第四节电力系统低频减载 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 requency Load Shedding) 、系统频率的事故限额 (1)系统频率降低使厂用机械的岀力大为下降,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
-74- 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485HLz时,要求发瞬时信号,频率为47.5H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。例如美国1978年的一个电网解列,其中1个 区域频率升高,六个电厂中的14台大机组跳闸。我国进口某600MW机组,当频 率升至52Hz时,要求小于0.3s跳闸。 (6)频率对核能电厂的影响。核能电厂的反应堆冷却介质泵对供电频率有 严格要求,如果不能满足,这些泵将自动断开,使反应堆停止运行。 综上所述,运行规程要求电力系统的频率不能长时期的运行在49.5~49Hz 以下;事故情况下不能较长时间的停留在47Hz以下,瞬时值则不能低于45Hz
-75- 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。例如美国 1978 年的一个电网解列，其中 1 个 区域频率升高，六个电厂中的 14 台大机组跳闸。我国进口某 600MW 机组，当频 率升至 52Hz 时，要求小于 0.3s 跳闸。 （6）频率对核能电厂的影响。核能电厂的反应堆冷却介质泵对供电频率有 严格要求，如果不能满足，这些泵将自动断开，使反应堆停止运行。 综上所述，运行规程要求电力系统的频率不能长时期的运行在 49.5～49Hz 以下；事故情况下不能较长时间的停留在 47Hz 以下，瞬时值则不能低于 45Hz
所以在电力系统发生有功功率缺额的事故时,必须迅速断开相应的用户,使频率 维持在运行人员可以从容处理的水平上。然后在逐步恢复到正常值。由此可见, 按频率自动减负荷装置“ZPJH”是电力系统一种有力的反事故措施。 三、系统频率的动态特性 电力系统出现功率缺额时,系统的稳定频率∫必然低于额定频率∫’系统频 率从,变化到f的过程就反映出电力系统的动态频率特性。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 f=f2+(。-f)e7 (3-46)f1 式中f——由功率缺额引起的另一个稳定 运行频率 图3-23系统的动态频率特性 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K,有关,一般在(4~10)间。大系统r,较大,小系统r,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 At, 图3-24系统频率的变化过程
-76- 所以在电力系统发生有功功率缺额的事故时，必须迅速断开相应的用户，使频率 维持在运行人员可以从容处理的水平上。然后在逐步恢复到正常值。由此可见， 按频率自动减负荷装置“ZPJH”是电力系统一种有力的反事故措施。 三、系统频率的动态特性 电力系统出现功率缺额时，系统的稳定频率 f 必然低于额定频率 f e ，系统频 率从 f e 变化到 f 的过程就反映出电力系统的动态频率特性。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 ( )e T f f f f f t e − = + − （3-46） 式中 f ——由功率缺额引起的另一个稳定 运行频率 T f ——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（4～10）间。大系统 T f 较大，小系统 T f 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 t1 f e f 1 f f f f e − t 图 3-23 系统的动态频率特性 图 3-24 系统频率的变化过程 1 5 ' 3 ' o f t 2 3 4 5 6 t1 t 2 f (1) f e f 1 f (2) f (0) f 2 f 0
轮”:计算点f、 点1:系统发生了大量的有功功率缺额 点2:频率下降到f,第一轮继电器起动,经一定时间△n 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: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f,时,ZPJH的第二轮频率继电器启动,经一定时间△2后 点5:又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。 点56:系统有功功率缺额得到补偿。频率开始沿5-6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。如果系统有可能解列 成几部分运行时,还必须考虑解列后各部分可能发生的最大功率缺额,这时整个 系统的最大功率缺额应按各部分最大功率缺额之和来考虑。,所以这是一项要从 系统调度角度进行协调的任务
-77- “轮” ：计算点 f 1、 f 2…… f n 点 1：系统发生了大量的有功功率缺额 点 2：频率下降到 f 1 ，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：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 f 2 时，ZPJH 的第二轮频率继电器启动，经一定时间 t 2 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 5～6 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。如果系统有可能解列 成几部分运行时，还必须考虑解列后各部分可能发生的最大功率缺额，这时整个 系统的最大功率缺额应按各部分最大功率缺额之和来考虑。，所以这是一项要从 系统调度角度进行协调的任务
4)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∫可以低于额定频率。 5)考虑到负荷调节效应,接于减负荷装置上的负荷总功率Pn可以比最大功率缺 额p小些。根据负荷调节效应系数公式 (Par-Phe )/ Phe APa (-f)/f4 可以得到 PH f.-fML=K Af n. Pe -K P 4l (3-47) 式中△f 恢复频率偏差的相对值,并△=f-/ P-一减负荷前系统用户的总功率。 式(3-47)中所有功率都是额定频率下的数值。 例3-3某系统的用户总功率为p=2800MW,系统最大的功率缺额p= 900MW,负荷调节效应系数k.=2,自动减负荷动作后,希望恢复频率值y 48Hz,求接入减负荷装置的负荷总 功率Pm 900M 解减负荷动作后,残留的频 率偏差相对值 fe 48Hz 50Hz △f50-48=004 图3-25例3-3示意图 由式(3-47)得
-78- 4）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 f hf 可以低于额定频率。 5）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。根据负荷调节效应系数公式 % % ( )/ ( )/ * f P f P f f f P P P K fhf fhf e e fhf fhe fhe L = = − − = 可以得到 = − = − − L hf e e hf L x JH qe JH K f f f f K P P P P 或 − − = l hf qe l x hf JH K f P K P f P 1 （3-47） 式中 f hf *——恢复频率偏差的相对值，并 f = hf * f f f e e hf − ； Px ——减负荷前系统用户的总功率。 式（3-47）中所有功率都是额定频率下的数值。 例 3-3 某系统的用户总功率为 Pfhe＝2800MW，系统最大的功率缺额 Pqe ＝ 900MW，负荷调节效应系数 KL＝2，自动减负荷动作后，希望恢复频率值 f hf ＝ 48Hz，求接入减负荷装置的负荷总 功率 PJH 。 解 减负荷动作后，残留的频 率偏差相对值 f hf * 0.04 50 50 48 = − = 由式（3-47）得 900MW P f f危 48Hz 50Hz KL = 2 Pfhe P仍缺 P切 图 3-25 例 3-3 示意图