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高考申論題 106年 [電力工程] 電力系統

第 一 題

📖 題組:
106 年 8 月 臺電系統發生發電機組因故無法發電,造成系統約不足 4200 MW 電力之事故,臺電公司保護系統適時發揮功能,避免了可能之更大停電事故。請說明: (一)是那一種保護電驛的作用?(6 分) (二)此種電驛之功能為何?(6 分) (三)其參數設定之要點為何?(8 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

是那一種保護電驛的作用?

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看到「大量失去發電量」且「避免更大停電事故」,應直覺聯想到發電量小於負載量時,系統頻率會急驟下降。為了避免系統崩潰(Frequency Collapse),必須啟動低頻卸載機制,對應的保護電驛即為低頻電驛。

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此事故中發揮關鍵作用的是低頻電驛(Under-Frequency Relay, UFR,ANSI 設備編號:81U),系統中常應用於低頻卸載(Under-Frequency Load Shedding, UFLS)保護機制。 當系統發生大型發電機組跳脫導致發電量遠小於負載需求(如短少4200 MW)時,系統頻率將急劇下降。低頻電驛偵測到頻率下降至危及系統穩定的臨界值時,會自動且迅速地切除預先設定的非重要負載,使系統的發電與用電重新恢復平衡,進而阻止頻率持續下跌,避免全系統崩潰(Blackout)的更大停電事故發生。

小題 (二)

此種電驛之功能為何?

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看到大型發電機組跳脫導致嚴重電源不足,應立刻聯想到電力系統中「有功功率與頻率」的絕對關係。思考低頻電驛 (UFR) 的核心功能,即如何透過犧牲部分負載(低頻卸載,UFLS)來挽救系統頻率,避免引發連鎖跳脫與全系統崩潰。

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【破題】 此種電驛為「低頻電驛 (Under-Frequency Relay, UFR)」,其核心功能為執行「低頻卸載 (Under-Frequency Load Shedding, UFLS)」,以防止系統頻率崩潰並維持電力系統穩定。 【論述】

小題 (三)

其參數設定之要點為何?

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看到這題,首先須聯想到106年815大停電事故中發揮關鍵防線作用的是「低頻率卸載電驛 (Under-Frequency Load Shedding, UFLS)」。參數設定的核心思維在於根據系統動態搖擺方程式 (Swing Equation),評估功率缺額與頻率下降率 (df/dt),進而規劃「分段卸載」機制,以避免過度切除負載造成頻率過衝 (Overshoot) 或卸載不及導致系統崩潰。答題時應邏輯性地條列頻率閾值、卸載量分配、時間延遲及負載優先順序等工程設定要點。

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【破題】106年815事故中發揮關鍵作用的為「低頻率卸載電驛 (Under-Frequency Load Shedding, UFLS)」。其參數設定之核心目的,在於系統發生嚴重有效功率缺額時,能依序、平穩地切除部分負載,以阻止頻率持續下降並恢復系統標稱頻率 (60 Hz),同時避免過度卸載導致頻率過衝 (Overshoot) 或引發過電壓問題。 【論述】 低頻電驛 (UFR) 參數設定之要點,依電力系統動態穩定與保護協調原則,主要包含以下五大項:

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