低頻低壓減載裝置的工作原理是什么

低頻低壓減載裝置

保障電網(wǎng)安全運行的第“三道防線”

01 為什么？

電力的供需是瞬時變化的，一旦供需不平衡，電網(wǎng)的頻率和電壓就會發(fā)生波動，電網(wǎng)就容易產(chǎn)生故障。大面積停電事故其實離我們并不遙遠(yuǎn)。無論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，很多國家都發(fā)生過大面積停電事故。

咱就只說去年一年吧！

2019年3月到7月，委內(nèi)瑞拉國連續(xù)發(fā)生了4次全國大面積停電；

2019年6月16日，阿根廷和烏拉圭兩國發(fā)生全國大停電；

2019年8月9日，倫敦發(fā)生大面積停電

再拿我們對岸的美帝來說吧，就只加州下半年就發(fā)生了兩次大規(guī)模停電事故。

反觀中國，不但近20年沒有發(fā)生過大停電，而且還解決了14億人可靠用電的問題。

中國為什么沒有發(fā)生大停電？

那是因為中國特有的三道防線

早在1981年，我國就出臺《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，規(guī)定了保障電網(wǎng)安全運行的“三道防線”：

第一道防線是繼電保護，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，能及時、準(zhǔn)確地切除；

第二道防線是安全自動裝置，允許切機切負(fù)荷，讓電網(wǎng)運行維持穩(wěn)定狀態(tài)；

第三道防線是低頻低壓減載裝置等安穩(wěn)裝置，允許在極大的擾動下，切除負(fù)荷，避免電網(wǎng)崩潰。

那問題來了，啥是低頻低壓減載裝置呢？為啥他可以做為我們電網(wǎng)的第三道防線了呢？

眾所周知，電力供需過程中有功和無功的供求一旦供需不平衡，電網(wǎng)的頻率和電壓兩大核心指標(biāo)就會對應(yīng)的發(fā)生波動，電網(wǎng)就容易發(fā)生故障，所以我們電網(wǎng)配置了低頻低壓減載裝置。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生突然的有、無功功率缺額后，依靠自動減載裝置的動作，使保留運行的負(fù)荷容量能與運行中的發(fā)電容量相適應(yīng)，以保證電力系統(tǒng)的繼續(xù)安全運行，保證向重要負(fù)荷的不間斷供電。

具體又是怎么進行操作的呢？

02 低頻低壓減載裝置的工作原理

下面以RCS-994E低頻減載部分為例，介紹一下微機型低頻低壓減載裝置的工作原理。

低頻低壓減載裝置是如何對電壓（U）、頻率（f）進行采集的呢？

裝置通過交流采樣板對輸入的兩段母線三相交流電壓Ua、Ub、Uc進行采樣，采樣周期為0.833ms，即一個工頻周期采樣24點。電壓幅值計算采用全波傅氏算法。頻率值采用軟件算法，分別對兩組正序電壓進行計算。同時，通過電壓的采樣可以獲得頻率的值。

低頻低壓減載裝置又是如何動作的呢？

自動低頻減載裝置是在電力系統(tǒng)發(fā)生事故時，系統(tǒng)頻率下降過程中，按照頻率的不同數(shù)值按順序的切除負(fù)荷。根據(jù)起動頻率的不同低頻減載可分為若干級，也稱若干輪。規(guī)程要求基本輪為3-8輪，另設(shè)長延時的特殊輪。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生某個數(shù)值的有功功率缺額的故障，系統(tǒng)頻率急劇下降達(dá)到fn-1時，自動減載的第n-1級動作，斷開相應(yīng)的負(fù)荷。如果第n-1級動作后，系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降，則說明第n-1級動作后，系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降，則說明第n-1級動作后（前面的各級均動作）所斷開的負(fù)荷功率不足以抵償系統(tǒng)的有功功率缺額，系統(tǒng)頻率將再度下降。

當(dāng)系統(tǒng)頻率降低到fn時，第n級動作，再斷開相應(yīng)的負(fù)荷。此時，根據(jù)系統(tǒng)有功功率缺額的大小，可能出現(xiàn)如下三種情況：

①系統(tǒng)頻率開始回升，如圖曲線1；

②系統(tǒng)頻率停止下降，開始穩(wěn)定，如圖曲線2。這兩種情況說明直到裝置第n級動作后系統(tǒng)有功功率才重新獲得平衡，斷開的總負(fù)荷補償了功率缺額，于是裝置的第n+1級就不再動作了。

③第n級動作后仍然存在著有功功率缺額，頻率繼續(xù)下降，如圖曲線3。當(dāng)頻率降低到fn+1時，第n+1級動作，再斷開一部分負(fù)荷。就這樣裝置再動作，斷開相應(yīng)的負(fù)荷，直到系統(tǒng)頻率不再下降。

注：自動減載裝置的動作過程中，當(dāng)?shù)趇級起動切除負(fù)荷后，如系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降，則下面各級會相繼動作，直到頻率被制止為止。

03 閉鎖邏輯

剛剛我們了解了，在發(fā)生電網(wǎng)頻率和電壓異常變化時，低頻低壓減載裝置可以精準(zhǔn)的切除負(fù)荷，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定；但是當(dāng)該裝置誤動時也同樣可能造成巨大的經(jīng)濟損失了。這就需要我們對裝置增加防止誤動的措施，來提高裝置動作的可靠性，那么該裝置又是有哪些閉鎖元件來提高裝置的動作可靠性的呢？

低電壓閉鎖

當(dāng)正序電壓＜0.15Un時，不進行低頻判斷，閉鎖出口。

df/dt閉鎖

當(dāng)-df/dt≥Df3時，不進行低頻判斷，閉鎖出口。df/dt閉鎖后直到頻率再恢復(fù)至啟動頻率值以上時才自動解除閉鎖。

頻率值異常閉鎖

當(dāng)f＜33Hz或f＞65Hz時，認(rèn)為測量頻率值異常。當(dāng)裝置檢測到一段母線的頻率異常或電壓消失時將低頻元件輸入電壓自動切換到另一段母線電壓，若裝置判斷出兩段母線的頻率異?；螂妷合?，則不進行低頻判斷，并立即閉鎖出口。

防止低頻過切負(fù)荷

在低頻減載實際動作過程中，可能會出現(xiàn)前一輪動作后系統(tǒng)的有功功率已經(jīng)不再缺額，頻率開始回升，但頻率回升的拐點可能在下輪動作范圍之內(nèi)，如下圖所示：

第一輪切負(fù)荷（t1時刻）后頻率開始上升，但在第二輪頻率定值以下的時間超過了第二輪的延時定值Tf2，則第二輪動作（t3時刻），不必要地多切了負(fù)荷，導(dǎo)致頻率上升超過了正常值（圖中虛線所示）。過切的現(xiàn)象在地區(qū)小電網(wǎng)容易發(fā)生。為此，在每一基本輪動作的判據(jù)中增加“df/dt＞0”的閉鎖判據(jù)，可以有效防止過切現(xiàn)象發(fā)生，即每一基本輪同時滿足以下三個條件時才能動作出口：

i．f≤Fn;

ii．df/dt≤0;

iii．t≥Tfn

式中n表示第n輪，N=1~4。

對于從主網(wǎng)受電比例較大的地區(qū)電網(wǎng)，例如受電功率占地區(qū)總負(fù)荷的比例達(dá)30~50%時，一方面應(yīng)盡量考慮采用在聯(lián)絡(luò)線跳閘時聯(lián)切一定數(shù)量的負(fù)荷；另一方面在每一基本輪動作條件中增加“-df/dt≥Df0”的判據(jù)。若Df0整定為0，則與上述情況一致。若Df0整定為一個小的值，則還可以在地區(qū)電網(wǎng)孤立運行時，防止由頻率波動引起的誤切負(fù)荷。該Df0稱為人為設(shè)定的頻率變化率不靈敏區(qū)。