低頻低壓減載裝置

保障電網安全運行的第“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，電網的頻率和電壓就會發生波動，電網就容易產生故障。大面積停電事故其實離我們并不遙遠。無論是發達國家還是發展中國家，很多國家都發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，委內瑞拉國連續發生了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生全國大停電；

2019年8月9日，倫敦發生大面積停電

再拿我們對岸的美帝來說吧，就只加州下半年就發生了兩次大規模停電事故。

反觀中國，不但近20年沒有發生過大停電，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《電力系統安全穩定導則》，規定了保障電網安全運行的“三道防線”：

第一道防線是繼電保護，一旦電網發生故障，能及時、準確地切除；

第二道防線是安全自動裝置，允許切機切負荷，讓電網運行維持穩定狀態；

第三道防線是低頻低壓減載裝置等安穩裝置，允許在極大的擾動下，切除負荷，避免電網崩潰。

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，電網的頻率和電壓兩大核心指標就會對應的發生波動，電網就容易發生故障，所以我們電網配置了低頻低壓減載裝置。

當系統發生突然的有、無功功率缺額后，依靠自動減載裝置的動作，使保留運行的負荷容量能與運行中的發電容量相適應，以保證電力系統的繼續安全運行，保證向重要負荷的不間斷供電。

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發生事故時，系統頻率下降過程中，按照頻率的不同數值按順序的切除負荷。根據起動頻率的不同低頻減載可分為若干級，也稱若干輪。規程要求基本輪為3-8輪，另設長延時的特殊輪。

當系統發生某個數值的有功功率缺額的故障，系統頻率急劇下降達到fn-1時，自動減載的第n-1級動作，斷開相應的負荷。如果第n-1級動作后，系統頻率繼續下降，則說明第n-1級動作后，系統頻率繼續下降，則說明第n-1級動作后（前面的各級均動作）所斷開的負荷功率不足以抵償系統的有功功率缺額，系統頻率將再度下降。

當系統頻率降低到fn時，第n級動作，再斷開相應的負荷。此時，根據系統有功功率缺額的大小，可能出現如下三種情況：

①系統頻率開始回升，如圖曲線1；

②系統頻率停止下降，開始穩定，如圖曲線2。這兩種情況說明直到裝置第n級動作后系統有功功率才重新獲得平衡，斷開的總負荷補償了功率缺額，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，頻率繼續下降，如圖曲線3。當頻率降低到fn+1時，第n+1級動作，再斷開一部分負荷。就這樣裝置再動作，斷開相應的負荷，直到系統頻率不再下降。

注：自動減載裝置的動作過程中，當第i級起動切除負荷后，如系統頻率繼續下降，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，在發生電網頻率和電壓異常變化時，低頻低壓減載裝置可以精準的切除負荷，確保電網的安全穩定；但是當該裝置誤動時也同樣可能造成巨大的經濟損失了。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

當正序電壓＜0.15Un時，不進行低頻判斷，閉鎖出口。

df/dt閉鎖

當-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至啟動頻率值以上時才自動解除閉鎖。

頻率值異常閉鎖

當f＜33Hz或f＞65Hz時，認為測量頻率值異常。當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常或電壓消失，則不進行低頻判斷，并立即閉鎖出口。

防止低頻過切負荷

在低頻減載實際動作過程中，可能會出現前一輪動作后系統的有功功率已經不再缺額，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，如下圖所示：

第一輪切負荷（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），不必要地多切了負荷，導致頻率上升超過了正常值（圖中虛線所示）。過切的現象在地區小電網容易發生。為此，在每一基本輪動作的判據中增加“df/dt＞0”的閉鎖判據，可以有效防止過切現象發生，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。

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