断开了相应的用户功率Pi，于是频率回升到这一轮的最大恢复频率fhfmaxi 。,八、特殊轮的功用与断开功率的选择1） 第i轮动作后，系统频率稳定在低于恢复频率的低限fhfmini但又不足使i+1轮减负荷装置动作2） 特殊轮的动作频率fdzts=fhfmin3） 它是在系统频率已比较稳定时动作的，因此其动作时限可以取系统频率时间常数Tf的23倍，一般为1525s,4） 特殊轮断开功率可按以下两个极限条件来选择： （1）当最后第二轮即n1轮动作后，系统频率不回升反而降到最后一轮，即第n轮动作
8、频率fdzn附近，但又不足使第n轮动作时，则在特殊轮动作断开其所接用户功率后，系统频率应恢复到fhfmin以上，因此特殊轮应断的用户功率为,（2）当系统频率在第i轮动作后稳定在稍低于特殊轮的动作频率fdzts，特殊轮动作断开其用户后，系统频率不应高于fhf0，因此,九、ZPJH装置的时限a)为了防止在系统发生振荡或系统电压短时间下降时ZPJH装置的误动作，要求装置能带有一些时限b)但时限太长将使系统发生严重事故时，频率会危险地降低到临界值以下。因此一般可以取为0.20.3s。c)参加自动减载的一部分负荷允许带稍长一些的时限，例如带5s时限，但是这部分负荷功率的数量必须控制在这样的范围内，即其余
9、部分动作以后，保证系统频率不低于临界频率45Hz。,第三节 其他安全自动控制装置,一 自动解列装置（一）厂用电系统解列应用 在厂用电系统如果具备独立供电的条件，可以考虑厂用电系统与系统解列运行的可能性。（二）系统解列的应用 在联合系统运行时，在发生大的功率缺额使联络线过负荷时可以考虑应用。,解列点选择应考虑的条件：,1. 尽量保持解列后各部分系统的功率平衡，已防止频率，电压的剧烈变化。因此解列点应选择在有功功率，无功功率分点上或功率交换最小处。2. 适当考虑操作方便，易于恢复且具有较好的远动，通信条件。,二 水轮机低频自启动装置 在水轮机组上安装按频率自动启动及快速并列的装置。三 自动切机与电气制动1.迅速切除部分机组，以减少输电线路的传输功率2.把发电机产生的电能在发电机侧快速消耗掉，以迅速减少输电线路的传输功率，从而达到保持系统稳定的目的。实施的方案是在发电机端装设足够容量的并联电阻。,
