GB/T 15945-2008電力系統頻率偏差

電力系統頻率偏差的定義

電力系統頻率是電能質量的基本指標之一。根據 電工學理論，正弦量在單位時間內交變的次數稱為頻率，用f表示，單位為Hz（赫茲）。交變（含正負半波的變化）一次所需要的時間稱為周期，用T表示，單位為s（秒）。頻率和周期互為倒數，即f= 1/T 。電力系統的電源來自各同步發電機。在穩態條件下各發電機同步運行，整個電力系統的頻率可以視為相同，它是一個全系統一致的運行參數。電力系統的標稱頻率為50Hz或60Hz，中國大陸（包括港、澳地區）及歐洲地區采用50Hz，北美及臺灣地區多采用60Hz，日本則有50Hz和60Hz兩種；頻率偏差是指電力系統在正常運行條件下，系統頻率的實際值與標稱值之差。

電力系統頻率偏差的原因

　　1、發電機出力與負荷功率不平衡引起系統頻率變化當電力系統中的有功負荷變化時，系統頻率也將發生變化。發電機的頻率調整是由原動機的調速系統來實現的，當系統有功功率平衡遭到破壞，引起頻率變化時，原動機和調速系統將自動改變原動機的進汽（水）量，相應增加或減少發電機的出力。當調速器的調節過程結束，建立新的穩態時，發電機的有功功率同頻率之間的關系稱為發電機組的有功功率一頻率靜態特性。
　　當電力系統由于負荷變化引起頻率變化，依靠一次調頻作用已不能保持在允許范圍內時，就需要由發電機組的頻率調整器動作，使發電機組的有功功率一頻率靜態特性平移來改變發電機的有功功率，以保持電力系統的頻率不變或在允許范圍內。同理，如果發電機減出力，系統頻率也將明顯降低，要靠系統穩定裝置或調度 員干預來維持頻率合格。
　　2、短路功率引起頻率降低
　　系統發生三相短路時。在短路電流所流經的元件上都要消耗一定的有功功率，及Rc、Xc是系統某處至故障點的短路電阻和電抗，嚴重的短路發生在及Rc=Xc處的三相短路，有功損耗為無功損耗的一半。對于容量在300兆瓦以下的小系統，在低壓網絡內發生故障，且切除時間較長時，這種附加的功率損耗對系統的影響是不可忽略的；對于大容量系統，變電網絡不易出現Rc=Xc的條件，短路功率損耗的相對值較小，且切除故障時間較短，故短路有功損耗對頻率的影響可忽略不計。
　　3、系統振蕩及異步運行引起頻率變化當系統振蕩及異步運行時，由于均衡電流的流動而使有功損耗增加。隨著電勢夾角的增大，電流也增大。
　　當電勢夾角達到180度瞬間，電流達最大值，即相當于系統的電氣中心發生三相短路一樣，該電流在系統中引起的有功損耗是很大的，在功率缺額較大的受端系統將引起附加的頻率降低。異步運行時，各發電機的頻率不同而造成各點脈動電壓頻率不等。
　　4、感應及同步電機反饋電壓的頻率變化
　　當供電線路切除時。受端變電所的電壓不會立刻消失，這是由于同步電機和感應電機慣性轉動而維持一個頻率衰減的電壓所致。同步電機在勵磁開關未斷開情況下轉動就如同發電機一樣運行，感應電機也因系統有電容器而形成自激發電方式。一般情況下，感應電機在斷開電源2-2。5秒的時間內保持一個高于額定電壓20%左右的低電壓。
　　綜上所述，引起頻率變化的因素較為復雜，而電力系統低頻運行（很少出現高頻）對電力系統安全運行危害很大。由此，為確保電力系統安全穩定運行和提供優質電能，采取了一些技術上的措施，如發電廠的一次調頻（調速器）和二次調頻（調頻器）。設置低頻減負荷和低頻解列裝置等措施，來維持系統安全穩定運行。

電力系統頻率偏差的危害

1.頻率變化將引起電動機轉速的變化，由這些 電動機驅動的紡織、造紙等機械的產品質量將受到影響，甚至出現殘、次品。系統頻率降低將使電動機的轉速和功率降低，導致傳動機械的出力降低，影響生產效率。

2.無功補償用電容器的補償容量與頻率成正比， 當系統頻率下降時，電容器的無功出力成比例降低，此時電容器對電壓的支持作用受到削弱，不利于系統電壓的調整。

3.頻率偏差的積累會在電鐘指示的誤差中表現 出來。工業和科技部門使用的測量、控制等電子設備將受系統頻率的波動而影響其準確性和工作性能，頻率過低時甚至無法工作。頻率偏差大使感應式電能表的計量誤差加大。研究表明：頻率改變1%，感應式電能表的計量誤差約增大0.1%。頻率加大，感應式電能表將少計電量。

4.電力系統頻率降低，會對發電廠和系統的安 全運行帶來影響，例如：頻率下降時，汽輪機葉片的振動變大，影響使用壽命，甚至產生裂紋而斷裂。又如：頻率降低時，由電動機驅動的機械（如風機、水泵及磨煤機等）的出力降低，導致發電機出力下降，使系統的頻率進一步下降。當頻率降到46Hz或47Hz以下時，可能在幾分鐘內使火電廠的正常運行受到破壞，系統功率缺額更大，使頻率下降更快，從而發生頻率崩潰現象。再如：系統頻率降低時，異步電動機和變壓器的勵磁電流增加，所消耗的無功功率增大，結果更引起電壓下降。當頻率下降到45～46Hz時，各發電機及勵磁的轉速均顯著下降，致使各發電機的電動勢下降，全系統的電壓水平大為降低，可能出現電壓崩潰現象。發生頻率或電壓崩潰，會使整個系統瓦解，造成大面積停電.

電力系統頻率偏差的治理

為減小系統頻率偏差對用戶造成的影響,國家電網將頻率進行一次調頻,二次調頻保證頻率在規定的范圍內,以至于保證電力系統穩定運行.

電力系統頻率偏差的測量

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