GB/T 15945-2008電力系統(tǒng)頻率偏差

電力系統(tǒng)頻率偏差的定義

電力系統(tǒng)頻率是電能質(zhì)量的基本指標(biāo)之一。根據(jù) 電工學(xué)理論，正弦量在單位時(shí)間內(nèi)交變的次數(shù)稱為頻率，用f表示，單位為Hz（赫茲）。交變（含正負(fù)半波的變化）一次所需要的時(shí)間稱為周期，用T表示，單位為s（秒）。頻率和周期互為倒數(shù)，即f= 1/T 。電力系統(tǒng)的電源來自各同步發(fā)電機(jī)。在穩(wěn)態(tài)條件下各發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行，整個(gè)電力系統(tǒng)的頻率可以視為相同，它是一個(gè)全系統(tǒng)一致的運(yùn)行參數(shù)。電力系統(tǒng)的標(biāo)稱頻率為50Hz或60Hz，中國(guó)大陸（包括港、澳地區(qū)）及歐洲地區(qū)采用50Hz，北美及臺(tái)灣地區(qū)多采用60Hz，日本則有50Hz和60Hz兩種；頻率偏差是指電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，系統(tǒng)頻率的實(shí)際值與標(biāo)稱值之差。

電力系統(tǒng)頻率偏差的原因

　　1、發(fā)電機(jī)出力與負(fù)荷功率不平衡引起系統(tǒng)頻率變化當(dāng)電力系統(tǒng)中的有功負(fù)荷變化時(shí)，系統(tǒng)頻率也將發(fā)生變化。發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)整是由原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)系統(tǒng)有功功率平衡遭到破壞，引起頻率變化時(shí)，原動(dòng)機(jī)和調(diào)速系統(tǒng)將自動(dòng)改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的進(jìn)汽（水）量，相應(yīng)增加或減少發(fā)電機(jī)的出力。當(dāng)調(diào)速器的調(diào)節(jié)過程結(jié)束，建立新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)的有功功率同頻率之間的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)組的有功功率一頻率靜態(tài)特性。
　　當(dāng)電力系統(tǒng)由于負(fù)荷變化引起頻率變化，依靠一次調(diào)頻作用已不能保持在允許范圍內(nèi)時(shí)，就需要由發(fā)電機(jī)組的頻率調(diào)整器動(dòng)作，使發(fā)電機(jī)組的有功功率一頻率靜態(tài)特性平移來改變發(fā)電機(jī)的有功功率，以保持電力系統(tǒng)的頻率不變或在允許范圍內(nèi)。同理，如果發(fā)電機(jī)減出力，系統(tǒng)頻率也將明顯降低，要靠系統(tǒng)穩(wěn)定裝置或調(diào)度 員干預(yù)來維持頻率合格。
　　2、短路功率引起頻率降低
　　系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)。在短路電流所流經(jīng)的元件上都要消耗一定的有功功率，及Rc、Xc是系統(tǒng)某處至故障點(diǎn)的短路電阻和電抗，嚴(yán)重的短路發(fā)生在及Rc=Xc處的三相短路，有功損耗為無功損耗的一半。對(duì)于容量在300兆瓦以下的小系統(tǒng)，在低壓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)生故障，且切除時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，這種附加的功率損耗對(duì)系統(tǒng)的影響是不可忽略的；對(duì)于大容量系統(tǒng)，變電網(wǎng)絡(luò)不易出現(xiàn)Rc=Xc的條件，短路功率損耗的相對(duì)值較小，且切除故障時(shí)間較短，故短路有功損耗對(duì)頻率的影響可忽略不計(jì)。
　　3、系統(tǒng)振蕩及異步運(yùn)行引起頻率變化當(dāng)系統(tǒng)振蕩及異步運(yùn)行時(shí)，由于均衡電流的流動(dòng)而使有功損耗增加。隨著電勢(shì)夾角的增大，電流也增大。
　　當(dāng)電勢(shì)夾角達(dá)到180度瞬間，電流達(dá)最大值，即相當(dāng)于系統(tǒng)的電氣中心發(fā)生三相短路一樣，該電流在系統(tǒng)中引起的有功損耗是很大的，在功率缺額較大的受端系統(tǒng)將引起附加的頻率降低。異步運(yùn)行時(shí)，各發(fā)電機(jī)的頻率不同而造成各點(diǎn)脈動(dòng)電壓頻率不等。
　　4、感應(yīng)及同步電機(jī)反饋電壓的頻率變化
　　當(dāng)供電線路切除時(shí)。受端變電所的電壓不會(huì)立刻消失，這是由于同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)而維持一個(gè)頻率衰減的電壓所致。同步電機(jī)在勵(lì)磁開關(guān)未斷開情況下轉(zhuǎn)動(dòng)就如同發(fā)電機(jī)一樣運(yùn)行，感應(yīng)電機(jī)也因系統(tǒng)有電容器而形成自激發(fā)電方式。一般情況下，感應(yīng)電機(jī)在斷開電源2-2。5秒的時(shí)間內(nèi)保持一個(gè)高于額定電壓20%左右的低電壓。
　　綜上所述，引起頻率變化的因素較為復(fù)雜，而電力系統(tǒng)低頻運(yùn)行（很少出現(xiàn)高頻）對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行危害很大。由此，為確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和提供優(yōu)質(zhì)電能，采取了一些技術(shù)上的措施，如發(fā)電廠的一次調(diào)頻（調(diào)速器）和二次調(diào)頻（調(diào)頻器）。設(shè)置低頻減負(fù)荷和低頻解列裝置等措施，來維持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

電力系統(tǒng)頻率偏差的危害

1.頻率變化將引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，由這些 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的紡織、造紙等機(jī)械的產(chǎn)品質(zhì)量將受到影響，甚至出現(xiàn)殘、次品。系統(tǒng)頻率降低將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率降低，導(dǎo)致傳動(dòng)機(jī)械的出力降低，影響生產(chǎn)效率。

2.無功補(bǔ)償用電容器的補(bǔ)償容量與頻率成正比， 當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時(shí)，電容器的無功出力成比例降低，此時(shí)電容器對(duì)電壓的支持作用受到削弱，不利于系統(tǒng)電壓的調(diào)整。

3.頻率偏差的積累會(huì)在電鐘指示的誤差中表現(xiàn) 出來。工業(yè)和科技部門使用的測(cè)量、控制等電子設(shè)備將受系統(tǒng)頻率的波動(dòng)而影響其準(zhǔn)確性和工作性能，頻率過低時(shí)甚至無法工作。頻率偏差大使感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差加大。研究表明：頻率改變1%，感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差約增大0.1%。頻率加大，感應(yīng)式電能表將少計(jì)電量。

4.電力系統(tǒng)頻率降低，會(huì)對(duì)發(fā)電廠和系統(tǒng)的安 全運(yùn)行帶來影響，例如：頻率下降時(shí)，汽輪機(jī)葉片的振動(dòng)變大，影響使用壽命，甚至產(chǎn)生裂紋而斷裂。又如：頻率降低時(shí)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械（如風(fēng)機(jī)、水泵及磨煤機(jī)等）的出力降低，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出力下降，使系統(tǒng)的頻率進(jìn)一步下降。當(dāng)頻率降到46Hz或47Hz以下時(shí)，可能在幾分鐘內(nèi)使火電廠的正常運(yùn)行受到破壞，系統(tǒng)功率缺額更大，使頻率下降更快，從而發(fā)生頻率崩潰現(xiàn)象。再如：系統(tǒng)頻率降低時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的勵(lì)磁電流增加，所消耗的無功功率增大，結(jié)果更引起電壓下降。當(dāng)頻率下降到45～46Hz時(shí)，各發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁的轉(zhuǎn)速均顯著下降，致使各發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)下降，全系統(tǒng)的電壓水平大為降低，可能出現(xiàn)電壓崩潰現(xiàn)象。發(fā)生頻率或電壓崩潰，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電.

電力系統(tǒng)頻率偏差的治理

為減小系統(tǒng)頻率偏差對(duì)用戶造成的影響,國(guó)家電網(wǎng)將頻率進(jìn)行一次調(diào)頻,二次調(diào)頻保證頻率在規(guī)定的范圍內(nèi),以至于保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行.

電力系統(tǒng)頻率偏差的測(cè)量

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