FAL概述 FAL的工作原理

第六章

自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置第一節(jié)

概述一、電流系統(tǒng)頻率偏移的原因當(dāng)發(fā)電廠發(fā)出的有功功率不能滿足用戶要求而出現(xiàn)功率缺額的時(shí)候，系統(tǒng)頻率就會(huì)下降；當(dāng)發(fā)電廠發(fā)出的有功功率超過(guò)了負(fù)荷的需求，出現(xiàn)盈余時(shí)，頻率就會(huì)上升，超過(guò)額定頻率。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，必須維持頻率在50±(0.1～0.2)Hz的范圍內(nèi)。

在非事故情況下，負(fù)荷變化引起的的頻率偏移將由電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整來(lái)限制。對(duì)于負(fù)荷變化幅度小，變化周期短所引起的頻率偏移，一般由發(fā)電機(jī)的調(diào)速器進(jìn)行調(diào)整，這就是電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整。對(duì)于負(fù)荷變化幅度大，變化周期長(zhǎng)所引起的頻率偏移，單靠調(diào)速器的作用，不能把頻率偏移限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，必須有調(diào)頻器參加調(diào)頻。這種有調(diào)頻器參與的頻率調(diào)整稱(chēng)為二次調(diào)整。這種在系統(tǒng)頻率降低時(shí)，自動(dòng)切除負(fù)荷的裝置就叫做自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置（AFL），利用這種裝置，才能防止電網(wǎng)的頻率崩潰，保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。二、電力系統(tǒng)頻率偏移的危害1、汽輪機(jī)在頻率低于49-49.5HZ以下長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，葉片容易產(chǎn)生裂紋，當(dāng)頻率降低到45Hz附近時(shí)，葉片可能因發(fā)生共振而斷裂。2、當(dāng)頻率下降到47-48HZ時(shí)，火電廠的常用機(jī)械的出力將降低，使得鍋爐的出力減少，導(dǎo)致發(fā)電廠發(fā)出的功率減少，因此系統(tǒng)的功率缺額會(huì)更嚴(yán)重，于是系統(tǒng)頻率進(jìn)一步下降，這樣形成的連鎖反應(yīng)將使發(fā)電廠的運(yùn)行受到破壞，這種趨勢(shì)如果不能及時(shí)制止，就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)使電力系統(tǒng)頻率下降到不能允許的程度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為頻率雪崩，或稱(chēng)為頻率崩潰。3、當(dāng)頻率降低時(shí)，在系統(tǒng)中運(yùn)行的發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)等的轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低，造成發(fā)電機(jī)的空載電動(dòng)勢(shì)下降，使系統(tǒng)的電壓水平下降。當(dāng)頻率低到45-46HZ時(shí)，系統(tǒng)的電壓水平將受到嚴(yán)重影響，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性可能遭到破壞。這時(shí)，如果電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障或無(wú)功負(fù)荷增大等事故情況下，可能出現(xiàn)電壓快速而不斷地下降，這種情況稱(chēng)為電壓雪崩，或電壓崩潰。4、頻率時(shí)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，頻率降低會(huì)對(duì)所有用戶產(chǎn)生影響，例如影響某些測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確性，使企業(yè)生產(chǎn)率下降，產(chǎn)品的次品率上升等等。三、限制頻率下降的措施（1）動(dòng)用系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)備用容量；（2）應(yīng)迅速啟動(dòng)備用機(jī)組；（3）按頻率自動(dòng)減去負(fù)荷。

電力系統(tǒng)中常常設(shè)置自動(dòng)按頻率減負(fù)荷裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)AFL），或稱(chēng)低頻減載裝置，按頻率下降的程度自動(dòng)切除部分負(fù)荷，以阻止頻率的下降。四、負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)電力系統(tǒng)的負(fù)荷，一般可分為如下三類(lèi)：

第一類(lèi)：負(fù)荷消耗的有功功率與頻率無(wú)關(guān)，如電熱、照明、整流器負(fù)荷等，即PI*＝K0為常數(shù)。

第二類(lèi)：負(fù)荷消耗的有功功率與頻率的一次方成正比，如碎煤機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、金屬切削機(jī)等負(fù)荷，其軸轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，即PII*＝K1f*。

第三類(lèi)：負(fù)荷消耗的有功功率與頻率的二次方、三次方、高次方成正比，如通風(fēng)泵、水泵等負(fù)荷，即所以，電力系統(tǒng)總的有功負(fù)荷ΣPL可以認(rèn)為由上述三種負(fù)荷組成，即：當(dāng)頻率下降時(shí)，系統(tǒng)總有功負(fù)荷消耗的有功功率隨之減少；當(dāng)頻率上升時(shí)，系統(tǒng)總有功負(fù)荷消耗的有功功率隨之增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)。KL為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)。因其反映的是系統(tǒng)頻率變化時(shí)，對(duì)應(yīng)負(fù)荷有功功率的變化量，可用來(lái)衡量負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)的大小。例：一電力系統(tǒng)在某一運(yùn)行方式時(shí)，運(yùn)行機(jī)組的總額定容量為450MW，此時(shí)系統(tǒng)中負(fù)荷功率為430MW，負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)為KL＝1.5，設(shè)這時(shí)發(fā)生事故，突然切除額定容量為100MW的發(fā)電機(jī)組，如不采取措施，求事故情況下的穩(wěn)定頻率值。五、電力系統(tǒng)功率缺額時(shí)頻率的變化過(guò)程電力系統(tǒng)由于有功功率平衡遭到破壞引起系統(tǒng)頻率發(fā)生變化，頻率從正常狀態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)穩(wěn)定值所經(jīng)歷的時(shí)間過(guò)程，稱(chēng)為電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻率特性。其如圖6-2所示。圖6-2電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性由圖可知，系統(tǒng)的頻率變化不能突變，而是按一定指數(shù)規(guī)律變化。從fN變化到f1所經(jīng)過(guò)的時(shí)間t1為第二節(jié)AFL的工作原理一、裝置的原理接線圖6-3自動(dòng)按頻率負(fù)荷裝置示意圖二、AFL裝置切除負(fù)荷功率總值的確定例如，在額定運(yùn)行情況下，假設(shè)系統(tǒng)總有功負(fù)荷保持不變，當(dāng)出現(xiàn)12%ΣPL.N的功率缺額，若僅依靠負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，取負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)K＝2，則系統(tǒng)的穩(wěn)定頻率為？令在上例中，若AFL裝置動(dòng)作，使系統(tǒng)的穩(wěn)定頻率恢復(fù)為fR＝49.5Hz，則AFL裝置切除的負(fù)荷為？假設(shè)系統(tǒng)最嚴(yán)重的功率缺額PV.max。如果在此情況下要求AFL動(dòng)作后的恢復(fù)頻率為fR，則實(shí)際接到AFL裝置的負(fù)荷總功率PDE.max可由下式確定

例：某系統(tǒng)的負(fù)荷總功率為∑PL.N＝5000MW，設(shè)想系統(tǒng)最大的功率缺額為Pv.max=1200MW，設(shè)負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)為KL＝2，自動(dòng)低頻減載裝置動(dòng)作后，希望系統(tǒng)恢復(fù)頻率為fR=48Hz，求接入低頻減載裝置的功率總數(shù)PDE。max。例：某聯(lián)合系統(tǒng)中，正常情況下fN=50HZ，A系統(tǒng)自己發(fā)電500MW，B系統(tǒng)支援A系統(tǒng)180MW。A系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)因數(shù)KL=2。設(shè)B系統(tǒng)因母線故障