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第六章 自动按频率减负荷装置 第一节 概述 一、电流系统频率偏移的原因 当发电厂发出的有功功率不能满足用户要求而出现功率缺额的时候，系统频率就会下降；当发电厂发出的有功功率超过了负荷的需求，出现盈余时，频率就会上升，超过额定频率。电力系统正常运行时，必须维持频率在50±(0.1～0.2)Hz的范围内。 在非事故情况下，负荷变化引起的的频率偏移将由电力系统的频率调整来限制。 对于负荷变化幅度小，变化周期短所引起的频率偏移，一般由发电机的调速器进行调整，这就是电力系统频率的一次调整。 对于负荷变化幅度大，变化周期长所引起的频率偏移，单靠调速器的作用，不能把频率偏移限制在规定的范围内，必须有调频器参加调频。这种有调频器参与的频率调整称为二次调整。 这种在系统频率降低时，自动切除负荷的装置就叫做自动按频率减负荷装置（AFL），利用这种装置，才能防止电网的频率崩溃，保证系统的安全、稳定运行。 二、电力系统频率偏移的危害 1、汽轮机在频率低于49-49.5HZ以下长期运行时，叶片容易产生裂纹，当频率降低到45Hz附近时，叶片可能因发生共振而断裂。 2、当频率下降到47-48HZ时，火电厂的常用机械的出力将降低，使得锅炉的出力减少，导致发电厂发出的功率减少，因此系统的功率缺额会更严重，于是系统频率进一步下降，这样形成的连锁反应将使发电厂的运行受到破坏，这种趋势如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度，这种现象称为频率雪崩，或称为频率崩溃。 3、当频率降低时，在系统中运行的发电机、励磁机等的转速相应降低，造成发电机的空载电动势下降，使系统的电压水平下降。当频率低到45-46HZ时，系统的电压水平将受到严重影响，系统运行的稳定性可能遭到破坏。这时，如果电力系统发生短路故障或无功负荷增大等事故情况下，可能出现电压快速而不断地下降，这种情况称为电压雪崩，或电压崩溃。 4、频率时电能质量的重要指标之一，频率降低会对所有用户产生影响，例如影响某些测量仪表的准确性，使企业生产率下降，产品的次品率上升等等。 三、限制频率下降的措施 （1）动用系统中的旋转备用容量； （2）应迅速启动备用机组； （3）按频率自动减去负荷。 电力系统中常常设置自动按频率减负荷装置（简称AFL）， 或称低频减载装置，按频率下降的程度自动切除部分负荷，以阻止频率的下降。 四、负荷的频率调节效应 电力系统的负荷，一般可分为如下三类： 第一类：负荷消耗的有功功率与频率无关，如电热、照明、整流器负荷等，即PI*＝K0为常数。 第二类：负荷消耗的有功功率与频率的一次方成正比，如碎煤机、卷扬机、金属切削机等负荷，其轴转矩为常数，即PII*＝K1f*。 第三类：负荷消耗的有功功率与频率的二次方、三次方、高次方成正比，如通风泵、水泵等负荷，即 所以，电力系统总的有功负荷ΣPL可以认为由上述三种负荷组成，即： 当频率下降时，系统总有功负荷消耗的有功功率随之减少；当频率上升时，系统总有功负荷消耗的有功功率随之增加，这种现象称为负荷的频率调节效应。 KL为负荷的频率调节效应系数。因其反映的是系统频率变化时，对应负荷有功功率的变化量，可用来衡量负荷的频率调节效应的大小。 例：一电力系统在某一运行方式时，运行机组的总额定容量为450MW，此时系统中负荷功率为430MW，负荷调节效应为KL＝1.5，设这时发生事故，突然切除额定容量为100MW的发电机组，如不采取措施，求事故情况下的稳定频率值。 五、电力系统功率缺额时频率的变化过程 电力系统由于有功功率平衡遭到破坏引起系统频率发生变化，频率从正常状态过渡到另一个稳定值所经历的时间过程，称为电力系统的动态频率特性。其如图6-2所示。 图6-2 电力系统频率的动态特性 由图可知，系统的频率变化不能突变，而是按一定指数规律变化。 从fN变化到f1所经过的时间t1为 第二节 AFL的工作原理 一、装置的原理接线 图6-3 自动按频率负荷装置示意图 二、AFL装置切除负荷功率总值的确定 例如，在额定运行情况下，假设系统总有功负荷保持不变，当出现12%ΣPL.N的功率缺额，若仅依靠负荷调节效应进行调节，取负荷调节效应系数K＝2，则系统的稳定频率为？ 令 在上例中，若AFL装置动作，使系统的稳定频率恢复为fR＝49.5Hz，则AFL装置切除的负荷为？ 假设系统最严重的功率缺额PV.max。如果在此情况下要求AFL动作后的恢复频率为fR，则实际接到AFL装置的负荷总功率PDE.max可由下式确定 例：某系统的负荷总功率为∑PL.N＝5000MW，设想系统最大的功率缺额为Pv.max=1200MW，设负荷调节效应系数为KL＝2，自动低频减载装置动作后，希望系统恢复频率为fR=48Hz，求接入