频率电压紧急控制和失步解列的原理及实现

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1、 国电自动化研究院稳定技术研究所南京南瑞集团公司稳定技术分公司*频率电压紧急控制和失步解列的 原理及实现1频率电压紧急控制和失步解列 频率电压紧急控制和失步解列是保证系统稳 定运行的第三道防线的重要组成部分，其作 用是在系统承受类大扰动时，采用解列、 低周低压减载，高周高压切机的措施防止事 故扩大，避免系统崩溃。2频率的意义及其允许范围 频率的意义 电力系统频率反映了系统有功功率的供需平衡情 况，不仅反映了电能质量，也是影响电力系统安 全稳定运行的重要因素。 正常时，频率不允许偏离0.10.2Hz，紧急情况应 在49.550.5Hz之间 频率变化的方向、幅值、速度与功率不平衡的状 态和系统特性

2、有关3频率异常危害 频率异常对电力系统的危害 电力系统汽轮机叶片对频率的要求 锅炉和核反应堆对频率的要求 发电机励磁对频率的要求 频率偏离较大将可能导致一些机组停机，可能 连锁反应造成频率崩溃 频率异常对用户的危害 主要是同步电动机 电子设备，计算机等 其它容性和感性负荷4电力系统频率特性 频率特性指系统功率不平衡时，频率的变化特性。 当发电功率小于负荷功率时，发电机的负荷力矩小于机 械输入力矩，转速将变慢而使频率降低。 当发电功率大于负荷功率时，发电机的负荷力矩大于机 械输入力矩，转速将变快而使频率升高。 转速变化可始于不平衡点，通过电网功率联系，扩大到 全网 频率变化时，负荷也随着变动，即

3、负荷频率特性 频率变化时，发电功率相应变化，即发电频率特性 当系统功率不平衡时，频率变化的动态过程，称为频率 的动态特性5电力系统频率特殊特性 系统异步运行时频率特性 线路上各点电压的瞬时频率是在平均频率附近波动，波动值 大小于该点位置有关，有些可能会达到很大的值。装置需要 对此采取措施防止未按平均频率动作。 短路时频率特性 在小容量的孤网系统的35KV以下电网，如果发生经电阻很大 的低压线路短路，也可能引起频率降低，由于短路切除时间 慢，短路所引起的功率损耗增加明显，使频率明显降低。 电源断开后母线电压频率降低 在重合闸或备用电源自动投入过程中，变电站的电源可能短 时断开，此时变电站母线仍有

4、由于电动机惰转形成的反馈电 压，该电压的频率通常下降很快，需要防止低频装置动作。6电力系统频率崩溃 频率崩溃指当功率缺额非常大时，虽然 有负荷和发电机的调节效应，但也建立 不了新的平衡状态，而频率一直下降， 直至损失全部负荷。 频率崩溃发展过程一般开始是缓慢的， 但在一个临界点将迅速下降。7电力系统保持频率正常的控制措施 电力系统保持频率正常的控制措施 自动发电控制（AGC）。任务是当负荷缓 慢变化时，调节发电机的输出功率，保持 频率恒定。 紧急状态下的频率调节。任务是在系统有 功功率出现大的扰动，频率出现大的偏差 时，尽快恢复频率至正常值，以保证电力 系统的安全。（第三道防线内容）8频率紧急

5、控制 防止频率崩溃的重要措施是安装数量和地点合适的低 频减载装置。 频率紧急控制的措施：频率下降时，基本措施是自动 低频减负荷（低频减载）；频率上升时，基本措施是 过频自动切机（高周切机）；联络线低频解列。 频率紧急控制的判据：按频率值、频率变化率及动作 延时综合进行判断，但必须防止暂态过程中频率测量 的不正确及系统内负荷反馈等问题引起的误动作。 当系统功率缺额过大（例如缺额达20）时，应装设 联络线跳闸或大机组跳闸时联切负荷（或联切蓄能电 厂的抽水机组），可有效制止频率的大幅度降低。 9电力系统频率紧急控制要求 限制频率异常下降的控制应在频率实际下降后,及时 实现控制,如切负荷； 事故时频率

6、下降的幅值和持续时间都要小于一定限度 ，该限度由系统要求所定； 当系统频率下降不大，频率虽低但不危及系统运行时 ，不宜切除负荷，一般最高切除频率应该为49HZ，目 的是充分动用备用容量； 切负荷对用户的损失应尽可能降到最低，包括增加级 数，减少每级的切除负荷量，也可根据频率恢复情况 实现被切除用户的自动重合闸； 低频装置不应该在非有功功率缺额所引起的频率变化 过渡过程中误动作，如重合闸和背自投过程中的电源 消失，同步振荡，失步振荡等。10自动低频减负荷1当电力系统发生突然的有功功率缺额时，主要应依靠低频自动减 载装置的动作，切除相应数量的负荷，使保留运行的负荷量与 运行中的发电量相适应，保持系

7、统继续安全稳定运行，保证向 重要负荷不间断供电。使电力系统在实际可能的各种运行方式 下，不发生频率崩溃，也不使频率长期悬浮在某一过低（49Hz 以下）或过高（50.5 Hz以上）的数值。低频减载的整定的原则： 与发电机组的低频保护配合 与联络线的低频解列配合 大于核电厂冷却介质泵低频保护定值（0.30.5Hz） 限制系统频率低于47Hz时间不应超过0.5秒 出现过切时，频率值不能超过51Hz，避免大机组误跳闸11自动低频减负荷2低频减载装置的配置方案： （1）设有快速动作的基本轮：对于大型电力系统动作的频率级差为0.2Hz ，每轮动作延时为0.2秒；一般配置911级。 （2）设有长延时动作的特

8、殊轮：其整定值应考虑使系统不能长期悬浮在 49Hz以下，一般动作频率值与基本轮的第一轮一致，按动作延时可分 为2 3级。 （3）为了提高动作的可靠性，应设有频率启动级（相当于保护的灵敏段 ，定值一般为49.5Hz、0.2秒）和频率变化率df/dt闭锁（一般整定 5Hz/s）。 （4）为了在大功率缺额时能快速动作，应设有按频率变化率df/dt加快动 作的功能，例如在第一轮动作时可加速第二或第二、三轮动作。 （5）为了防止过切，在每轮动作的延时过程中应检查df/dt是否变为正值 ，发现已变为正值时立即停止动作。 （6）第一轮的频率定值应考虑利用系统的旋转备用，一般不大于49.2Hz 。 （7）对于

9、可能从主网解列出来的地区电网，除了服从主网安排外，还应 考虑孤立运行时确保地区电网安全稳定运行的减载措施。12过频自动切机当送电联络线跳闸时，送端电网因功率过剩而使发电机加速， 电网频率升高，如果频率过高则会危机电网的安全。过频切机 是防止频率升高的基本措施。 过频切机应根据电网具体情况设置23轮，动作级差0.2Hz，延 时0.2秒。例如50.6Hz、 50.8Hz、 51.0Hz。 应考虑全网电源的分布情况，合理地配置过频切机装置和协调 这些装置的动作值。 为了提高动作的可靠性，应设有频率启动级（定值一般为 50.5Hz、0.2秒）和频率变化率df/dt闭锁（一般整定+5Hz/s） 。 当系

10、统功率突然过剩太大（例如过剩达25）时，应装设联络 线跳闸联切发电机组的措施，可有效制止频率的大幅度上升。13电力系统频率紧急控制装置 低频减载装置（UFLS） 快速或带短延时动作，按频率分为多级，防止频 率下降严重，基本轮； 带较长延时动作，但动作频率较高，主要是防止 频率的悬浮状态，特殊轮； 低频低压解列和切负荷装置 在与主网联系的带地区负荷的电厂和地区电网中 ，为保证厂用电和重要负荷的安全，在严重故障 时解列联络线及连锁切负荷； 如果在具有较大有功功率缺额的地区电网中发生 严重故障或解列后，电压可能严重下降不能恢复 （比频率下降的快），此时应该补充低压解列或 低压减载装置； 发电机低频自

11、起动和调相转发电14频率异常升高的特点及控制 水轮机超速导致的频率过高 电力系统负荷突然减少，系统频率会升高，原动机调速 器将动作减少输出功率； 汽轮机调速器响应速度很快，防止频率上升到危险程度 ； 水轮机调速器响应速度很慢，甩负荷时，频率可能上升 120%140%； 在水电占比重很大的系统中，当水轮机转速升高后，会 带动与之并列运行的汽轮机产生危险超速，即使此时汽 轮机关闭主汽门，发电机变为同步电动机运行，其旋转 速度一样会提高，也很危险。 控制方式的多样性 一般需要采用限制频率升高的控制装置 如果可以预测水电厂的输出线路短开后具有危险的剩余 功率，则可以安装线路跳闸联切装置，而将高频率切机

12、 装置做为后备，能可靠避免事故的扩大15电压及其控制措施 电压的意义 电力系统电压反映了系统无功功率的情况，不仅反映了 电能质量，也是影响电力系统的安全稳定运行的重要因 素； 系统电压是通过发电机、无功补偿设备和变压器分接头 切换等控制的 电压的异常 电压过高工频过电压和谐振过电压； 电压过低系统故障，负荷重，无功功率不足。电压不稳定或电压崩溃是由于系统和负荷的非线形特点造成 的 16电力系统电压稳定性 电压系统在额定运行条件下和遭受扰动之后系统中所有母 线都稳定是电力持续地保持可接受的电压的能力。 当发生扰动、增加负荷或改变系统运行方式造成渐进的、不可控 制的电压降低时（至少有一个母线的电压

13、幅值随注入母线的无功 功率的增加而减少），则系统进入电压不稳定状态。电压不稳定 的主要因素是系统不能满足无功功率的需求。 电压问题曾经主要伴随弱系统和长线路，现在在高度发达的电网 中由于重负载，使电压问题也成为一个关心的焦点。 功角不稳定和电压不稳定经常同时发生。 一种形式的不稳定可导致另一种形式的不稳定，其区别可能并不 明显。然而区别功角稳定与电压稳定对弄清楚问题的根本原因， 对改进电网设计、合理安排运行方式、以及针对性的控制将有着 重要的意义，因此应从因果关系进行分析，尽量分清功角稳定与 电压稳定。17电压稳定问题发生电压稳定问题的电力系统中固有的弱点： 1 输电网络强度不够； 2 功率传

14、输过重； 3 发电机无功/电压超过控制极限； 4 负荷特性； 5 无功补偿装置特性； 6 电压控制装置动作。18电压稳定问题电压不稳定的主要表现： 输电线负荷过重； 电压源离负荷中心过远； 电源电压过低； 无功补偿不足。19负荷特性的影响 负荷特性和配电系统电压控制装置是影响系统电压稳 定性的关键因素； 有功和无功负荷随电压而变化的负荷与输电特性相互 作用，改变通过系统的潮流。系统电压的稳定值是由 输电系统和负荷的综合特性决定的； 准确分析电压稳定性必须包括配电变压器分接头切换 的动作，配电系统中电容器的影响，负荷特性的表示 应考虑恒温器及其他负荷调节装置的影响，在工业区 内电动机和电容器可能

15、需要明显地表示出来。20电力系统电压崩溃 电压不稳定本质上是一种局部现象，但其后果却给 系统带来广泛的影响。 电压崩溃则是伴随电压不稳定导致系统相当大部分的地区 停电。美加“814”大停电过程中，最后阶段就是发生电压 崩溃导致全停。 电压稳定的控制措施 主要有发电机的励磁控制、低电压切负荷、静止补偿器等 ，低电压切负荷是电压紧急控制最主要最基本的有效措施 。21防止电压崩溃的措施：系统设计措施 动态无功电源 合适的无功补偿（投切电容器）保证足够的稳定裕度 （到不稳定的MW和 Mvar距离）。 控制网络电压和发电机无功输出， 保护与控制协调，控制变压器分接头调节器（配电电 压控制）， 低电压切负

16、荷，22防止电压崩溃的措施：系统运行措施 1 稳定裕度， 2 旋转备用， 3 调度员的作用。23防止连锁事故及频率或电压崩溃的措施 协调配置电力系统稳定器PSS，以增加阻尼，防止发 生小扰动动态失稳； 增加电压支撑，建立电压支撑能力与输电极限的关系 ； 合理安排和分配发电旋转备用； 协调安排低频自动减负荷方案； 开发运用电力系统紧急控制稳定措施； 研究运用低电压切负荷措施； 保护和发电机控制特性与电力系统动态特性的协调； 建立协调组织，以协调各成员电网的信息交换、规划 及运行。24电力系统电压紧急控制装置 为防止电力系统出现扰动后，无功功率欠缺 或不平衡，某些节点的电压降到不允许的数 值，甚至可能出现电压不稳定，应