低频低压减载装置工作原理

低频低压减载装置

保障电网安全运行的第“三道防线”

01 为什么？

电力的供需是瞬时变化的，一旦供需不平衡，电网的频率和电压就会发生波动，电网就容易产生故障。大面积停电事故其实离我们并不遥远。无论是发达国家还是发展中国家，很多国家都发生过大面积停电事故。

咱就只说去年一年吧！

2019年3月到7月，委内瑞拉国连续发生了4次全国大面积停电；

2019年6月16日，阿根廷和乌拉圭两国发生全国大停电；

2019年8月9日，伦敦发生大面积停电

... ...

再拿我们对岸的美帝来说吧，就只加州下半年就发生了两次大规模停电事故。

反观中国，不但近20年没有发生过大停电，而且还解决了14亿人可靠用电的问题。

中国为什么没有发生大停电？

那是因为中国特有的三道防线

早在1981年，我国就出台《电力系统安全稳定导则》，规定了保障电网安全运行的“三道防线”：

第一道防线是继电保护，一旦电网发生故障，能及时、准确地切除；

第二道防线是安全自动装置，允许切机切负荷，让电网运行维持稳定状态；

第三道防线是低频低压减载装置等安稳装置，允许在极大的扰动下，切除负荷，避免电网崩溃。

那问题来了，啥是低频低压减载装置呢？为啥他可以做为我们电网的第三道防线了呢？

众所周知，电力供需过程中有功和无功的供求一旦供需不平衡，电网的频率和电压两大核心指标就会对应的发生波动，电网就容易发生故障，所以我们电网配置了低频低压减载装置。

当系统发生突然的有、无功功率缺额后，依靠自动减载装置的动作，使保留运行的负荷容量能与运行中的发电容量相适应，以保证电力系统的继续安全运行，保证向重要负荷的不间断供电。

具体又是怎么进行操作的呢？

02 低频低压减载装置的工作原理

下面以RCS-994E低频减载部分为例，介绍一下微机型低频低压减载装置的工作原理。

低频低压减载装置是如何对电压（U）、频率（f）进行采集的呢？

装置通过交流采样板对输入的两段母线三相交流电压Ua、Ub、Uc进行采样，采样周期为0.833ms，即一个工频周期采样24点。电压幅值计算采用全波傅氏算法。频率值采用软件算法，分别对两组正序电压进行计算。同时，通过电压的采样可以获得频率的值。

低频低压减载装置又是如何动作的呢？

低频低压减载装置又是如何动作的呢？

自动低频减载装置是在电力系统发生事故时，系统频率下降过程中，按照频率的不同数值按顺序的切除负荷。根据起动频率的不同低频减载可分为若干级，也称若干轮。规程要求基本轮为3-8轮，另设长延时的特殊轮。

当系统发生某个数值的有功功率缺额的故障，系统频率急剧下降达到fn-1时，自动减载的第n-1级动作，断开相应的负荷。如果第n-1级动作后，系统频率继续下降，则说明第n-1级动作后，系统频率继续下降，则说明第n-1级动作后（前面的各级均动作）所断开的负荷功率不足以抵偿系统的有功功率缺额，系统频率将再度下降。

当系统频率降低到fn时，第n级动作，再断开相应的负荷。此时，根据系统有功功率缺额的大小，可能出现如下三种情况：

①系统频率开始回升，如图曲线1；

②系统频率停止下降，开始稳定，如图曲线2。这两种情况说明直到装置第n级动作后系统有功功率才重新获得平衡，断开的总负荷补偿了功率缺额，于是装置的第n+1级就不再动作了。

③第n级动作后仍然存在着有功功率缺额，频率继续下降，如图曲线3。当频率降低到fn+1时，第n+1级动作，再断开一部分负荷。就这样装置再动作，断开相应的负荷，直到系统频率不再下降。

注： 自动减载装置的动作过程中，当第i级起动切除负荷后，如系统频率继续下降，则下面各级会相继动作，直到频率被制止为止。

03 闭锁逻辑

刚刚我们了解了，在发生电网频率和电压异常变化时，低频低压减载装置可以精准的切除负荷，确保电网的安全稳定；但是当该装置误动时也同样可能造成巨大的经济损失了。这就需要我们对装置增加防止误动的措施，来提高装置动作的可靠性，那么该装置又是有哪些闭锁元件来提高装置的动作可靠性的呢？

低电压闭锁

当正序电压＜0.15Un时，不进行低频判断，闭锁出口。

df/dt闭锁

当-df/dt≥Df3时，不进行低频判断，闭锁出口。df/dt闭锁后直到频率再恢复至启动频率值以上时才自动解除闭锁。

频率值异常闭锁

当f＜33Hz或f＞65Hz时，认为测量频率值异常。当装置检测到一段母线的频率异常或电压消失时将低频元件输入电压自动切换到另一段母线电压，若装置判断出两段母线的频率异常或电压消失，则不进行低频判断，并立即闭锁出口。

防止低频过切负荷

在低频减载实际动作过程中，可能会出现前一轮动作后系统的有功功率已经不再缺额，频率开始回升，但频率回升的拐点可能在下轮动作范围之内，如下图所示：

第一轮切负荷（t1时刻）后频率开始上升，但在第二轮频率定值以下的时间超过了第二轮的延时定值Tf2，则第二轮动作（t3时刻），不必要地多切了负荷，导致频率上升超过了正常值（图中虚线所示）。过切的现象在地区小电网容易发生。为此，在每一基本轮动作的判据中增加“df/dt＞0”的闭锁判据，可以有效防止过切现象发生，即每一基本轮同时满足以下三个条件时才能动作出口：

   i．f≤Fn;

   ii．df/dt≤0;

   iii．t≥Tfn

式中n表示第n轮，N=1~4。

对于从主网受电比例较大的地区电网，例如受电功率占地区总负荷的比例达30~50%时，一方面应尽量考虑采用在联络线跳闸时联切一定数量的负荷；另一方面在每一基本轮动作条件中增加“-df/dt≥Df0”的判据。若Df0整定为0，则与上述情况一致。若Df0整定为一个小的值，则还可以在地区电网孤立运行时，防止由频率波动引起的误切负荷。该Df0称为人为设定的频率变化率不灵敏区。