10.5.4. Устройства ачр с выдержкой времени, зависящей от частоты

Принцип действия такого типа разгрузки заключается в следующем. Запуск устройства АЧР происходит при снижении частоты до значения уставки запуска. С этого момента уставки срабатывания реле частоты начинают постепенно увеличиваться с течением времени, а частота срабатывания этих реле растёт. Таким образом, при глубоких снижениях частоты, происходящих с большой скоростью и являющихся следствием возникновения большого дефицита мощности, устройства АЧР с подобными (зависимыми) реле частоты будут работать быстро, т. е. как АЧР I. По мере уменьшения дефицита мощности после отключения части нагрузки и уменьшения скорости снижения частоты время действия устройств АЧР увеличивается (устройства автоматически подстраиваются к ходу процесса изменения частоты и работают как АЧР II).

Выполнение АЧР с зависимой характеристикой выдержки времени позволяет ускорить срабатывание очередей при увеличении дефицита мощности и подъём частоты до значений, близких к номинальным. Рассматриваемая возможность использования зависимых реле частоты для организации АЧР находится в настоящее время в стадии внедрения. Требуется разработка соответствующей аппаратуры, метода выбора уставок такой разгрузки, оценки возможности её сочетания с ныне применяемой АЧР и т. д.

Преимущества: ускорение срабатывания очередей при увеличении дефицита мощности.

10.5.5. Дополнительная автоматическая разгрузка

Дополнительная разгрузка устанавливается в таких узлах ЭС, в которых возможно возникновение больших местных дефицитов мощностей с последующим снижением частоты до 45 Гц и ниже даже после действия АЧР I. При этом, как правило, происходит и глубокое снижение напряжения (это обстоятельство должно учитываться при выборе схемы включения реле частоты и его типа).

В качестве критериев действия дополнительной разгрузки рекомендуются следующие:

а) факторы, характеризующие возникновение местного дефицита независимо от изменения частоты: отключение линии или трансформатора с контролем значения и направления мощности в предшествующем режиме (или без контроля), изменение тока или значения и направления потока мощности по линии через трансформатор;

б) скорость изменения частоты;

в) снижение напряжения прямой последовательности, если одновременно с дефицитом активной мощности возникает значительный дефицит реактивной мощности.

Разгрузка по частоте должна выполняться как можно быстрее; действие разгрузки по напряжению должно быть отстроено от длительности коротких замыканий, отключаемых РЗ.

Преимущества: позволяет произвести разгрузку даже при отказе АЧР I и АЧР II.

Недостатки: глубокое снижение частоты, которое влияет на выбор схемы РЗ.

10.6. Работа устройств ачр при кратковременном понижении частоты (в т. Ч. Причины кратковременного снижения частоты)

Кратковременное снижение частоты на зажимах измерительного органа устройств АЧР может возникнуть в следующих случаях:

а) при понижении частоты на шинах приёмных подстанций при их обесточивании (например, в цикле работы устройств АПВ и АВР) вследствие того, что вращающиеся по инерции синхронные и асинхронные двигатели поддерживают некоторое время напряжение, частота которого постепенно снижается;

б) при понижении частоты во время асинхронного режима и синхронных качаний вследствие возникновения биений напряжения с частотой, отличной от нормальной;

в) при понижении частоты в энергосистеме небольшой мощности во время КЗ вследствие увеличения активных потерь в элементах системы;

г) при кратковременном понижении частоты из-за медленной работы регуляторов частоты вращения гидротурбин при наличии вращающегося резерва мощности.

Работа устройств АЧР при кратковременных понижениях частоты, обусловленных указанными причинами, не оправдана, даже если последующим действием устройств ЧАПВ будет восстановлено электропитание потребителя (перерыв электроснабжения может привести к нарушению производственного процесса). По этой причине целесообразно использовать возможности, позволяющие исключить неоправданную работу устройств АЧР. Рассмотрим некоторые из таких возможностей.

а) Изменение частоты напряжения, поддерживаемого асинхронной нагрузкой после обесточивания подстанции (ПС). При отключении питающей линии или силового тр-ра напряжение на шинах приёмной ПС исчезает не сразу. При наличии асинхронных двигателей напряжение снижается до (0,1…0,15) за время 1 — 1,5 с; наличие параллельно включенных конденсаторных установок затягивает процесс (возникает явление самовозбуждения). Синхронные двигатели и компенсаторы могут поддерживать напряжения с уменьшающейся частотой более длительное время — в течение нескольких секунд.

Индукционные реле понижения частоты перестают действовать при снижении напряжения ниже 20 – 25 % номинального (см. рисунок 1), а полупроводниковое реле понижения частоты — ниже 5 – 10 % номинального.

Рисунок 4 — Зависимость частоты срабатывания реле ИВЧ-011 от подведённого напряжения (опытные данные)

Предотвратить неправильную работу устройств АЧР в рассматриваемых условиях можно несколькими способами:

1) подключив потребителей ПС к устройствам АЧР II, имеющим значительное время действия, превышающее время затухания напряжения, и не устанавливая на таких объектах устройств АЧР I;

2) установив на питающих линиях блокировку устройств АЧР с помощью реле активной мощности или реле тока, размыкающих оперативную цепь устройства АЧР при отключении линии и прекращении прохождения по ней тока нагрузки; установка токового реле допустима, если минимальный ток нагрузки по линии превосходит ток КЗ, генерируемый нагрузкой при КЗ на линии у шин приёмной ПС.

б) Изменение частоты при асинхронном режиме. При возникновении в энергосистеме асинхронного хода частота напряжений в различных частях системы становится различной. Наименьшая частота имеет место в районах с дефицитом активной мощности, наибольшая – в избыточных. Действие устройств АЧР в дефицитных районах способствует ресинхронизации. Вместе с тем ресинхронизация в ряде случаев может происходить и без работы устройств АЧР. В этих условиях отключение потребителей устройствами АЧР может оказаться нецелесообразным. Также нецелесообразна работа АЧР в условиях, когда для прекращения асинхронного режима производится быстрое разделение энергосистемы на части со сбалансированными мощностями генераторов и нагрузок. Длительный асинхронный режим, сопровождаемый прохождением уравнительных токов, может также вызывать дополнительные потери активной мощности и увеличивать объём отключений, производимых устройствами АЧР.

Допустим, что энергосистема М, ЭДС которой равен: , работает несинхронно со станцией N, ЭДС которой равен: (см. рисунок 2).

Рисунок 5 — Элементарная система рассматриваемого асинхронного режима

Соотношение частоты системы и станции .

Значение напряжения в произвольной точке P:

где – уравнительный ток:

Таким образом,

В общем случае определение сложно. Для качественного анализа примем тогда, учитывая ЭДС системы и станции, получаем:

При точка P совпадает с электрическим центром качаний (ЭЦК). Напряжение в ЭЦК будет равно:

или

Из последнего выражения следует, что реле частоты будет реагировать на частоту , называемую частотой заполнения (см. рисунок 3).

Рисунок 6 — Напряжение в ЭЦК при асинхронном режиме; 1 – напряжение заполнения; 2 – огибающая кривой максимумов мгновенных значений напряжений

На рисунках 4 – 6 приведены области срабатывания устройства АЧР с реле частоты типа ИВЧ-011 (ИВЧ-3) и реле времени. Эти характеристики получены экспериментально.

Рисунок 7 — Обобщённые области срабатывания устройств АЧР при асинхронном режиме, :

Рисунок 8 —

Рисунок 9 —

Место положение устройства АЧР в простейшей энергосистеме на рис. 2 определяет отношение , где

Генераторы подстанций M и N входят в соответственно в и переходными сопротивлениями .

Из характеристик видно, что увеличение выдержки времени и снижение уставки по частоте устройств АЧР уменьшает области возможной работы АЧР при асинхронном режиме.

в) Изменение частоты при набросе мощности во время КЗ. Наброс активной мощности при КЗ происходит за счёт увеличения активных потерь при прохождении тока КЗ, ощутимого в сетях 35 кВ и ниже.

Значение активных потерь:

Ток трёхфазного КЗ:

Следовательно,

где – номинальное фазное напряжение;

– индуктивное сопротивление до места КЗ;

– активное сопротивление до места КЗ.

Максимальное значение определяется из условия:

При этом получается

и

Если учесть, что реактивная мощность КЗ, вычисляемая при выборе аппаратуры:

то наибольший наброс активной мощности, кВт,

При КЗ, связанных с отключением потребителей или сопровождающихся большим понижением напряжения в неповреждённых частях энергетической системы, результирующий наброс мощности в системе, очевидно, будет меньшим и будет зависеть от сброса мощности; более того, в ряде случаев сброс мощности может превышать наброс. Учитывать набросы мощности при КЗ следует в изолированно работающих энергосистемах небольшой мощности (до 500 МВт) при отсутствии быстрого отключения повреждённых присоединений и наличии линий с большим активным сопротивлением. В энергосистемах при КЗ наблюдались набросы активной мощности до 50 – 70 МВт. Если КЗ отключается быстро, то частота не успевает снизиться до значения срабатывания первой очереди АЧР. Поэтому быстрое отключение повреждений рассматривается как основная мера для предотвращения работы устройств АЧР из-за увеличения активных потерь при КЗ в энергосистемах небольшой мощности.

В кабельных реактированных сетях время отключения КЗ составляет 2 – 3 с. При таких временах наблюдалось снижение частоты до 47,5 – 48 Гц в энергосистеме мощностью 400 МВт и менее.

Восстановление питания потребителей после отключения КЗ и подъёма частоты в энергосистеме осуществляется ЧАПВ.

г) Изменение частоты вследствие медленного действия регуляторов частоты вращения гидротурбин. При резком изменении соотношений между потребляемой и вырабатываемой мощностями регуляторы частоты вращения гидротурбин не успевают быстро произвести требуемые изменения расхода воды через турбину. Вследствие этого может произойти снижение частоты в энергосистеме, несмотря на наличие резерва мощности не полностью загруженных гидрогенераторов. Так, по указанной причине наблюдались случаи снижения частоты до 48,5 Гц в течение 10 с и работа первых очередей АЧР I.

Исправление неправильного действия устройств АЧР I также производится при помощи ЧАПВ; время действия устройств АЧР II должно позволять отстроить их работу при снижении частоты из-за медленного действия регуляторов частоты вращения гидротурбин.