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重要供电小区低频减载的研究

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2008-9-24 9:25:45

贾京华,魏立民
河北省电力公司，河北石家庄050021

1问题的提出
   随着社会经济的发展和人民群众生活水平的提高，对供电安全可靠性提出了更高要求。低频自动减负荷是提高电网安全稳定性和重要用户供电可靠性的重要措施之一，就河北南部电网整体来说，低频减载方案能够符合有关规定，满足电网要求。而具体到某些重要的供电小区，按传统的整定方案暴露出一些问题或不适应之处，有必要针对重要供电小区开展低频自动减载及提高安全可靠性措施的研究。
2重要供电小区低频减载情况分析
2.1小区低频减载情况介绍
    重要供电小区是指既有区域性电厂、又接有对供电可靠性要求很高的用户的小区。随着电网的发展以及国家的环保政策的要求，供电小区内的小机组陆续关停，而小区内用电负荷不断增长，供电小区的功率缺额逐渐增大，致使一些重要供电小区的低频减载整定出现了问题。以石厂供电小区为例，该小区有化工、制药、医院、车站、广播电视、政府机关等重要用户。石厂小区总负荷水平已超过250 MW，而最小发电容量在100 MW左右，最大功率缺额达到150 MW，占发电容量的150%。
    在这些功率缺额较大的供电小区，按原来的低频减载方案进行整定存在如下问题：
    a. 控制切负荷容量不足，在通常情况下需要增加附加轮和加大后几轮的切负荷比例。这样，在供电小区因故障形成孤立网后，到附加轮满足动作条件时，小区的频率和电压已经降到很低的水平。
    b. 供电小区在形成孤立网时由于功率缺额较大，造成频率、电压下降很快，使df/dt、dU/dt数值很大。这样容易造成低频低压减载装置频率、电压变化率闭锁，使装置拒动。
    c. 供电小区的电压、频率大幅度降低使小区内的发电出力下降，又加剧小区的频率、电压下滑。
2.2典型事例分析
    某供电小区所发生的事故就很说明这一问题。在故障前发电出力为100 MW，经220 kV系统受电120 MW，小区总负荷为220 MW，频率、电压正常。在小区因故障形成孤立网后，0.65 s后频率下降到47.5 Hz，低频低压解列装置动作，保证厂用电和部分重要负荷的供电；低频减载装置陆续动作，共切除负荷115.8 MW，但频率继续下降到45 Hz以下才回升。在这次事故中，该小区功率缺额占总负荷的55%。故障后频率、电压下降较快，df/dt达到4 Hz/s，对机组的稳定运行也产生了一定影响。
2.3计算分析
    下面对功率缺额较大供电小区进行计算分析。
    为计算方便，假设功率缺额占发电容量的100%。根据《电力系统自动低频减负荷技术规定》（DL 428-91）推荐的单机带集中负荷模型，对功率缺额较大的供电小区的频率变化进行分析。小区频率变化过程表达式如下：

以上3式中
    Δf/f——系统频率变化的标幺值
    f——计算阶段开始时的系统频率
    T_a——以保留在运行中发电机力矩为基准的加速力矩标幺值
    P_m——保留在运行中发电机输出的有功功率
    D_T——总阻尼因数
    M——以保留在运行中的发电机容量为基准的系统惯性常数
    P_L——在系统频率为f时的负荷有功功率，P_L==f₀时的负荷有功功率，K_L为负荷的频率调节系数。
    由发电机转子运动方程，得频率变化率为：

    在计算过程中，取K_L=2，M=10，初始频率为50 Hz，由于功率缺额占发电容量的100%，所以设P_m=1，则P_L=2，ω=1。可以求得：T_a=-1，D_T=3。
    将数据代入公式（4）求得第1轮动作时的频率变化率为-4.74 Hz/s。
    第1轮动作时间为0.2 s，设开关动作时间为0.1 s，共0.3 s。假设在这段时间内频率变化率恒定，则计算得出第1轮动作时小区最低频率为：f=47.825 Hz。
    按照华北电网低频减载整定方案的要求，第1轮切负荷比例应为：

    求得第1轮切除负荷占小区总负荷的3%，则切负荷量标幺值为0.06。
    代入前面公式求得：ω=0.956 5，P_L=1.775，T_a=-0.81，Δf=0 。
    将数据代入公式（4）求得第1轮动作后的频率变化率为-4.05 Hz/s。
    由此可见，负荷切除后，频率变化率还是很大，切负荷对抑制频率下降的效果不明显。如果按原方案执行，就象前面提到的小区故障情况一样，频率将下降到45 Hz以下。
3低频减载方案研究及其措施分析
3.1联切负荷方案分析
    根据《电力系统自动低频减负荷技术规定》（DL 428-91）4.1、4.2条规定，当小区形成孤立网时，如果功率缺额较大，宜采取连续切相应大容量集中负荷的方法，以防止频率、电压快速下降而造成电网崩溃的恶果。
    联切负荷后对频率下降的抑制效果很明显。但是，对于这样重要的供电小区，实施很困难，原因如下：联切负荷需要选大容量集中负荷，这样很容易切除重要负荷，因此造成对重要用户的供电安全的影响；联切负荷量确定困难，由于小区发电出力和负荷的峰谷变化不一致，使小区功率缺额变化较大，容易造成过切或欠切；由于小区形成孤立网的原因较多，方案实现困难。
3.2加速切除方案
    通过上述分析看出，传统的低频减载整定方式不能满足要求。联切负荷能够抑制频率的快速下降，但实施起来存在问题。由于新型低频低压减载装置具有加速切除负荷的功能，小区的低频减载方案可采取加速切除方案，以抑制频率的下降。
    加速切除方案是在原低频减载整定方案的基础上，根据频率变化率df/dt的大小，加速切除第2轮、第3轮以至更多轮的负荷，以抑制频率的下降。加速轮的加速原则为：由df/dt的大小决定，当第1轮动作时，如果(df/dt)s2>|df/dt|>(df/dt)s1时，加速切除第2轮负荷；如果(df/dt)s3>|df/dt|>(df/dt)s2时，加速切除第3轮负荷。
    河北南网的频率级差为0.25 Hz，时间级差为0.2 s。为了防止造成过切，可将(df/dt)s1设定为1.25 Hz/s；(df/dt)s2设定为2.5 Hz/s；依次类推。
    根据前面的计算分析，功率缺额占发电容量100%的供电小区第1轮动作时频率已降低为7.825 Hz，此时，经计算第4轮已启动0.142 s。
    如果加速切除前3轮的负荷，设其占总负荷40%，则切负荷量的标幺值为0.8，ω=0.956 5，P_L=1.098 。那么，将数据代入公式（5），求得在前3轮负荷切除后频率变化率为-0.5 Hz/s（此时Δf=0）。
    在经过0.3-0.142=0.158 s后，第4轮动作，此时频率已下降为47.75 Hz 。
    如果第4轮切除6%的负荷，切负荷量的标幺值为0.12，ω=0.955，PL=0.985。
    那么，将数据代入公式（5），求得在第4轮负荷切除后瞬间频率变化率为0.078 Hz/s（此时Δf=0）。
    由此可见，加速切除前3轮切负荷，对小区频率下降的抑制作用非常明显，在第4轮负荷切除后频率开始回升。同时做到有选择地切除次要负荷。对重要的供电小区来说，解决了小区全部停电的问题，保证了重要用户的供电可靠性。
    加速切除方案具有很好的选择性和快速性。首先，它不改变低频减载方案的整定原则；其次，在正常情况下（小区功率缺额不大或全网因事故频率下降），它不影响低频减载正常的动作行为。只有在小区功率缺额较大时才加速切除负荷。但是它要求小区内必须使用新型的带加速轮的低频低压减载装置；同时如果小区功率缺额超过发电容量的100%时，可适当增加前几轮的切负荷比例。
3.3其他配套措施分析
    a. 通过分析可知，对于功率缺额较大的小区，伴随频率的下降，同时电压也随之下降。由于装置具有低压减载功能，可按低频整定方案的原则整定低压减载方案，作为辅助切负荷的手段，具体不累述。
    b. 从典型事故看，低频低压解列装置为保证厂用电和部分重要用户的供电起到了重要作用。在适当地点设置低频低压解列装置并保证动作的可靠性，也是进一步提高供电安全性的重要措施。
    c. 因为小区功率缺额较大,所以故障时频率、电压下降较快。适当提高低频低压减载装置中df/dt、dU/dt的定值，防止它们闭锁装置，使装置拒动。
4结束语
    通过计算分析看出，重要供电小区的低频减载方案必须引起足够重视，低频减载方案要结合小区的具体情况详细整定。对于功率缺额较大的重要供电小区，采用加速切除前几轮负荷的方法可以减少频率崩溃的可能，同时由于有选择地切除次要负荷，可保证重要负荷的供电。并且有必要增加低压减载功能作为辅助切负荷手段，以提高切负荷的可靠性。此外，提高低频低压解列装置动作的可靠性，也是加强供电可靠性的手段之一。
    虽然加速切除负荷可解决功率缺额较大的供电小区出现的一些问题，但是对于重要供电小区，加强一次网架结构，减少形成孤立网的可能性是解决问题的根本办法。对于特别重要用户，应采取分区供电方式。

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