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1、河南机电高等专科学校-供电教研室 第9章变电站综合自动化系统的其他子 系统 l9.1 自动按频率减负荷 l9.2 备用电源自动投入装置 l9.3 故障录波 l9.4 小电流接地系统单相接地故障检测 Date1 河南机电高等专科学校-供电教研室 本章主要介绍变电站综合自动化系统中自 动按频率减负荷、备用电源自动投入、故障 录波、小电流接地系统接地检测等的作用、 基本原理及装置的结构特点。 第9章变电站综合自动化系统的其 他子系统 Date2 河南机电高等专科学校-供电教研室 第9章变电站综合自动化系统的其他子 系统 l9.1 自动按频率减负荷 l9.2 备用电源自动投入装置 l9.3 故障录波
2、l9.4 小电流接地系统单相接地故障检测 Date3 河南机电高等专科学校-供电教研室 l9.1.1电力系统频率偏移的危害及对策 l1.电力系统频率偏移的原因 l电力系统正常运行时，负荷波动将导致频率变化。 l原因：电力系统的频率与发电机的转速严格的对应，有 功负荷经常变化引起发电机输出电磁功率的变化，原动 机输入功率由于调节系统的滞后，不能立即随负荷波动 而作相应的变化，发电机转轴上的转矩平衡被打破，发 电机的转速将发生变化，系统的频率随之发生偏移。 l 当系统发出的有功功率多于系统所需要的，频率就 会上升；当系统发送的有功功率少于系统所需要的，频 率就会降低 9.1自动按频率减负荷 Dat
3、e4 河南机电高等专科学校-供电教研室 l2.电力系统频率降低的危害 l(1) 频率下降，使发电厂的厂用机械出力大为下降， 影响发电设备的正常工作，使发电机的有功出力减 少，导致系统频率的进一步降低。 l(2)系统频率降低，励磁机的转速下降，当励磁电流 一定时，励磁机发出的无功功率减少。而频率降低 时，异步电动机、变压器的励磁电流将增大，无功 损耗增加，导致电力系统的无功平衡和电压调整增 加困难。运行经验表明，当系统频率下降至46 45Hz时，系统的电压水平就会受到严重的影响，甚 至造成系统崩溃。 l(3)系统频率长期处于49.5-49Hz以下时，影响电厂和 系统运行的经济性，而且会使某些汽轮
4、机的叶片发 生共振，导致机械损伤，甚至断裂，造成事故。 l(4)系统频率降低影响测量仪表的准确性和用户的产 品质量。 9.1自动按频率减负荷 Date5 河南机电高等专科学校-供电教研室 l3.减少系统频率降低的措施 l 系统正常运行时，负荷波动导致的频率变化 ，可以通过一次调频和二次调频使系统频率的变 化在允许范围内。 l 调频就是调整发电机输出的有功功率，维持 系统的有功功率平衡。对于负荷变化幅度小，变 化周期短（一般为l0s以内）所引起的频率偏移， 一般由发电机的调速器进行调整。这就是电力系 统频率的一次调整。对于负荷变化幅度大，变化 周期较长（一般在l0s-3min)所引起的频率偏移，
5、 单靠调速器的作用，不能把频率偏移限制在规定 的范围内，必须有调频器参加调频。这种有调频 器参与的频率调整称为二次调整。 9.1自动按频率减负荷 Date6 河南机电高等专科学校-供电教研室 l3.减少系统频率降低的措施 l 在事故情况下，例如：大型发电机组突然切除，输 电线路发生短路跳闸或用电负荷突然大幅度增加，致使 电力系统可能出现严重的功率缺额，使频率急剧下降， 这时单靠水轮机或汽轮机组的调速器或调频器已经解决 不了频率下降的问题，必须采取紧急的低频减负荷控制 措施，才能防止电网的频率崩溃，使系统频率维持在正 常的水平或允许的范围内。 l 按频率下降的不同程度自动有次序、有计划地切除 相
6、应的负载，以阻止频率的下降，是靠自动按频率减负 荷（AFL)功能来实现的。这是保证系统安全运行的重要 措施之一。 9.1自动按频率减负荷 Date7 河南机电高等专科学校-供电教研室 l9.1.2电力系统的频率特性 电力系统的频率特性分为负荷的静态频率特性和电力 系统的动态频率特性。 l1.负荷的静态频率特性 电力系统的总有功负荷PL与频率f的关系，可称为负 荷的静态频率特性 。 l电力系统的负荷一般可分为三类。 第一类，负荷消耗的有功功率与频率无关，如白炽灯、电 热设备等。 第二类，负荷消耗的有功功率与频率一次方成正比，如碎 煤机、金属切削机床等。 第三类，负荷消耗的有功功率与频率二次方或二
7、次以上方 成正比，如通风机、水泵等。 9.1自动按频率减负荷 Date8 河南机电高等专科学校-供电教研室 l9.1.2电力系统的频率特性 当频率下降时，总负荷消耗的有功功率随着 下降；反之，将增加。这就是负荷的调节效应。 9.1自动按频率减负荷 当频率偏离额定频率fN值不 大时，定义负荷调节效应系数 K为 K=PL./f （9- 1) PL.=PL.PL.N 式中PL.-系统有功负荷变 化量； PL.N额定频率时的总有 功负荷； f 系统频率变化量， f=ffN。 Date9 河南机电高等专科学校-供电教研室 l9.1.2电力系统的频率特性 l1.负荷的静态频率特性 负荷调节效应系数，如用百
8、分数表示时，式 （91）可以改写为 K=PL./f =(PL./PL.N)/(f/fN) =PL.*/f* (92) 式中PL.、PL.*分别为系统有功负荷变 化量的百分数、标么值； f、f*分别为系统频率变化量的百分数 、标么值。 9.1自动按频率减负荷 Date10 河南机电高等专科学校-供电教研室 l9.1.2电力系统的频率特性 l1.负荷的静态频率特性 负荷有调节效应对电力系统频率可起到一定稳定作 用。当频率平衡破坏时，如发电机的出力减少，系统频 率降低。由于负荷调节效应，负荷消耗的功率相应减少 ，重新达到功率平衡。系统频率稳定在一个低于额定值 的频率上运行。 当电力系统发生事故出现大
9、量的有功缺额时，若仍 依靠负荷的调节效应来补偿有功的不足，则系统频率将 会降低到不允许的程度，从而破坏系统的稳定运行。此 时，必须再借助AFL功能自动切除一部分不重要的负荷 ，才能使系统频率回升到稳定运行范围。 9.1自动按频率减负荷 Date11 河南机电高等专科学校-供电教研室 l9.1.2电力系统的频率特性 l2.电力系统的动态频率特性 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fN，系统频率从fN变化到f的过程就反映出 系统的动态频率特性，如图所示，可以看出，系统频率 变化不是瞬间完成的，而是按指数规律变化，可表示为 l f=f+(fN-f)e-t/Tf (93) lf
10、有功功率缺额造成频率下降后的稳定运行频率； lTf系统频率变化的时间常数，与系统等值机组惯性常 数以及K有关，一般在4-5s,大系统Tf较大，小系统Tf较小 。 9.1自动按频率减负荷 Date12 河南机电高等专科学校-供电教研室 l9.1.3对低频自动减负荷装置的基本要求 l若缺额PLa仅由负荷调节效应来补偿，则 (PL.PL.N)/PL.N=K(ffN)/fN (9一4) l计及PLa=PL.NPL.，则有 f=fN1(1/k)(PLa/PL.N) (9一5) l而功率缺额又可表示为 PLa=PF Pxz 式中PF事故情况下被切除的发电功率； Pxz系统中的旋转备用功率。 9.1自动按频
11、率减负荷 Date13 河南机电高等专科学校-供电教研室 l9.1.3对低频自动减负荷装置的基本要求 l 若在额定运行情况下系统出现的功率缺额PLa为20% PL.N,取负荷调节效应系数K =2,仅依靠负荷调节效应补 偿功率缺额时，系统的稳定频率为f=501-(1/2)20 =45Hz。 l 因此，单靠负荷调节效应来补偿功率缺额，当功率 缺额较大时，将出现系统稳定频率过低，根本不能保证 系统稳定运行。 l 如切除的负荷功率为Pcut, ,则系统的功率缺额为PLa- Pcut,系统总有功负荷为PL.N-Pcut，于是由式（95)得到 系统的稳定频率为 lf=fN1-(1/k)(PLa-Pcut)
12、/(PL.N-Pcut) (9-6) 9.1自动按频率减负荷 Date14 河南机电高等专科学校-供电教研室 l9.1.3对低频自动减负荷装置的基本要求 l f=fN1-(1/k)(PLa-Pcut)/(PL.N-Pcut) l 如切除负荷功率Pcut=15%PL.N,则在同样功率缺额下 ，系统的稳定频率按式计算得48. 5Hz。 l为了保证系统的稳定运行，对AFL提出的基本要求 ： (1) AFL动作后，系统频率应回升到恢复频率范围内。 (2)使AFL充分发挥作用，应有足够负荷接于AFL上。 (3) AF应根据系统频率的下降程度切除负荷。 (4)AFL各级动作频率确定应符合系统要求 。 (5
13、)AFL应设置附加级。 AFL应有先进的原理，较高的准确度和抗干扰能力； 同时，为提高装置的可靠性防止误动，装置应有闭锁 措施。 9.1自动按频率减负荷 Date15 河南机电高等专科学校-供电教研室 l9.1.4低频减负荷的实现方法 l1.传统的低频减负荷装置 l 测频主要靠电磁型或晶体管型的频率继电器，后 来又发展了数字式频率继电器，由频率继电器和控 制轮次的中间继电器组成整套低频减负荷装置。 l 装置的主要缺点是体积大、测频精度低（分辨率 仅在0.02-0.1HZ之间）、抗干扰能力差、性能不稳定 、结构复杂、调试不方便，级差大、级数少，不能 适应系统中出现的不同的功率缺额的情况，不能有
14、效地防止系统的频率下降并恢复频率，难以实现重 合闸等功能，常造成频率的悬停和超调现象。 9.1自动按频率减负荷 Date16 河南机电高等专科学校-供电教研室 l9.1.4低频减负荷的实现方法 l2.微机型低频减负荷 l微机低频减负荷的两种方法。 (1)采用专用的低频减负荷装置实现。 (2)把低频减负荷的控制分散装设在每回馈电线 路的保护装置中。 l3.低频减负荷分级实现的原理 l按用户的重要性分n个基本级和n个特殊级。基本 级是不重要的负荷，特殊级是较重要的负荷。 l自动按频率减负荷由频率测量元件f，延时元件 t和执行元件三部分组成。 9.1自动按频率减负荷 Date17 河南机电高等专科学
15、校-供电教研室 l9.1.4低频减负荷的实现方法 l3.低频减负荷分级实现的原理 l 基本级的作用是根据系统频率下降的程度， 依次切除不重要的负荷，以便限制系统频率继续 下降。 l 当基本级全部动作后，若系统频率仍停留在 较低水平上，则附加级的频率测量元件fad1启动 ，经延时tad1后切除第一轮负荷；若系统频率 仍不能恢复到接近于fN，则将继续切除进行计数 。 9.1自动按频率减负荷 Date18 河南机电高等专科学校-供电教研室 l9.1.4低频减负荷的实现方法 l3.低频减负荷分级实现的原理 l 9.1自动按频率减负荷 Date19 河南机电高等专科学校-供电教研室 l3.低频减负荷分级
16、实现的原理 l 基本级第一轮的整定频率一般为47.5-48.5Hz ，最后一轮的整定频率一般为46一46.5Hz,相邻两 级的整定频率差取0.5 Hz,动作时限差为0.5s,若采 用微机低频减负荷，则相邻两轮间的整定频率差 可以减少，时限差也可以减少。特殊级的动作频 率可取47.5-48.5Hz，动作时限可取15-25s，时限 级差取5s左右。当某一地区电网内的全部自动按 频率减负荷装置均已动作，系统频率应恢复到 4849. 5Hz以上。 l 特别重要的用户，则设为0级，即低频减负荷 装置不会对它发切负荷的指令。 9.1自动按频率减负荷 Date20 河南机电高等专科学校-供电教研室 l9.1.5 微机低频减负荷装置介绍 l1.硬件结构及
