第5章 电力系统自动低频减载装置课件

§5-1概述一、低频运行的危害性

(1)由于频率降低，火电厂厂用机械的出力将显著降低，导致发电厂发出的有功功率进一步减少，功率缺额更加严重．系统频率进一步降低的恶性循环，严重时造成系统频率崩溃。(2)频率降低时，励磁机、发电机等的转速相应降低，导致发电机的电动势下降，使系统电压水平下降，系统运行稳定性遭到破坏，严重时出现电压崩溃现象。(3)系统频率若长时间运行在49．5～49Hz以下时，某些汽轮机的叶片容易产生裂纹；当频率降低到45Hz附近时，汽轮机个别级别的叶片可能发生共振而引起断裂事故。运行实践表明：电力系统的运行频率偏差不超过±o.2Hz；系统频率不能长时间运行在（49．5～49）Hz以下；事故情况下．不能较长时间停留在47Hz以下；系统频率的瞬时值绝对不能低于45Hz。

§5-1概述

二、系统的动态频率特性

图5-2电力系统频率的动态特性

§5-2自动低频减载装置的工作原理一、对自动低频减载装置的基本要求

1、能在各种运行方式出现功率缺额的情况下，有计划地切除负荷，防止系统频率下降至危险点以下。2、切除的负荷应尽可能少，应防止超调和悬停现象。3、变电所的馈电线路故障使变压器跳闸造成失压时，低频减载装置应可靠闭锁，不应误动作。4、电力系统发生低频振荡时，低频减载装置不应误动作。5、电力系统受谐波干扰时，低频减载装置不应误动作。

§5-2自动低频减载装置的工作原理二、最大功率缺额的确定当系统出现有功功率缺额时，为了使停电的用户尽可能少，一般希望系统频率恢复到可运行的水平即可，并不要求恢复到额定频率，即系统恢复频率小于额定功率。这样，低频减载装置可能断开的最大功率△可小于最大功率缺额△。设正常运行时系统负荷为，根据式（3-7）可得

§5-2自动低频减载装置的工作原理三、自动低频减载装置动作顺序目前在电力系统中普遍采用按照频率降低的程度分批切除负荷的方法，也就是将接至低频减载装置的总功率△分配在不同的起动频率下分批地切除，以满足不同功率缺额的需要。根据起动频率的不同，低频减载装置可分为若干级，按所接负荷的重要性又分为n个基本级和n个特殊级。1、基本级。基本级的作用是根据频率下降的程度，依次切除不重要的负荷，制止系统频率的继续下降。为了确定基本级的级数，首先应该确定第一级起动频率和最末一级起动频率的数值。

§5-2自动低频减载装置的工作原理三、自动低频减载装置动作顺序1）第一级起动频率的确定：由图5-3所示系统频率动态特性曲线的规律可知，在事故初期若能及早切除负荷功率，对于延缓频率的下降是有利的，因此第一级的起动频率宜选择得高一些。但是，又必须计及电力系统启动旋转备用容量所需的时间延迟，避免暂时性的频率下降而断开负荷功率。所以，一般第一级的起动频率整定为(47.5～48.5)Hz。

2)最末一级起动频率的选择：电力系统允许的最低频率受“频率崩溃”或“电压崩溃’’的限制。对于高温高压的火电厂，在频率低于46～46.5Hz时，厂用电已不能正常工作；在频率低于45Hz时，就有“电压崩溃”的危险。因此，最末一级的起动频率宜整定为46～46.5Hz．

§5-2自动低频减载装置的工作原理三、自动低频减载装置动作顺序3)级数n的确定：当和确定以后，就可以在此频率范围内按频率级差确定n个起动频率值，即n级，将负荷功率分配在这些不同的起动频率值上。其中级数n应选择为§5-2自动低频减载装置的工作原理三、自动低频减载装置动作顺序图5-3选择性级差的确定

§5-2自动低频减载装置的工作原理三、自动低频减载装置动作顺序2、特殊级。从基本级的工作原理可以看出，在装置的动作过程中，可能出现这样的情况：第级动作之后，系统频率可能稳定在，它低于恢复频率的极限值，但又不足以使第+1级动作，如图5-4中的曲线2所示。于是系统频率将长时间停留在较低水平上，显然这是不允许的。为了消除这种现象，在低频减载装置中增加了特殊级，其动作频率一般取为（47．5～48．5）Hz。由于特殊级动作时，系统频率已处于稳定状态，所以特殊级应带有15～25s的动作时限，约为系统频率变化时间常数的2～3倍，以防止特殊级的误动作。各级时间差取5s左右。

§5-2自动低频减载装置的工作原理三、自动低频减载装置动作顺序图5-4系统频率变化过程

§5-2自动低频减载装置的工作原理四、每级切除负荷的限值§5-2自动低频减载装置的工作原理五、自动低频减载装置的动作时限

自动低频减载装置的动作时限，原则上应越短越好，但还应考虑到系统的某些不正常运行状态可能造成装置误动作。例如：当系统发生振荡时，由于频率偏离额定值装置误动；在系统发生短路故障的暂态过程中，由于非周期分量、谐波分量引起畸变，使频率测量产生误差，引起装置误动作；有时系统出现短时的功率缺额也会误动作；电压突变时，在低频继电器的频率敏感回路中产生过渡过程，致使低频继电器误动作，从而造成装置误动作。为了防止以上各种可能的误动情况的发生，自动低频减载装置必须带有一定的动作延时，此动作延时不能太长，否则系统频率会降低到临界，一般延时0.5s左右。

§5-3微机频率电压紧急控制装置一、微机频率电压紧急控制装置的硬件图5-5频率电压紧急控制装置的硬件结构框图

§5-3微机频率电压紧急控制装置三、微机频率电压紧急控制装置动作原理图5-7两段母线电压测量图

4、微机低频减载装置的动作条件（1）低频启动条件：f≤fqt≥Tfqs

式中fq----低频启动定值；Tfqs----为低频启动延时定值。（2）低频一级动作条件：f≤f1

︱df／dt︱≥df／dt1

t≥Tfsl

式中f1——为低频第一级启动定值；df／dt1——加速切第二级定值；Tfs1——低频第一级延时定值。§5-3微机频率电压紧急控制装置三、微机频率电压紧急控制装置动作原理（3）低频一级、加速第二级动作条件：f≤f1

df／dt2＞︱df／dt︱≥df／dt1t≥Tfas1

式中df／dt2——加速切第二、三级定值；Tfas1——加速切第二级延时值。（4）低频第一级、加速第二、三级动作条件：f≤f1df／dt3＞︱df／dt︱≥df／dt2

t≥Tfas2式中df／dt3——频率变化率闭锁定值；Tfas2为加速切第二、三级延时定值。

§5-3微机频率电压紧急控制装置三、微机频率电压紧急控制装置动作原理（5）低频二、三、四、五级动作条件分别如下：f≤f2t≥Tfs2

f≤f3t≥Tfs3f≤f4t≥Tfs4f≤f5t≥Tfs5式中f2、f3、f4、f5——分别为低频第二、第三、第四、第五级启动频率整定值；Tfs2、Tfs3、Tfs4、Tfs5——分别为低频第二、第三、第四、第五级延时值。以上五级按基本级顺序相继动作。

§5-3微机频率电压紧急控制装置三、微机频率电压紧急控制装置动作原理三个特殊级的独立动作条件为：（1）低频启动条件：f≤fq

t≥Tfqs

（2）低频特殊级第一级动作条件：f≤fs6

t≥Tfs6

（3）低频特殊级第二级动作条件：f≤fs7

t≥Tfs7

（4）低频特殊级第三级动作条件：f≤fs8

t≥Tfs8

式中f6、f7、f8——分别为低频特殊第一、第二、第三级启动频率整定值；Tfs6、Tfs7、Tfs8——分别为低频特殊第一、第二、第三级延时值。

§5-3微机频率电压紧急控制装置三、微机频率电压紧急控制装置动作原理§5-3微机频率电压紧急控制装置四、装置异常闭锁措施1、系统短路故障时闭锁装置及故障切除后立刻允许低压切负荷功能当系统发生短路故障时，母线电压突然降低，此时本装置立即闭锁出口，不再进行低电压判断。而当保护动作切除故障后，装置安装处的电压迅速回升，但如果恢复不到正常数值，但大于klUn(故障切除后应回升到的电压定值，该定值应大于相邻线路三相短路时的残压值，建议值一般为额定电压的0.7-0.8倍)，装置立即解除闭锁，允许装置快速切除相应的负荷，使电压恢复。本装置不需要与保护二、三段的动作时间相配合，但需要用户设定tus(等待短路故障切除时间)，一般应大于后备保护的动作时间，若后备保护最长时间为4秒，则tus应设为4.5～5秒。超过tus以后电压还没有回升到k1Un以上，装置将闭锁出口，并发出异常告警信号。

§5-3微机频率电压紧急控制装置四、装置异常闭锁措施2、电压过低闭锁正序电压U≤K2Un时，(K2母线电压消失定值，通常取额定电压的0.1-0.2倍)判母线电压过低、消失，不进行频率判断，闭锁出口。同时切换另一母线测量，并显示I母或II母电压消失，延时5秒告警。3、电压、频率突变闭锁当电压下降滑差值大于滑差闭锁值，即du／dt|≥du／dt3或|df／dt|≥df／dt3时，装置不进行低压、低频判断，闭锁出口。当电压、频率恢复至起动值以上时装置自动解除闭锁。

§5-3微机频率电压紧急控制装置四、装置异常闭锁措施4、PT断线闭锁：当装置所测三相电压的零序电压(U0)及相电压差大于k3Un时判PT断线，并延时5秒发断线告警信号，断线故障消失后延时5秒自动返回。k3Un为PT断线定值，一般为额定电压的（10-15）％。PT断线时如果一段母线断线则装置自动切换到另一段母线工作，若两段母线均断线时，则不进行低压判断，并闭锁低压出口，但对频率进行正常判断。5、频率差闭锁：当电网的各相频差>0.2Hz时不进行频率判断，闭锁频率判断回路。6、频率值异常闭锁：当f≤45Hz或f≥55Hz则认为测量频率值异常，并将频率显示值置为零，闭锁频率判回路，显示频率超限。

§5-3微机频率电压紧急控制装置五、防止低频低压过切负荷的措施在低频减载装置实际动作过程中，可能会出现前一级动作后系统的有功功率已经不再缺额，频率开始回升，但频率回升的拐点可能在下级