项目四 电力系统自动装置 - 图文(4)

统的运行方式很多，而且事故的严重程度也有很大差别，对于各种可能发生的事故，要求AFL装置都能作出恰当的反应，切除相应数量的负荷功率，即不过多又不要不足。由于系统的实际功率缺额决定了频率下降的幅值及频率下降初期的下降速度，如能采用按df/dt来切除相应的负荷，可以较好地解决这个问题，但其装置构成较为复杂，尚未得到推广应用。目前普遍采用的分批断开负荷功率以逐步修正（逼近）恢复频率的方法，能够取得较为满意的结果，并且装置的构成简单，下面将详细讨论。

AFL装置是在电力系统发生事故时，在系统频率下降过程中，按照频率的不同数值顺序切除负荷。也就是将接至AFL装置的总负荷功率Pcut，max分配在不同起动频率值分批地切除，以适应不同功率缺额的需要。根据起动频率的不同，自动按频率减负荷可分为若干级，也称为若干轮，顺序地动作。

为了确定AFL装置的级数，首先要定出装置的动作频率范围，即选定第一级起动频率f1和最末一级起起频率fn。

（1）第一级起动频率f1的选择

由图4-15-3所示系统频率动态特性曲线显示的规律可知，在事故初期如能及早切除部分负荷功率，这对于延缓频率下降过程是有利的。因此，第一级的起动频率值宜选择得高一些，但是，又必须计及电力系统动用旋转备用容量所需的时间延迟，以及避免因暂性频率下降而不必要地断开负荷功率的情况。所以，一般第一级的起动频率整定为48～48.5Hz。在以水电厂为主的电力系统中，由于水轮机调速系统动作较慢，因而第一级起动频率宜取低值。

（2）末级起动频率fn的选择

电力系统允许的最低频率受安全运行的限制，以及可能发生“频率崩溃”或“电压崩溃”的限制。对于高温高压参数的火电厂，在频率低于46～46.5Hz时，厂用设备已不能正常工作，在频率低于45Hz时，就有“频率崩溃”或“电压崩溃”的危险。因此，末级的起动频率以不低于46～46.5Hz为宜。

（3）频率级差问题

当f1和fn确定之后，就可在这个频率范围内，按频率级差Δf分成n级断开负荷，即

n?f1?fn?1 4-15-5 ?f级数n越大，每级断开的负荷功率就越少，这样，装置所切除的负荷量就越有可能接近于实际功率缺额，具有较好的效果及适应性。

现在的问题是怎样选择频率级差Δf，对此当前有两种截然不同的原则：

1）根据AFL的选择性确定级差Δf。该原则强调各级动作的次序，要在前一级动作之后还不能制止频率下降的情况下，后一级才动作。

假设频率测量元件的测量误差为±Δfs，最严重的情况是前一级起动频率具有最大负误差，而本级的测量元件却为最大正误差，如图4-15-2所示。设第i级在频率为（fi－Δfs）时起动，经过Δt时间后断开用户，这时频率已下降至（fi－Δfs－Δft）。第i级断开负荷之后，如果频率不再下降（如图中虚线），则第i＋1级就不切负荷，这才算是具有选择性。因此，考虑选择性的最小频率级差为

?f?2fs??ft??fy 4-15-6

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式中 Δfs——频率测量元件的最大误差频率；

Δft——对应于每级切除负荷所需时间Δt的频率变化，因系统功率缺额不同其值

亦不同，一般可取为0.15Hz；

Δfy——频差裕度，一般可取为0.05Hz

图4-15-2 频率选择性级差的确定

按照各级有选择性地顺序切除部分负荷功率，级差Δf的值主要决定于频率测量元件的最大误差Δfs和Δt时间内频率的下降数值Δft。当频率测量元件本身的最大误差为±0.15Hz时，选择性级差Δf一般取为0.5Hz，这样，整个AFL装置只可分成五至六级。

2）增加级数n，而级差不强调选择性。由于电力系统运行方式不固定和负荷水平多变，并针对电力系统发生事故时功率缺额有很大分散性的特点，AFL装置应当遵循逐步试探求解的原则，分多级切除少量负荷，以求达到较佳的控制效果。这就要求减小级差Δf，增加总的频率动作级数n，同时也相应减少每级切除的负荷功率，这样，即使是两轮无选择性起动，切除的负荷功率不会过多，系统的恢复频率也不致过高。

在电力系统中，AFL装置总是分设在各个地区变电所中。前面已讲到，在系统频率下降的动态过程中，如果计及暂态频率修正项Δfi(t)，各节点电压的频率并不一致，所以分散在各地的同一级AFL装置，事实上也有可能不同时起动。但是，如果增加级数n而减少各级切除的负荷功率，则两级之间的选择性问题就不突出。基于这些原因，近年来的趋势是采用增加级数n的方法。例如，对于容量大于3000MW的系统，AFL装置的第一级动作频率不宜低于49Hz，频率级差不大于0.3Hz，这样，整个AFL装置可以分成10级，并且级差还有减小的趋势。

六、关于附加级（或称特殊级、后备级）

在AFL装置的动作过程中，当第i级动作切除负荷以后，如果系统频率仍继续下降，则下面各级会相继动作，直到频率下降被制止时为止。如果出现了这样的情况：第i级动作之后，系统频率可能稳定在fi，,它低于恢复频率的低限值fres?min，但又不足以使下一级动作，例如图7-4中曲线2的情况。于是系统将长时间在低于fres?min的频率下运行，这是不允许的。因此要装设附加级，以便使系统频率恢复到允许的限值以上。附加级的动作频率应不低于

fres?min，由于它是在系统频率比较稳定时动作的，因此其动作时限可以是系统时间常数Txf的

2～3倍，一般为15～25s。附加级还可按时间分为若干段，它们的起动频率相同，但动作时限不一样，各段时间差可不小于5s，按时间先后次序分批切除负荷，以适应功率缺额大小不等的需要。在分批切除负荷的过程中，一旦系统恢复频率高于附加级的返回频率，它们就停止切除负荷。

当系统发生事故AFL装置第i级动作后，频率稳定在稍低于附加级的动作频率时，附加

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级开始动作，切除部分负荷，系统频率开始回升，但希望频率上升不高于恢复频率fres。因此，附加级每段动作切除负荷的功率值可按此原则确定。

接于附加级的负荷总功率要按最不利情况考虑，即AFL装置切除负荷后系统频率稳定在可能的最低频率值，按此条件来确定附加级切除的负荷总功率的最大值，以保证其有足以使系统频率恢复到fres的能力。

七、AFL装置的动作时限

AFL装置动作时，原则上应尽可能快，这是延缓系统频率下降的最有效措施。但是，在系统发生事故时，短路故障过程中因电压波形发生畸变，造成频率测量元件的误差，可能引起装置误动作；当电压急剧下降时，会在低频率继电器的频率敏感电路中产生过渡过程，可能导致该继电器误动作，从而造成装置误动作。为了防止AFL可能的误动作，要求装置带有一个不大的延时，通常是0.3～0.5s，以躲过暂态过程中可能出现的误动作。

最后指出，为了不过多地切除负荷，AFL装置动作后，不需要使系统频率恢复到额定值，通常恢复到48～49.5Hz即可，进一步的频率恢复，由运行人员处理。

八、自动按频率减负荷装置 （一）装置原理接线

自动按频率减负荷装置由n个基本级和一个附加级组成，每一级就有一套AFL装置，其典型接线如图4-15-3所示，它安装在系统内某一变电所中，属于同一级的用户共用一套装置。

图中，低频率继电器KF取用母线电压互感器的二次电压，当系统频率降低到KF的动作频率时，KF动作闭合其触点，起动时间继电器KT，经整定时限后起动出口中间继电器KM，断开相应各负荷。

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