基于電力系統(tǒng)微機型低頻減載裝置原理與應(yīng)用概述

范開明

摘? 要：電力系統(tǒng)的頻率是電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機產(chǎn)生的交流正弦電壓的頻率。電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量3個指標(biāo)分別是電壓、波形與頻率，其中頻率低于或者是高于系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計值時，就會造成用戶家用電器發(fā)生異常甚至燒毀，對于電網(wǎng)來說造成相關(guān)保護(hù)動作誤動，一旦發(fā)生大面積的電網(wǎng)掉負(fù)荷會進(jìn)一步可能造成電壓崩潰，極易發(fā)生惡性頻率事故，直致全系統(tǒng)的瓦解。該文所述的低頻減載裝置在系統(tǒng)發(fā)生功率缺額，頻率降到允許值以下時，切除部分負(fù)荷，壓迫一些水力發(fā)電、火力發(fā)電機組發(fā)出有功功率負(fù)荷，使系統(tǒng)頻率盡可能地維持在允許頻率的范圍之內(nèi)，對保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，降低事故損失具有重要意義。

關(guān)鍵詞：低頻減載? 頻率? 電能質(zhì)量

中圖分類號：TM762? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）03（a）-0041-02

電能是目前國民經(jīng)濟(jì)的命脈，保證優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量是一件艱巨的任務(wù)，電力系統(tǒng)低頻運行的危害非常巨大，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額時，就會出現(xiàn)系統(tǒng)頻率下降，功率缺額越大，頻率降低越多。當(dāng)有功功率缺額超出了系統(tǒng)正常調(diào)節(jié)能力時，如不及時采取措施，不僅影響供電質(zhì)量，而且會給電力系統(tǒng)安全運行帶來嚴(yán)重的后果。該文首先介紹了電力系統(tǒng)低頻運行的危害及限制頻率下降的措施，在分析了低頻減載裝置工作原理的基礎(chǔ)上，闡述了低頻減載裝置在現(xiàn)場的實際應(yīng)用。

1? 低頻運行的危害

電力系統(tǒng)低頻運行的危害有：（1）頻率下降使汽輪機的葉片振動變大，可能會因發(fā)生共振而斷裂。（2）使發(fā)電機發(fā)出的有功功率下降，從而使系統(tǒng)頻率進(jìn)一步下降，以致出現(xiàn)頻率崩潰。（3）使異步電動機和變壓器的無功消耗增加，系統(tǒng)電壓下降。

2? 限制頻率下降的措施

鑒于以上頻率降低對系統(tǒng)造成的危害，如何有效地進(jìn)行頻率控制，保證在嚴(yán)重事故發(fā)生之前，對頻率采取有效限制頻率的下降，使系統(tǒng)保持在有效的頻率范圍內(nèi)。依據(jù)多年的運行經(jīng)驗，總結(jié)如下：

（1）多備用其它機組。

（2）迅速啟動備用機組。

（3）增設(shè)保護(hù)裝置，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)大面積機組開始甩負(fù)荷時，上述要求一時無法保證頻率的下降，因此電力系統(tǒng)中常常設(shè)置低頻減載裝置，按頻率下降的程度自動切除部分負(fù)荷，以阻止頻率的下降。

3? 低頻減載裝置工作原理

低頻減載裝置全稱為自動按頻率減負(fù)荷裝置，可以按照電力系統(tǒng)中頻率下降到程度自定義的頻率數(shù)值時，開始保護(hù)啟動，自動切除部分負(fù)荷。就目前的國內(nèi)的保護(hù)頻率保護(hù)裝置一般設(shè)置若干基本輪、加速輪和特殊輪。程序內(nèi)置功能主要以df/dt來判斷切負(fù)荷層次，主要劃分有第1輪、第2輪、第3輪，當(dāng)投放第1輪無法控制時，盡快投入第2輪，當(dāng)?shù)?輪無法有效地制止頻率的下降，投入第3輪控制。

3.1 對低頻減載裝置基本要求

實際應(yīng)用中對低頻減載裝置的基本要求如下：

（1）切除過程不宜過快、過急，緩慢有序進(jìn)行。

（2）切除的負(fù)荷應(yīng)盡可能少，分層次慢慢進(jìn)行。

（3）變電所的饋電線路使故障變壓器跳閘造成失壓時，低頻減載裝置應(yīng)可靠閉鎖，不應(yīng)誤動。

（4）出現(xiàn)小擾動時，不應(yīng)誤動。

（5）電力系統(tǒng)受諧波干擾時，不應(yīng)誤動。

3.2 低頻減載動作邏輯

以某一電站低頻減載裝置配置來舉例，它主要有5個輪次，3個特殊輪，2個加速輪，5個基本輪采用順序動作的原則，即動作順序為：第1輪→第2輪→第3輪→第4輪→第5輪，僅當(dāng)前一輪動作后，下一輪才開始計時。3個特殊輪獨立動作，不受其他輪的限制。當(dāng)?shù)?輪啟動后，裝置同時檢查當(dāng)前的加速輪的動作條件，決定是正常減載還是加速減載，2個加速輪分別是加速2輪和加速2、3輪。加速2輪動作時加速第1輪和第2輪;加速2、3輪動作時加速第1輪、第2輪和第3輪。

3.3 低頻減載判別式

頻率緩慢下降時基本輪動作，其判別式如表1所示。

其中，fqls為低頻啟動定值，tq為低頻啟動延時，fls1…fls5分別為低頻第1輪…第5輪定值，t1…t5分別為低頻第1輪…第5輪延時。以上5輪按順序動作，只有前一輪動作后，后一輪才允許動作。3個特殊輪獨立動作，不受其他輪的限制。

4? 低頻減載裝置應(yīng)用分析

4.1 裝置輸入輸出量

某變電站采用SSP-510型低頻減載裝置，測量母線電壓的頻率，當(dāng)系統(tǒng)頻率下降，達(dá)到裝置啟動值且無閉鎖信號時，動作于線路跳閘。

4.2 裝置閉鎖措施

為防止負(fù)荷反饋、高次諧波、電壓回路接觸不良等異常情況下引起裝置低頻誤動作，采取以下閉鎖措施。

（1）低電壓閉鎖。當(dāng)U≤K2UN時，不進(jìn)行低頻判斷，閉鎖出口。

（2）滑差閉鎖。利用頻率變化速度df/dt是否超過某一數(shù)值來判斷是否進(jìn)行閉鎖，當(dāng)-df/dt≥dfls3時，不進(jìn)行低頻判斷，閉鎖出口，直到頻率再恢復(fù)至啟動頻率值以上時才自動解除閉鎖。

（3）頻率差閉鎖。當(dāng)各相頻率差超過0.2Hz時，不進(jìn)行低頻判斷，閉鎖出口。

（4）頻率值異常閉鎖。當(dāng)f<40Hz或f>60Hz時，認(rèn)為頻率異常，閉鎖出口。

5? 結(jié)語

電力系統(tǒng)低頻運行對系統(tǒng)、發(fā)電機、用戶均會產(chǎn)生不利影響，當(dāng)系統(tǒng)備用容量不足以控制頻率的下降時，就要用到低頻減載裝置，按頻率下降的程度自動切除部分負(fù)荷，在有條件的情況下，有些地方在切除負(fù)荷的同時，可以啟動其他相關(guān)的電廠迅速啟動機組，盡可能把負(fù)荷拉動上升，盡可能穩(wěn)定頻率。根據(jù)頻率下降快慢選擇動作程序，分為快慢切換輪，主要是為防止切除過多造成電網(wǎng)崩潰可能。同時為防止裝置誤動作，應(yīng)采取閉鎖措施。為防止裝置過切負(fù)荷，應(yīng)采取過切負(fù)荷措施。

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