低頻低壓減載裝置

保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的第“三道防線”

01 為什么？

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

咱就只說(shuō)去年一年吧！

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

2019年6月16日，阿根廷和烏拉圭兩國(guó)發(fā)生全國(guó)大停電；

2019年8月9日，倫敦發(fā)生大面積停電

再拿我們對(duì)岸的美帝來(lái)說(shuō)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(guó)，不但近20年沒(méi)有發(fā)生過(guò)大停電，而且還解決了14億人可靠用電的問(wèn)題。

中國(guó)為什么沒(méi)有發(fā)生大停電？

那是因?yàn)橹袊?guó)特有的三道防線

早在1981年，我國(guó)就出臺(tái)《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(yùn)行的“三道防線”：

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

第二道防線是安全自動(dòng)裝置，允許切機(jī)切負(fù)荷，讓電網(wǎng)運(yùn)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(dòng)下，切除負(fù)荷，避免電網(wǎng)崩潰。

那問(wèn)題來(lái)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(guò)程中有功和無(wú)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(huì)對(duì)應(yīng)的發(fā)生波動(dòng)，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(wú)功功率缺額后，依靠自動(dòng)減載裝置的動(dòng)作，使保留運(yùn)行的負(fù)荷容量能與運(yùn)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(yùn)行，保證向重要負(fù)荷的不間斷供電。

具體又是怎么進(jìn)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(jī)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(duì)電壓（U）、頻率（f）進(jìn)行采集的呢？

裝置通過(guò)交流采樣板對(duì)輸入的兩段母線三相交流電壓Ua、Ub、Uc進(jìn)行采樣，采樣周期為0.833ms，即一個(gè)工頻周期采樣24點(diǎn)。電壓幅值計(jì)算采用全波傅氏算法。頻率值采用軟件算法，分別對(duì)兩組正序電壓進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，通過(guò)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(dòng)作的呢？

自動(dòng)低頻減載裝置是在電力系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，系統(tǒng)頻率下降過(guò)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(dòng)頻率的不同低頻減載可分為若干級(jí)，也稱若干輪。規(guī)程要求基本輪為3-8輪，另設(shè)長(zhǎng)延時(shí)的特殊輪。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生某個(gè)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(shí)，自動(dòng)減載的第n-1級(jí)動(dòng)作，斷開(kāi)相應(yīng)的負(fù)荷。如果第n-1級(jí)動(dòng)作后，系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降，則說(shuō)明第n-1級(jí)動(dòng)作后，系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降，則說(shuō)明第n-1級(jí)動(dòng)作后（前面的各級(jí)均動(dòng)作）所斷開(kāi)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(shí)，第n級(jí)動(dòng)作，再斷開(kāi)相應(yīng)的負(fù)荷。此時(shí)，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(kāi)始回升，如圖曲線1；

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

③第n級(jí)動(dòng)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(shí)，第n+1級(jí)動(dòng)作，再斷開(kāi)一部分負(fù)荷。就這樣裝置再動(dòng)作，斷開(kāi)相應(yīng)的負(fù)荷，直到系統(tǒng)頻率不再下降。

注：自動(dòng)減載裝置的動(dòng)作過(guò)程中，當(dāng)?shù)趇級(jí)起動(dòng)切除負(fù)荷后，如系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降，則下面各級(jí)會(huì)相繼動(dòng)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(shí)，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(dòng)時(shí)也同樣可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失了。這就需要我們對(duì)裝置增加防止誤動(dòng)的措施，來(lái)提高裝置動(dòng)作的可靠性，那么該裝置又是有哪些閉鎖元件來(lái)提高裝置的動(dòng)作可靠性的呢？

低電壓閉鎖

當(dāng)正序電壓＜0.15Un時(shí)，不進(jìn)行低頻判斷，閉鎖出口。

df/dt閉鎖

當(dāng)-df/dt≥Df3時(shí)，不進(jìn)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(dòng)頻率值以上時(shí)才自動(dòng)解除閉鎖。

頻率值異常閉鎖

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

防止低頻過(guò)切負(fù)荷

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

第一輪切負(fù)荷（t1時(shí)刻）后頻率開(kāi)始上升，但在第二輪頻率定值以下的時(shí)間超過(guò)了第二輪的延時(shí)定值Tf2，則第二輪動(dòng)作（t3時(shí)刻），不必要地多切了負(fù)荷，導(dǎo)致頻率上升超過(guò)了正常值（圖中虛線所示）。過(guò)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(dòng)作的判據(jù)中增加“df/dt＞0”的閉鎖判據(jù)，可以有效防止過(guò)切現(xiàn)象發(fā)生，即每一基本輪同時(shí)滿足以下三個(gè)條件時(shí)才能動(dòng)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(duì)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(shí)，一方面應(yīng)盡量考慮采用在聯(lián)絡(luò)線跳閘時(shí)聯(lián)切一定數(shù)量的負(fù)荷；另一方面在每一基本輪動(dòng)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(gè)小的值，則還可以在地區(qū)電網(wǎng)孤立運(yùn)行時(shí)，防止由頻率波動(dòng)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)。