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1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 电电力系力系统统自自动动化化 课课程程设计设计（论论文）文） 题题目：目：电力系统自动低频减负荷装置设计（电力系统自动低频减负荷装置设计（3） 院（系）：院（系）： 电电气工程气工程学学院院 专业专业班班级级： 电电气气1 11 11 1班班 学学 号号： 学学生姓名：生姓名： 指指导导教教师师： 李李宝国宝国 起止起止时间时间：2012014 4.1212.0101 2014.2014.12.12.1212 本科生课程设计（论文） 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动 化 学 号110303
2、003学生姓名专业班级电气111 课程设计 题目 电力系统自动低频减负荷装置设计（3） 课程设计（论文）任务 基本参数： 某电厂采用双回线输送电能，满负荷运行。当其中一条线路故障后，加重另 一条线路负担，为尽可能保持系统供电经济性与可靠性，切除部分发电机组，并 投入自动低频减负荷装置。 1 发电厂共 7 台机组，每台 45 万千瓦； 2 切除一条线路后，线路传输功率为原来的 85%。 3 负荷调节效应系数为 1.75 4 切除部分机组并投入低频减载装置后，要求系统频率恢复到 48.5Hz 设计要求 1.阐述自动减负荷装置作用。 2.阐述自动减负荷装置原理及构成。 3.整定计算。 确定切除几台发
3、电机组 不投自动减负荷装置，发电机组切除后系统频率是多少？ 投入自动减负荷装置的负荷总功率。 确定自动减负荷级数，及各级动作频率。 确定每级最佳切除负荷大小。 4.利用单片机（或 PLC 等）实现对接入低频减负荷装置负荷的控制。 5.对结果进行分析总结。 进度计划 1、布置任务，查阅资料，理解掌握自动低频减负荷原理及要求。 （1 天） 2、设计自动低频减负荷装置。 （1 天） 3、确定切除发电机组，确定投入自动减负荷装置的负荷总功率。 （1 天） 4、确定自动减负荷级数，及各级动作频率。 （1 天） 5、确定每级最佳切除负荷大小，验证结果的正确性。 （1 天） 6、利用单片机（或PLC等）实现
4、对接入低频减负荷装置负荷的实时控制。 （3天） 7、对结果进行分析总结。 （1天） 8、撰写、打印设计说明书（1天） 指导教师评语及成 绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 本科生课程设计（论文） I 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 摘 要 随着电力系统快速发展，以往的模拟式的低频减载装置由于测量精度差，特 别是当系统正常运行中电压下降或者频率瞬时变化较大时可能会误动作，并且整 定不方便，更不能组网，已不能满足新的要求。电力系统自动低频减载是一种反 事故措施，在电力系统发生严重事故时，系统的有功将严重缺额，电力系统的频 率会很快下
5、降，为保证电力系统不至于频率崩溃，必须采取快速明确的措施，必 要时按频率下降进行负荷的切除。本文通过对低频减负荷装置的原理与技术要求 的阐述，确定整定方案和控制方式，并进行了运行分析与整定计算。通过电力系 统的静态频率特性与动态频率特性的分析计算，确定了符合要求的实验装置。 关键词：低频减载；整定计算；频率特性； 本科生课程设计（论文） 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 电力系统自动低频减负荷装置概况 .1 1.2 本文主要内容 .3 第 2 章 自动低频减负荷装置原理与构成 4 2.1 自动低频减负荷装置的作用 .4 2.2 自动低频减负荷装置原理 .4 2.3 自动低频减负荷装置构成
6、.5 第 3 章 自动低频减负荷装置的整定计算 7 3.1 自动低频减负荷的整定计算 .7 3.1.1 整定计算的目的和内容 .7 3.1.2 整定计算的基本假定和方法 .7 3.1.3 自动低频减负荷装置的整定原则 .8 3.2 自动低频减载的运行分析 .8 3.3 自动减负荷整定计算 10 第 4 章 单片机软件设计 .12 4.1 单片机软件概述 12 4.2 主程序流程图设计 12 4.2.1 模拟量检测流程图设计 13 4.2.2 频率判断流程图设计 14 第 5 章 课程设计总结 .15 参考文献 16 本科生课程设计（论文） 0 第 1 章 绪论 1.1 电力系统自动低频减负荷装
7、置概况 自动低频减负荷装置是防止电力系统发生频率崩溃的系统保护。为了加强自 动低频减负荷的管理工作，实现电力系统的安全稳定运行，保证向重要用户不间 断供电，对自动低频减负荷的管理实行统一领导，分级管理的原则，各网局、省 局应 分别指定一名主管生产的领导负责本网、本省的自动低频减负荷工作。电 力系统必须合理安排自动低频减负荷的顺序及所切复合数量。当系统全部或解列 后的局部出现有功功率缺额时，能够有计划地按频率下降情况自动减去足够数量 的较次要负荷，以保证系统安全运行和重要用户的不间断供电。低频减负荷的基 本要求，装置的配置、轮数、每轮启动频率值及人为附加延时的整定、每轮所切 负荷数量以及整定计算
8、的基本内容作了原则或提出了推荐意见，但鉴于各地区电 力系统中，发电机组的组合(水、火、核电、机组及电厂容量大小及比重，机组 对异常频率的适应性等)、电网结构和运行方式等有较大的不同，因而在实际执 行中需结合具体系统情况运用。 a) 正常运行时，如系统产生正常的有用功缺额，可以通过对有功功率的调 节来保持系统频率在额定值附近 b) 事故情况时，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。因此只能在系统频率下降到某一值以下时，采用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 一、系统频率的事故限额 （1）系统频率降低使厂用机械的输出功率大为下降，必然使
9、得系统所有发电 机的有功输出功率进一步降低，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，当频率降到 4546Hz 时，系统电压水平就 会受到严重影响，使系统陷于分裂或崩溃。 （3）电力系统频率变化对用户的不利影响： 1） 频率变化将引起异步电动机转速的变化。 2） 系统频率降低将使电动机的转速和功率降低。 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 本科生课程设计（论文） 1 （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
10、厂的影响。 二、低频运行对电力系统的影响 电力系统频率反映了系统中有功功率的供需平衡情况，它不仅是电力系统运 行的重要质量指针，也是影响电力系统安全稳定运行的重要因素。低频运行对电 力系统的有以下影响: 1、对发电机和系统安全运行的影响 1) 频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可 能产生裂纹。对于额定频率为 50 Hz 的电力系统，当频率降低到 45Hz 附近时， 某些汽轮机的叶片可能因产生共振而断裂，造成重大事故。 2) 频率下降到 47 48Hz 时，由异步电动机驱动的送风机、吸风机、给 水泵、循环水泵和磨煤机等火电厂厂用机械的出力随之下降，火电厂锅炉和汽轮 机的出
11、力也随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋势如果 不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度，这种现 象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。 3) 在核电厂中，反应堆冷却介质对供电频率有严格要求。当频率降到一 定数值时，冷却介质泵会自动跳开，使反应堆停止运行。 4) 电力系统频率下降使异步电动机和变压器的励磁电流增加，使异步电 动机和变压器的无功消耗增加，从而使系统电压下降。频率下降还会引起励磁机 出力下降，并使发电机电动势下降，导致全系统电压水平降低。如果电力系统原 来的电压水平偏低，在频率下降到一定值时，可能出现电压快速且不断
12、下降，即 所谓的电压雪崩现象。出现电压雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。 2、低频运行对电力用户的影响 1) 电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，这会使得电动机所驱 动的加工工业产品的机械转速发生变化。有些产品对加工机械的转速要求很高， 转速不稳定会影响产品质量，甚至会出现次品和废品。 2) 电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性 能，频率过低时有些设备甚至无法工作。 3) 电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致所带动机 械的转速和出力降低，影响用户设备的正常运行。 电力系统规定，系统频率不能长时期运行在 49.549Hz 一下；事故情况下 不
13、能较长时间的停留在 47Hz 一下，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 本科生课程设计（论文） 2 以从荣处理事故的水平上，然后再逐步恢复到正常。由此可见，按频率自动减负 荷装置“ZPJH”是电力系统的一种有力的反事故措施。 1.2 本文主要内容 本文通过对电力系统装置的分析，整定计算以及单片机仿真等的综合设计， 研究低频自动减负荷在电力系统中对有功功率缺额的控制，低频减载装置在电力 系统中的重要作用。之前我们学习过程中了解到电力系统低频运行的危害。频率 对电力用户有一定的影响，频率对电力系统有一定的影响，所以电
14、力系统频率控 制是关系电力系统全局的控制问题。电力系统频率和有功功率自动控制是电力系 统正常运行时的频率控制，控制的目的是克服有计划外负荷引起的频率波动，维 持电力系统有合格的频率。微机低频减载装置代替常规的低频减载装置是必然的 趋势。近年来，不少研究单位和厂家研究开发了不同类型的微机低频减载装置， 有些采用专用的低频减载装置，有些是作为综合自动化系统的一个独立模块，但 是，他们存在如下几点不足：(1)闭锁条件不尽完善；(2)存在多切负荷的现象： (3)尚不能完全满足变电站综合自动化建设的需要。 针对上述现象，本文以某电厂采用双回线输送电能，满负荷运行。当其中一 条线路故障后，加重另一条线路负
15、担，为尽可能保持系统供电经济性与可靠性， 切除部分发电机组，并投入自动低频减负荷装置为例，设计了一种新型的微机自 动，低频减负荷装置，该装置有以下特点：(1)采用新的测频方法，提高了测频 精确度，可防止超调和悬停现象；(2)改善了闭锁条件，在变电站的馈电线路故 障或变压器跳闸造成失压时，装置不误动，电力系统低频振荡或受谐波干扰时， 不误动；(3)增加了远方控制和当地整定的功能：(4)为了配合无人值班变电站， 增加了重合闸功能：(5)提高了微机装置的故障自诊断能力，从而提高了装置的 可靠性。 本科生课程设计（论文） 3 第 2 章 自动低频减负荷装置原理与构成 2.1 自动低频减负荷装置的作用
16、自动减负荷装置是为了提高供电质量，保证重要用户的供电可靠性，当系统 中出现有功功率缺额时引起的频率下降时，根据频率下降的程度，自动断开一部 分用户，阻止频率下降，以使频率迅速的恢复到正常值，这种装置叫自动减负荷 装置。它不但可以保证对正常用户的供电，而且还可以避免由于频率下降引起的 系统瓦解故障。当系统全部或解列后的局部出现有功功率缺额时，能够有计划地 按频率下降情况自动减去足够数量的较次要负荷，以保证系统安全运行和向重要 用户的不间断供电。自动低频减负荷装置的数量需随系统电源投产容量的增加而 相应地增加。事故手动低频减负荷是自动减负荷的必要补充，当电源容量恢复后， 应逐步地手动或自动地恢复被切负荷。 2.2 自动低频减负荷装置原理 自动低频减负荷(ZDPJ)的基本原理可以用图 1.1 来说明。设系统故障前频率 为
