电力系统电压频率紧急控制装置研究

【摘要】电力系统要求的电能质量很高。电能质量分为电压质量和频率质量，电力系统的电压和频率的变化，都可能给电厂以及相关用户带来严重的后果。因此，为了降低电力系统频率和电压的超额变化给电力系统以及相关用户造成的事故和引起的损失，需要在变电所中安装电压频率减载装置，保持系统的电源与负荷的平衡。

【关键词】频率；电压；紧急控制

电力系统对电能质量的要求很高，特别是频率质量。我国电力系统的额定频率是50Hz，频率偏差为±0.2 Hz。根据电力系统的容量，频率偏差可以放宽到±0.5 Hz；而用户冲击引起的频率偏差一般不得超过±O.2Hz。

电力系统的频率偏离额定值，会严重影响电力系统用户的正常工作，比如电动机频率降低，会降低转速和输出功率、由于电动机按照额定负荷运行，由此导致电动机的工作电流增大，这样会使电动机线圈发热增加，甚至可能毁坏电机；相反，频率升高会提高电动机转速，不仅加大功率损耗，更严重的后果是会导致那些对转速稳定性要求较高的工业生产部门如电解铝厂、纺织等部门的产品质量受到影响，甚至报废大量产品。对发电厂的影响就更为严重，比如发电厂锅炉的风机、给水泵等离心式设备，当频率降低时，电动机的转速急剧降低，大大降低了锅炉的输出功率，甚至会导致停炉。同时会减少电力系统的电能输出，导致电力系统频率进一步下降，造成严重的后果。

电压质量对各类电气及用电设备的安全及经济运行有着直接的影响。由于电气设备的设计制造是以额定电压下为基础，当电压偏离额定值时，电气设备的性能、寿命以及安全等指标就会受到影响。比如对电力系统中普遍使用的电动机，当输出功率一定时，电动机的工作电流、功率因数、效率随电压变化。因异步电动机的最大转矩与端电压的平方成正比，如果电压过低，电机有可能停转或无法启动。当端电压降低时，电动机定子、转子电流明显增大，导致电动机温升加剧，甚至烧毁电动机；反之，端电压过高时，会使各类电气设备绝缘老化过程加快，缩短设备寿命等。对电热装置而言，电压过高导致温度过高，会损伤设备；电压过低则达不到所需的温度。另外，无线电、传真等设备对电压稳定的要求更高，电压超过允许偏差将使设备工作特性严重改变影响正常工作。由于各类用电负荷的性能与电压偏差有着密切关系，电压偏差过大也会给发电厂和供电系统本身造成威胁。所以，电力系统中对电压偏差的允许范围有明确的规定，通过设备监测、控制电压质量，使用电设备的电压控制在允许偏差之内，确保设备正常运行。

总之，电力系统频率、电压的变化，会给电厂及相关用户带来严重的不良后果。为了遏制因电力系统频率、电压的变化，给电力系统本身和电能用户带来事故和损失，在变电所中安装频率电压紧急控制装置。本文以南京南瑞集团公司的产品UFV―200型频率电压紧急控制装置为例，说明其在新型数字化变电所中，在控制、维护电能质量技术中的重要作用和积极意义。

1.频率电压紧急控制装置的工作原理

该装置同时测量装置安装处的两段母线电压、频率及电压和频率的变化率。装置对输入的两段母线三相交流电压进行采样，电压幅值采用滤波算法，频率值采用硬件捕获加软件校验算法，得到两组数据进行判断的。若由于有功功率引起频率下降时，装置自动根据频率降低值，依提前设定的负荷级别切除部分负荷，使电网的频率恢复正常；若由于有功功率过剩出现频率上升时，装置根据频率升高自动切除电厂部分机组，使系统的电源与负荷重新平衡。当电力系统由于无功的不足引起电压下降时，装置自动根据电压降低值，依提前设定的负荷级别切除部分电力用户负荷，确保系统内无功的平衡，使电网的电压恢复正常。本装置根据电压切负荷的出口与根据频率切负荷的出口可以相互独立。配置低频减载8轮和低压减载8轮，可直接切除24回负荷线路。低频减载和低压减载的每一轮，都有自定义出口，能够切断提前设置的不同级别的线路。

2.频率电压紧急控制装置的功能

（1）当电力系统功率缺额较大时，本装置具有在切第一轮时可加速切第二轮或二、三两轮，尽早制止频率的下降。

（2）当电力系统电压下降太快时，可加速切负荷，尽早制止系统电压的下降，避免发生电压崩溃事故，保证电压稳定。

（3）本装置具有独特的短路故障判断自适应功能，低电压减载的整定时间不需要与保护动作时间相配合，保证系统低电压时快速动作，短路故障时不动作。

（4）本装置设有闭锁功能，防止由于短路故障、负荷反馈、频率和电压异常情况可能引起的误动作。具有PT断线闭锁功能。

（5）本装置可以低频解列、低压解列。

（6）装置具有事件记录、数据记录、自检、打印、异常报警等功能。

（7）装置具有与外部监控系统进行通信的功能，可以与故障信息系统、变电站监控系统相连接，装置能提供多种多个独立的通信接口。

（8）装置具有对时功能，具备软件对时和GPS脉冲对时能力。

3.设备的主要特点

（1）结构合理

设备采用前插方式，整合了灵活性和抗干扰性的特点，同时在软件设计上采取了有效的抗干扰措施，装置具有很强的抗干扰和抗电磁辐射能力。结构上采用前插式结构，既保留了背插式机箱进出线分离的抗干扰特点，又具有维护的灵活性。通过合理的安排布局，在单层机箱内，不仅可以方便走线，而且小巧美观。

（2）速度快

装置内CPU采用新一代的RISC架构的32位处理机，不仅处理速度快，而且内存空间大，可以访问的内存多。

（3）精度高

硬件上采用16位A/D转换芯片，不仅采样速度更快，采样精度提高，为多种算法提供了硬件保证。芯片采用差分输入，将多达6路的采样保持转换整合，具有很高的硬件可靠性。

（4）记录信息

装置上具有大容量的存储设备，可记录大量数据。软件上具有完善的事件记录报告处理，可保存最近至少6次动作报告及故障录波报告，动作报告和数据在装置掉电后也不会丢失。

（5）模拟量输入多，远方通信能力强大

一层4U机箱在保持出口不变的情况下可以输入两段母线的三相电压、四段母线的三相电压、或接入110kV两段母线和35kV两段母线的情况，也可以接入四条线路的三相电流和电压，并可提供8个64K数字同向口，或E1接口或调制调解器用于远方通信。

（6）软件灵活

采用模块化编程方法，软件扩充灵活，可靠性高；同时根据硬件特点，改善大量算法，对数据的分析处理能力强。

（7）通信方式多

装置具有多种通信方式，方便监控通信。配置有多个串行通信接口，以太网接口，红外通信等。支持对厂站监控系统通信、电力行业标准的通信规约。

4.结语

在电力系统中，频率电压紧急控制装置的投入使用，对提高供电可靠性、提高电能质量、减轻电力人员负担、提高电能经营质效起到了保障和促进作用，推动了供电设备向精确、可靠、智能、多功能、数字化高端方向发展。

参考文献

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