1、中华人民共和国电力行业标准电力系统自动低频减负荷技术规定发布实施中华人民共和国能源部发布目次总则自动低频减负荷装置配置整定的基本要求自动低频减负荷的整定计算自动低频减负荷装置的配置与整定低频解列装置的设置附录恒定输出功率发电机带集中负荷时的频率变化动态过程计算参考件附录越过额定值后的系统频率变化动态过程计算考虑系统等价发电机组综合调速器特性参考件附录自动低频减负荷装置的整定计算算例参考件电力系统自动低频减负荷技术规定总则按照电力系统安全稳定导则的要求电力系统必须合理安排自动低频减负荷的顺序及所切负荷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
2、负荷以保证系统安全运行和向重要用户的不间断供电本技术规定对系统自动低频减负荷的基本要求装置的配置轮数每轮起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的基本内容作了原则规定或提出了推荐意见但鉴于各区域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电力系统的自动低频减负荷方案应由系统调度部门负责制定并监督其执行调度部门应定期和当系统条件有重大变动时对其进行重新审定为了累积经验需要做好每次重大有功功率缺额事件或事故后的分析总结工作各级供电部门应负责按方案要求具体实施自动低频减负荷装置
3、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与此有关内容均需在相应的调度运行规程中予以明确规定电力系统的设计基建和生产部门均应遵守和执行本规定自动低频减负荷装置配置整定的基本要求当电力系统发生突然的有功功率缺额后主要应当依靠自动低频减负荷装置的动作使保留运行的负荷容量能与运行中的发电容量相适应以保持电力系统的继续安全运行保证向重要负荷的不间断供电对自动低频减负荷的基本要求如下当电力系统在实际可能的各种运行情况下因故发生突然的有功功率缺额后必须能及时切除相应容量的部分负荷使保留运行的系统部分能迅速恢复到额定频
4、率附近继续运行不发生频率崩溃也不使事件后的系统频率长期悬浮于某一过高或过低数值在任何情况下的频率下降过程中应保证系统低频值与所经历的时间能与运行中机组的自动低频保护和联合电网间联络线的低频解列保护相配合频率下降的最低值还必须大于核电厂冷却介质泵低频保护的整定值并留有不小于的裕度保证这些机组继续联网运行其他一般情况下为了保证火电厂的继续安全运行应限制频率低于的时间不超过以避免事故进一步恶化自动低频减负荷装置动作后应使运行系统稳态频率恢复到不低于水平为了考虑某些难以预计的可能情况应增设长延时的特殊动作轮使系统运行频率不致长期悬浮在低于的水平因负荷过切引起恢复时的系统频率过调其最大值不应超过并必须与
5、运行中机组的过频率保护相协调且留有一定裕度避免高度自动控制的大型汽轮机组在过频率过程中的可能误断开进一步扩大事故自动低频减负荷的先后顺序应按负荷的重要性进行安排宜充分利用系统的旋转备用容量当发生使系统稳态频率只下降到不低于的有功功电力系统自动低频减负荷技术规定率缺额时自动减负荷装置不动作应避免因发生短路故障以及失去供电电源后的负荷反馈引起自动减负荷装置的误动作但不考虑在系统失步振荡时的动作行为自动低频减负荷的整定计算整定计算的基本内容和目的考虑事故前后电力系统的各种不同运行方式包括可能因事故与主系统解列而形成孤立网依照可能不同份额的各种有功功率缺额情况估算自动低频减负荷装置的动作行为求得在各种
6、情况下运行系统的频率变化极限检查其是否满足前述第章规定的要求整定计算的基本假定和方法在大电力系统中在任何一种突然失去某一电源引起有功功率缺额冲击的情况下必然同时引起系统中运行机组间的同步摇摆其结果在系统频率下降的动态过程中在同一时间的系统中各枢纽点的绝对频率及频率变化率并不相等个别点的绝对频率与系统平均频率的相差可达而频率变化率则可能相差达数倍这种差别因电网结构引起有功功率缺额的事故发生地点以及事件前后的系统运行情况不同而各异在分析和评价系统中不同点自动低频减负荷装置的动作行为时需要考虑到上述的系统特点可以利用大型程序计算每一种发生有功功率突然缺额情况下系统中各点的频率变化绝对情况但一般并不用
7、以整定计算低频减负荷装置为了研究复杂电网在某些有功功率缺额情况下系统频率动态过程中的系统潮流变化分析校核各种自动装置包括低频减负荷装置的动作行为重要联络线的运行稳定性以及可能的设备过负荷或电压越限情况特别是对实际系统的事故后分析则有此需要自动低频减负荷装置的配置和整定需要适应电力系统各种可能的有功功率突然缺额情况为此宜按反应主系统或解列后的孤立网频率的平均变化过程考虑由于系统发生突然有功功率缺额引起系统频率下降系统负荷发生变化以及在频率变化过程中机组间的同步摇摆系统中的潮流与各点电压也都要发生动态变化电压的变化又影响负荷量的变化转而影响系统的频率变化动态过程但有鉴于在系统频率变化过程中系统中各
8、点的电压有的升高有的降低有的基本保持不变在进行自动低频减负荷装置的整定计算时一般情况下可以略去电压变化对系统综合负荷特性的影响但对于个别特殊情况例如因短路故障使机组强行励磁形成孤立网后随着自动减负荷系统可能出现短时电压过高引起短时负荷增大进而出现负荷过切这时需结合具体条件进一步进行分析推荐采用单机带集中负荷的最简单模型计算系统平均频率的动态变化过程由此求得的全系统平均频率变化标么值的表示式如下上三式中系统频率变化的标么值计算阶段开始时的系统频率电力系统自动低频减负荷技术规定以保留在运行中发电机力矩为基准的加速力矩标么值保留在运行中发电机输出的有功功率总阻尼因数以保留在运行中的发电机容量为基准的
9、系统惯性常数在系统频率为时的负荷有功功率表达式为其中额定频率时的负荷有功功率负荷的频率调节系数在附录中列出了式的推导及应用实例利用式计算系统平均频率变化和进行自动低频减负荷装置的整定分析时对有关系统因素可作如下考虑为了求得可能的最大频率偏移不考虑系统中旋转备用容量的作用即认为在频率下降过程中保持为事件初始时之值不变负荷的频率调节系数如果缺乏实际数据依如上同样理由可考虑取为但希望加强对实际低频事故的过程分析以求得较确切的数值在频率恢复阶段中如果按为常数求得的频率稳态超调值低于即可认为满足要求如果超过则应在频率恢复过程中引入系统等价机组的综合调速器特性作进一步的计算分析参阅附录自动低频减负荷装置的
10、配置与整定系统有功功率缺额情况用值表示即负荷容量留下的发电容量留下的发电容量随系统条件不同可能的最大值各异对于大机组小系统和某些形成孤立网的情况可能的最大值很大此时宜考虑采用连锁切相适应大容量集中负荷的办法以防止在频率快速下降的同时出现电压快速下降而发生电压崩溃的恶果最严重的系统频率下降情况除了可能发生在事故前为系统高峰负荷期间的运行方式外还可能出现在事故前为系统轻负荷期间的运行方式下此时可能因突然失去重负荷连络线或一大电源而造成大量的有功功率缺额且运行系统的惯性常数又较小计算事件后的值时可以只考虑发电机组而不计及负荷部分的作用自动低频减负荷装置的轮数各轮的起动频率值及人为附加动作延时以及各轮
11、所切负荷份额的选定及分配需要按不同系统的不同情况进行综合协调系统中设置的自动低频减负荷装置的基本轮轮数快速动作的可为轮另设长延时的特殊轮推荐采用反应装设母线电压频率绝对值的继电器作为自动低频减负荷装置的起动元件提高最高一轮的频率起动值有利于抑制系统频率下降深度但为适应前述第条的要求电力系统自动低频减负荷技术规定一般也以不超过约为宜为抑制系统频率下降最高几轮的起动元件最好采用性能优良的数字型频率继电器各轮间的起动频率差别愈小延时愈短愈有利于抑止系统频率下降但也愈易发生负荷过切而引起频率恢复时的超调特别是对于可能出现严重有功功率缺额而又不允许系统频率短时下降较低为了与大机组低频保护配合的系统显得特
12、别突出而为使自动低频减负荷装置的动作基本反映平均频率的变化对每轮装置的动作设定一定的人为延时也是必要的此外对于最高一轮用短延时躲过因短路等引起的系统频率暂态波动在系统的某些点上也可能有必要为了协调矛盾最高轮级间的起动频率差可选得较小按选用数字型频率继电器考虑例如可取为人为延时可为以快速抑止频率下降最后几轮间的起动频率差可略大人为延时也可略长防止负荷过切附加的长延时特殊轮的起动频率可以与基本轮重复其附加延时可选为每轮切负荷的份额及其分配需考虑同时适应处于主电网内或可能形成孤立网时的不同情况原则上力求按负荷重要性的顺序轮流切除次要的先切较重要的后切如果系统中有按合同的可切负荷则应最先切除如果切除热
13、电厂供热的负荷时需注意分析是否可能更多地影响热电厂的电功率输出为了抑制频率下降的深度对最高几轮分配给较大份额的切负荷量可能较好为了计及实际存在的可能误差例如系统中某些点实际切负荷的量小于安排的量某个减负荷装置因各种原因拒绝动作等由调度命令实际安排执行的每轮切负荷量宜较整定方案规定的总量略大一些按第条规定校核各种可能有功功率缺额情况下自动减负荷装置的动作行为和系统频率恢复过程协调确定各轮起动频率所带延时及所切负荷份额的最终整定值低频解列装置的设置在系统中的如下地点可考虑设置低频解列装置系统间连络线上的适当地点地区系统中由主系统受电的终端变电所母线联络断路器地区电厂的高压侧母线联络断路器专门划作系
14、统事故紧急起动电源专带厂用电的发电机组母线联络断路器在正常运行情况下低频解列点应是有功功率平衡点或基本平衡点以保证在解列后小电源侧的有功功率能够基本平衡如果在解列后必须依靠地区自动减负荷装置的动作才能保持有功功率平衡则必须检查解列后的地区无功功率平衡情况特别对于有大量电缆网络的地区系统应注意此点为了保证地区重要负荷能够确实收到双重电源的实惠在安排解列点的母线负荷分配选择解列装置的整定值以及地区发电机组保护定值时应当做到因主网故障影响地区供电可靠性时能保证地区重要负荷继续由地区电源可靠供电而当地区电源故障时能保证地区主要负荷继续由主系统可靠供电除设置低频解列装置外一般还必须考虑同时设置经断线闭锁
15、或过电流元件控制的低电压解列装置以应付因突然失去主系统电源引起小电源侧频率与电压同时发生严重快速下降的情况其整定配合除考虑第条要求外还需要与线路保护的动作有选择性如果地区系统中有特殊重要的保安负荷时为了考虑低频解列装置和断路器拒绝动作的可能性可在同一变电所或相邻变电所的两组断路器上分装两组解列装置设两个串联解列点如果可以满足上述要求低频和低压解列装置的整定值可分别取起动频率为起动电压为额定电压的延时为电力系统自动低频减负荷技术规定附录恒定输出功率发电机带集中负荷时的频率变化动态过程计算参考件式的推导系统的运动方程上三式中系统的惯性常数发电机组的机械转矩发电机组的电磁转矩发电机组的输出电功率负荷
16、功率发电机组的转子角速度如果认为在系统频率变化期间负荷母线电压保持不变则负荷特性可表示为如果认为为常数即系统完全无旋转备用容量按以上式式即可解得系统频率标么值随时间的变化关系得到第条中的式即式右侧项乘以初始频率即可得出频率变化的绝对值即为在时间瞬间的系统频率值式的应用举例假定系统在正常运行情况下突然发生了的有功功率缺额在时即发生有功功率缺额的开始求得了假定在时切除了的负荷计算求得切除负荷后瞬间的下列各值假定在时切除了另外负荷计算求得第二次切除负荷后瞬间的下列各值电力系统自动低频减负荷技术规定全过程的频率随时间变化曲线如图图频率随时间的变化附录越过额定值后的系统频率变化动态过程计算考虑系统等价发
17、电机组综合调速器特性参考件运算子符号综合调速参数图考虑调速器作用的传递函数在系统频率超过额定值后考虑机组调速器作用的系统平均频率变化为简单估算将运行机组的综合调速特性用一阶函数表示时则的传递函数框图如图所示从而求得对应于自动低频减负荷的过切情况如过切量的标么值以运行机组容量为基准为则由式及式为令由式可求得标么为电力系统自动低频减负荷技术规定从而的绝对值为对式的求极值可知使取最大值的必须满足式即由式可解得进而由式求解得系统运行机组综合调速器参数的求法代表符号不同类型机组的容量占总运行机组容量的份额标么值下标代表某一类型的机组随调速器变化的功率标么值不同类型机组的单位调节功率按图符号关系取正值不同
18、类型机组的单位调速时间特性即当输入的为一标么的阶跃函数时输出的例如当机组调速特性可用一阶传递函数表示时则式中调速器时间常数计算步序按已知数据求出运行中机组的单位综合调速特性在频率开始起调的间用等价取在及两点之值即可求得等价参数及用以计算该时间段的一般可考虑取计算例求系统等价机组的综合单位调速特性水轮发电机组一次再热式及无再热式汽轮发电机组的容量各占它们的调速器的传递函数的例子分别如图中的所示各发电机组的分别是水轮发电机组一次再热式发电机组电力系统自动低频减负荷技术规定水轮发电机组一次再热式汽轮发电机组无再热式汽轮发电机组图各种发电机组的调速器传递函数非再热式发电机组得的曲线如图所示以曲线代表前
19、的单位调速时间特性取及两点时的值为及即可求得在频率超过额定值后留在运行中的发电机组均参加调速作用系统等价机组的综合单位调速特性图曲线为求系统最大超调频率假定过切系统的求得适应于超调后前的系统等价机组的综合调速参数由求得为以上各值代入式中的表达式求得得按式可求得相应的即附录自动低频减负荷装置的整定计算算例参考件整定计算的基本前提考虑有功功率缺额不过大的情况所列整定计算方法只适用有功功率缺额不过大例如在见条文定义的情况对于因故障解列成为孤立网以及处于快速发展过程中的大机组小系统当出现的可能时则宜按条文中第五章的要求装设特殊的低频解列装置或联锁切负荷装置以确保重要负荷的继续供电按系统平均频率变化进行
20、计算在系统频率下降过程中系统中各枢纽点都会出现频率波动现象这种频率波动不但随电网电力系统自动低频减负荷技术规定结构和事件发生前后的系统情况不同而各异即使发生相同数量的突然有功功率缺额除了系统的平均频率有基本相同的变化外各点的绝对频率变化情况也将随事故发生的地点不同而不相同认为在系统平均频率变化过程中系统电压保持不变虽然在实际上在系统发生突然有功功率缺额引起系统频率下降的过程中必然引起系统中潮流和各点电压的动态变化但为简化计可略去电压变化对综合负荷特性的影响但对于个别特殊情况例如因短路故障使机组强行励磁形成孤立网后随着自动减负荷系统可能出现短时过电压引起短时负荷增大而出现负荷过切则需结合具体条件
21、进一步进行研究分析整定计算用的基本公式按第条的公式可求得频率的绝对变化如下式中系统频率的变化计算阶段开始时的系统频率总阻尼因素以保留运行发电机力矩为基准的加速力矩标么值保留运行的发电机输出有功功率标么值认为恒定在系统频率为时的负荷有功功率标么值保留运行的发电机组惯性常数由发电机转子运动方程得频率变化率值为在及两式中可近似取为则得及整定计算的例子假定的系统条件切负荷总量为系统保留运行总发电容量的大型机组的低频保护为要求在最严重情况下系统经历的最低频率值大于系统负荷的频率调节系数未确切掌握为安全计取为较低值系统机组的惯性常数低频减负荷装置全部采用数字频率继电器电力系统自动低频减负荷技术规定自动低频
22、减负荷装置的安排自动低频减负荷装置共分两组即基本轮与特殊轮基本轮为快速动作用以抑制频率下降特殊轮则为在基本轮动作后用以恢复系统频率到可以运行操作的较高数值基本轮的整定安排当时快速动作的基本轮可安排轮每轮切负荷份额的分配可考虑平均取为基本轮的最高一级可取为级差即分为五轮基本轮所带的人为延时不包括断路器的动作时间取为以保证选择性按以上具体整定值试算如下如果可以满足要求即可通过如果不能满足则需适当修改频率起动值以及切负荷量重新试算直到满足系统要求为止一般而论如果第一轮的切负荷量不超过按起动频率计最严重的负荷过切量将不超过频率超调量不会大于这一点可由附录的计算得到确证因而是允许的但如果保留运行中的机组
23、有以上为水轮发电机组允许的负荷过切量需作具体计算以求得系统的频率超调不超过以下是对基本轮动作情况的分析第一轮切负荷如果取按式当突发有功功率缺额略小于时系统频率将下降到略高于原则上所有低频减负荷装置都不能起动在实际上由于各点频率波动系统中会有一些第一轮装置动作使系统频率悬浮在以上只有依靠手动操作使系统频率恢复到高于水平当有功功率缺额略大于时的第一轮动作最大过切负荷系统频率最大超调量将低于因而是允许的如果以最大过切不超过为目标则当突发有功功率缺额为时第二轮装置最好不动作并留有一定裕度在的缺额下依靠第一轮装置的动作系统频率可以恢复到或以上考虑断路器的动作时间当时系统频率下降到后第一轮装置的频率继电器
24、开始动作经起动断路器再经才动作切负荷使系统频率恢复在系统频率下降到后的间可认为系统频率变化率为恒定值从而可求得第一轮装置切负荷时的系统频率最低值由式可求得第一轮切负荷后系统的频率变化率由式按情况考虑此时可求得为其后系统频率开始恢复第二轮切负荷按同样过切不超过在第三轮最好不动作此时依靠第一二轮的动作可以恢复系统频率到或以上电力系统自动低频减负荷技术规定对于情况在第一轮装置动作切负荷时的系统频率为然后求第一轮装置动作后的这是新阶段的初始情况即情况由式求得新阶段开始时第二轮装置的起动元件刚刚动作再经动作于切负荷此时的系统最低频率为然后开始恢复有足够裕度第三轮不起动第三轮切负荷按同样过切不超过在时第四
25、轮最好不动作在这种情况下依靠前三轮动作系统频率可以恢复到以上当时在第一轮动作切负荷时系统频率已下降到在第一轮动作切负荷的前一瞬间到第一轮装置动作切负荷时第二轮装置的起动元件已动作了第一轮装置动作后的再经后第二轮装置动作切负荷此时的系统频率已降到此时第三轮的起动元件已动作了第二轮装置动作切负荷后的再经第三轮装置动作切负荷此时的系统频率降到然后开始恢复有足够裕度可以保证第四轮不起动第四轮切按同样过切不超过在时第五轮最好不动作依靠前四轮动作系统频率可恢复到及以上当时在第一轮装置动作切负荷时系统频率已降到电力系统自动低频减负荷技术规定第一轮装置动作前瞬间此时第二轮的起动元件已起动了第三轮的起动元件也已
26、起动了第一轮动作切负荷时再经此时的系统频率已下降到了第二轮才动作切负荷到此时第三轮的起动元件已起动了第四轮已起动了第二轮切负荷后的瞬间再经第三轮装置动作切负荷当时的系统频率已降到第三轮切负荷后的瞬间再经第四轮动作切负荷此时的系统频率是然后开始恢复此时第五轮处于动作边缘第五轮切负荷用缺额的情况进行检查此时全部五轮动作后尚缺系统频率可恢复到以上对于情况第一轮切负荷时的系统频率为第一轮切负荷前瞬间此时第二轮的起动元件已动作了第三轮的起动元件也已起动了第一轮装置切负荷后的瞬间再经第二轮动作切负荷此时系统频率已降到第三轮起动元件已起动了第四轮也起动了第二轮装置起动切负荷后瞬间电力系统自动低频减负荷技术规
27、定再经第三轮动作切负荷此时的系统频率已降到此时第四轮已动作了第三轮切负荷后瞬间再经第四轮装置动作切负荷此时的系统频率已降到第五轮起动了第四轮切负荷后瞬间再经第五轮起动切负荷此时的系统频率已降到第五轮切负荷后的系统频率变化率说明系统频率开始恢复特殊轮的整定安排按照基本轮的方案整定在某些有功功率缺额下系统频率可能长期悬浮在如下几种情况即发生的有功功率缺额不能令第一轮动作此时系统频率不可避免将悬浮在第一级的起动频率值上例如第一轮切负荷后系统频率保持在略高于第二轮的起动频率值上例如同理悬浮在第三轮的起动频率值上例如同理悬浮在第四轮的起动频率值上例如同理悬浮在第五轮的起动频率值上例如如果只安排基本轮不论
28、如何整定上述的系统频率悬浮情况都是不可避免的为此需要用特殊轮来弥补上述的不足仍以上述的五轮基本轮的整定方案为例说明特殊轮的整定方案如下特殊轮第一轮起动频率长延时例如切基本轮第二轮的部分负荷用以应付本条中的情况使系统频率由恢复到左右仍以为例所需切的负荷特殊轮第二轮起动频率切基本轮第三轮的部分负荷用以应付本条中的情况时切负荷值为特殊轮第三轮起动频率切基本轮第四轮的部分负荷用以应付本条中的情况时切负荷数为特殊轮第四轮起动频率切基本轮第五轮的部分负荷用以应付本条中的情况电力系统自动低频减负荷技术规定时切负荷数为但特殊轮的设置不能改善前述情况如果特殊轮第一轮的整定频率高于基本轮的第一轮等于提高了低频减负
29、荷的最高频率起动值总结按总的切负荷量计可安排自动低频减负荷装置的整定值如表表各级起动频率值及切负荷量宜按负荷重要性安排基本延时轮切负荷量特殊延时轮表整定方案的优点是在规定的最大突然有功功率缺额下可以保证最低系统频率不过低容易满足配合要求各轮之间可以保证选择性特殊轮与基本轮之间可以取得良好配合整定方法简单计算办法明确这种方案的不足处是有一定的过切但只要过切量不过大为了减小系统频率下降深度适当的过切量应当是允许的也是不可避免的从国外各大系统的低频减负荷方案看一般第一轮切负荷的量都在左右过切量有如果系统对最低频率要求比本例还要严格可以适当提高第一轮起动频率值和适当增加前几轮切负荷量估计应当能够满足实际要求附加说明本标准由能源部电力司提出并归口本标准主要起草人王梅义印永华电力系统自动低频减负荷技术规定
