GB/T 15945-2008电力系统频率偏差

电力系统频率偏差的定义

电力系统频率是电能质量的基本指标之一。根据 电工学理论，正弦量在单位时间内交变的次数称为频率，用f表示，单位为Hz（赫兹）。交变（含正负半波的变化）一次所需要的时间称为周期，用T表示，单位为s（秒）。频率和周期互为倒数，即f= 1/T 。电力系统的电源来自各同步发电机。在稳态条件下各发电机同步运行，整个电力系统的频率可以视为相同，它是一个全系统一致的运行参数。电力系统的标称频率为50Hz或60Hz，中国大陆（包括港、澳地区）及欧洲地区采用50Hz，北美及台湾地区多采用60Hz，日本则有50Hz和60Hz两种；频率偏差是指电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差。

电力系统频率偏差的原因

　　1、发电机出力与负荷功率不平衡引起系统频率变化当电力系统中的有功负荷变化时，系统频率也将发生变化。发电机的频率调整是由原动机的调速系统来实现的，当系统有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化时，原动机和调速系统将自动改变原动机的进汽（水）量，相应增加或减少发电机的出力。当调速器的调节过程结束，建立新的稳态时，发电机的有功功率同频率之间的关系称为发电机组的有功功率一频率静态特性。
　　当电力系统由于负荷变化引起频率变化，依靠一次调频作用已不能保持在允许范围内时，就需要由发电机组的频率调整器动作，使发电机组的有功功率一频率静态特性平移来改变发电机的有功功率，以保持电力系统的频率不变或在允许范围内。同理，如果发电机减出力，系统频率也将明显降低，要靠系统稳定装置或调度 员干预来维持频率合格。
　　2、短路功率引起频率降低
　　系统发生三相短路时。在短路电流所流经的元件上都要消耗一定的有功功率，及Rc、Xc是系统某处至故障点的短路电阻和电抗，最严重的短路发生在及Rc=Xc处的三相短路，有功损耗为无功损耗的一半。对于容量在300兆瓦以下的小系统，在低压网络内发生故障，且切除时间较长时，这种附加的功率损耗对系统的影响是不可忽略的；对于大容量系统，变电网络不易出现Rc=Xc的条件，短路功率损耗的相对值较小，且切除故障时间较短，故短路有功损耗对频率的影响可忽略不计。
　　3、系统振荡及异步运行引起频率变化当系统振荡及异步运行时，由于均衡电流的流动而使有功损耗增加。随着电势夹角的增大，电流也增大。
　　当电势夹角达到180度瞬间，电流达最大值，即相当于系统的电气中心发生三相短路一样，该电流在系统中引起的有功损耗是很大的，在功率缺额较大的受端系统将引起附加的频率降低。异步运行时，各发电机的频率不同而造成各点脉动电压频率不等。
　　4、感应及同步电机反馈电压的频率变化
　　当供电线路切除时。受端变电所的电压不会立刻消失，这是由于同步电机和感应电机惯性转动而维持一个频率衰减的电压所致。同步电机在励磁开关未断开情况下转动就如同发电机一样运行，感应电机也因系统有电容器而形成自激发电方式。一般情况下，感应电机在断开电源2-2。5秒的时间内保持一个高于额定电压20%左右的低电压。
　　综上所述，引起频率变化的因素较为复杂，而电力系统低频运行（很少出现高频）对电力系统安全运行危害很大。由此，为确保电力系统安全稳定运行和提供优质电能，采取了一些技术上的措施，如发电厂的一次调频（调速器）和二次调频（调频器）。设置低频减负荷和低频解列装置等措施，来维持系统安全稳定运行。

电力系统频率偏差的危害

1.频率变化将引起电动机转速的变化，由这些 电动机驱动的纺织、造纸等机械的产品质量将受到影响，甚至出现残、次品。系统频率降低将使电动机的转速和功率降低，导致传动机械的出力降低，影响生产效率。

2.无功补偿用电容器的补偿容量与频率成正比， 当系统频率下降时，电容器的无功出力成比例降低，此时电容器对电压的支持作用受到削弱，不利于系统电压的调整。

3.频率偏差的积累会在电钟指示的误差中表现 出来。工业和科技部门使用的测量、控制等电子设备将受系统频率的波动而影响其准确性和工作性能，频率过低时甚至无法工作。频率偏差大使感应式电能表的计量误差加大。研究表明：频率改变1%，感应式电能表的计量误差约增大0.1%。频率加大，感应式电能表将少计电量。

4.电力系统频率降低，会对发电厂和系统的安 全运行带来影响，例如：频率下降时，汽轮机叶片的振动变大，影响使用寿命，甚至产生裂纹而断裂。又如：频率降低时，由电动机驱动的机械（如风机、水泵及磨煤机等）的出力降低，导致发电机出力下降，使系统的频率进一步下降。当频率降到46Hz或47Hz以下时，可能在几分钟内使火电厂的正常运行受到破坏，系统功率缺额更大，使频率下降更快，从而发生频率崩溃现象。再如：系统频率降低时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，所消耗的无功功率增大，结果更引起电压下降。当频率下降到45～46Hz时，各发电机及励磁的转速均显著下降，致使各发电机的电动势下降，全系统的电压水平大为降低，可能出现电压崩溃现象。发生频率或电压崩溃，会使整个系统瓦解，造成大面积停电.

电力系统频率偏差的治理

为减小系统频率偏差对用户造成的影响,国家电网将频率进行一次调频,二次调频保证频率在规定的范围内,以至于保证电力系统稳定运行.

电力系统频率偏差的测量

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