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基于电力系统微机型低频减载装置原理与应用概述

作者:范开明

  摘  要:电力系统的频率是电力系统中同步发电机产生的交流正弦电压的频率。电力系统的电能质量3个指标分别是电压、波形与频率,其中频率低于或者是高于系统的标准设计值时,就会造成用户家用电器发生异常甚至烧毁,对于电网来说造成相关保护动作误动,一旦发生大面积的电网掉负荷会进一步可能造成电压崩溃,极易发生恶性频率事故,直致全系统的瓦解。该文所述的低频减载装置在系统发生功率缺额,频率降到允许值以下时,切除部分负荷,压迫一些水力发电、火力发电机组发出有功功率负荷,使系统频率尽可能地维持在允许频率的范围之内,对保证电力系统安全稳定运行,降低事故损失具有重要意义。

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  关键词:低频减载  频率  电能质量
  中图分类号:TM762                                文献标识码:A                         文章编号:1672-3791(2019)03(a)-0041-02
  电能是目前国民经济的命脉,保证优质的电能质量是一件艰巨的任务,电力系统低频运行的危害非常巨大,当电力系统出现功率缺额时,就会出现系统频率下降,功率缺额越大,频率降低越多。当有功功率缺额超出了系统正常调节能力时,如不及时采取措施,不仅影响供电质量,而且会给电力系统安全运行带来严重的后果。该文首先介绍了电力系统低频运行的危害及限制频率下降的措施,在分析了低频减载装置工作原理的基础上,阐述了低频减载装置在现场的实际应用。
  1  低频运行的危害
  电力系统低频运行的危害有:(1)频率下降使汽轮机的叶片振动变大,可能会因发生共振而断裂。(2)使发电机发出的有功功率下降,从而使系统频率进一步下降,以致出现频率崩溃。(3)使异步电动机和变压器的无功消耗增加,系统电压下降。
  2  限制频率下降的措施

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  电力系统低频运行的危害有:(1)频率下降使汽轮机的叶片振动变大,可能会因发生共振而断裂。(2)使发电机发出的有功功率下降,从而使系统频率进一步下降,以致出现频率崩溃。(3)使异步电动机和变压器的无功消耗增加,系统电压下降。
  2  限制频率下降的措施
  鉴于以上频率降低对系统造成的危害,如何有效地进行频率控制,保证在严重事故发生之前,对频率采取有效限制频率的下降,使系统保持在有效的频率范围内。依据多年的运行经验,总结如下:
  (1)多备用其它机组。

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  (2)迅速启动备用机组。
  (3)增设保护装置,当系统出现大面积机组开始甩负荷时,上述要求一时无法保证频率的下降,因此电力系统中常常设置低频减载装置,按频率下降的程度自动切除部分负荷,以阻止频率的下降。
  3  低频减载装置工作原理
  低频减载装置全称为自动按频率减负荷装置,可以按照电力系统中频率下降到程度自定义的频率数值时,开始保护启动,自动切除部分负荷。就目前的国内的保护频率保护装置一般设置若干基本轮、加速轮和特殊轮。程序内置功能主要以df/dt来判断切负荷层次,主要划分有第1轮、第2轮、第3轮,当投放第1轮无法控制时,尽快投入第2轮,当第2轮无法有效地制止频率的下降,投入第3轮控制。
  3.1 对低频减载装置基本要求
  实际应用中对低频减载装置的基本要求如下:
  (1)切除过程不宜过快、过急,缓慢有序进行。
  (2)切除的负荷应尽可能少,分层次慢慢进行。
  (3)变电所的馈电线路使故障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。
  (4)出现小扰动时,不应误动。
  (5)电力系统受谐波干扰时,不应误动。
  3.2 低频减载动作逻辑
  以某一电站低频减载装置配置来举例,它主要有5个轮次,3个特殊轮,2个加速轮,5个基本轮采用顺序动作的原则,即动作顺序为:第1轮→第2轮→第3轮→第4轮→第5轮,仅当前一轮动作后,下一轮才开始计时。3个特殊轮独立动作,不受其他轮的限制。当第1轮启动后,装置同时检查当前的加速轮的动作条件,决定是正常减载还是加速减载,2个加速轮分别是加速2轮和加速2、3轮。加速2轮动作时加速第1轮和第2轮;加速2、3轮动作时加速第1轮、第2轮和第3轮。
  3.3 低频减载判别式
  频率缓慢下降时基本轮动作,其判别式如表1所示。
  其中,fqls为低频启动定值,tq为低频启动延时,fls1…fls5分别为低频第1轮…第5轮定值,t1…t5分别为低频第1轮…第5轮延时。以上5轮按顺序动作,只有前一轮动作后,后一轮才允许动作。3个特殊轮独立动作,不受其他轮的限制。
  4  低频减载装置应用分析
  4.1 装置输入输出量
  某变电站采用SSP-510型低频减载装置,测量母线电压的频率,当系统频率下降,达到装置启动值且无闭锁信号时,动作于线路跳闸。
  4.2 装置闭锁措施
  为防止负荷反馈、高次谐波、电压回路接触不良等异常情况下引起装置低频误动作,采取以下闭锁措施。
  (1)低电压闭锁。当U≤K2UN时,不进行低频判断,闭锁出口。
  (2)滑差闭锁。利用频率变化速度df/dt是否超过某一数值来判断是否进行闭锁,当-df/dt≥dfls3时,不进行低频判断,闭锁出口,直到频率再恢复至启动频率值以上时才自动解除闭锁。
  (3)频率差闭锁。当各相频率差超过0.2Hz时,不进行低频判断,闭锁出口。
  (4)頻率值异常闭锁。当f<40Hz或f>60Hz时,认为频率异常,闭锁出口。
  5  结语
  电力系统低频运行对系统、发电机、用户均会产生不利影响,当系统备用容量不足以控制频率的下降时,就要用到低频减载装置,按频率下降的程度自动切除部分负荷,在有条件的情况下,有些地方在切除负荷的同时,可以启动其他相关的电厂迅速启动机组,尽可能把负荷拉动上升,尽可能稳定频率。根据频率下降快慢选择动作程序,分为快慢切换轮,主要是为防止切除过多造成电网崩溃可能。同时为防止装置误动作,应采取闭锁措施。为防止装置过切负荷,应采取过切负荷措施。
  参考文献
  [1] 王慧芳,李阳春,赵舫.发电厂短路电流及继电保护整定计算系统[J].继电器,2000,28(11):30-32.
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  [3] 韩肖清,靳力,阎有朋.图形化故障计算软件的开发[J].电力系统自动化,2001,25(4):70-72.

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