лекции

78

Рис. 2.3. Схема АВР на трехтрансформаторной подстанции

2.2. ТРЕБОВАНИЯ К СХЕМАМ АВР

Все устройства АВР должны удовлетворять следующим требованиям: 1. Схема АВР должна приходить в действие в случае исчезновения напряжения на шинах потребителей.

2.Обеспечить возможно быстрое включение резервного источника питания. 3.Действие АВР должно быть однократным для того, чтобы не допустить включение несколько раз на КЗ.

4.Схема АВР не должна приходить в действие до отключения выключателя рабочего источника, чтобы избежать включения резервных источников на КЗ в неотключившемся рабочем источнике.

5.Для того чтобы схема АВР действовала при исчезновении напряжения на шинах, питающих рабочий источник, когда его выключатель остается включенным, схема АВР должна дополняться пусковым органом минимального напряжения.

6.Для ускорения отключения резервного источника при его включении на неустранившееся КЗ. должно предусматриваться ускорение защит резервного источника после АВР.

2.3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СХЕМЫ АВР Питание потребителей нормально осуществляется от рабочего транс-

форматора Т1. Резервный трансформатор Т2 отключен и находится в резерве. При отключении выключателя для Q1 трансформатора Т1 его вспомогательный контакт SQ1.2 разрывает цепь обмотки промежуточного реле KL1. В результате якорь реле KL1, подтянутый при включенном выключателе, при снятии напряжения отпадает с выдержкой времени и размыкает контакты. Второй вспомогательный контакт SQ1.3 выключателя Q1 замкнувшись при отключении Q1, подает плюс через еще замкнутый контакт KL1.1 на обмотку промежуточного реле KL2, которое своими контактами производит включение выключателей Q3 и Q4. Резервного трансформатора, воздействуя на кон-

78

79

такторы включения YAC3 и YAC4 с выдержкой времени реле KL1, размыкает контакты и разрывает цепь обмотки KL2. Если резервный трансформатор будет включен действием АВР на неустранившееся КЗ. и отключится от релейной защиты, то его повторного включения не произойдет. Реле KL1 обеспечивает однократность действия АВР. Реле KL1 вновь замкнет свои контакты и подготовит схему АВР лишь после включения выключателя Q1. Выдержка времени на размыкание контактов реле KL1 больше времени включения выключателей Q3 и Q4 для надежного их включения. Если отключится выключатель Q2 со стороны высшего напряжения рабочего трансформатора потребителей подстанции В также потеряют питание. При отключении Q2, для обеспечения действия АВР необходимо отключить Q1. Это осуществляется вспомогательным контактом SQ2.2 выключателя Q2.

Действие АВР должно осуществляется и при исчезновении напряжения на шинах питающей подстанции, в этом случае предусмотрен специальный пусковой орган минимального напряжения, в который входят реле KV1, KV2, KV3, KT1 и KL3. При исчезновении напряжения на подстанции Б, а следовательно и на шинах подстанции В реле минимального напряжения подключенные к ТН1 замкнут свои контакты и подадут плюс оперативного тока на реле KT1 через контакт KV3. Реле КТ1 срабатывает и через замыкающий контакт с выдержкой времени КТ1.1, которая больше времени включения выключателей В3 и В4, подает плюс на реле KL3, которое отключает В1 и В2. После этого срабатывает АВР.

79

80

Реле KL3 предусмотрено для предотвращения отключения Реле KL3предусмотрено для предотвращения отключения трансформатора Т1 в случае отсутствия напряжения на шинах подстанции А.

ГЛАВА 3. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЧАСТОТНАЯ РАЗГРУЗКА

Одним из основных параметров, определяющих качество электроэнергии, является частота. Согласно правилам технической эксплуатации

80

81

частота в системе должна находиться в пределах 50 ± 0,1 Гц. Нарушение равенства между генерируемой и потребляемой мощностями вызывает изменение скорости вращения роторов и соответственно частоты. Работа электрической системы с пониженной частотой не допускается по следующим причинам:

-у некоторых типов паровых турбин возникает повышенная вибрация;

-падает производительность механизмов собственных нужд тепловых электростанций;

-уменьшается скорость вращения возбудителей генераторов, что может

привести к лавинообразному снижению частоты.

Для предотвращения аварии следует мобилизовать все имеющиеся на электростанциях резервы активной мощности. При отсутствии вращающегося резерва единственно возможным способом восстановления частоты является отключение наименее ответственных потребителей специальными устройствами – автоматами частотной разгрузки (АЧР), которые срабатывают при опасном снижении частоты.

Устройства АЧР необходимо устанавливать там, где возможно возникновение дефицита активной мощности в системе или в определенных её частях, а объем отключаемой нагрузки соответствует величине возможного дефицита.

3.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АЧР

Схема АЧР с двумя очередями и с последующим АПВ после АЧР приведена на рис. 3.1. Обе очереди АЧР выполнены на одном реле понижения часто ты типа РЧ 1 с автоматическим переключением уставок срабатывания ре ле.

Дефицит активной мощности возникает в результате нарушения режима работы электрической станции (ЭС).

Возможны два случая нарушения работы ЭС:

1.кратковременное отключение;

2. длительное отключение. Кратковременное отключение ЭС

При снижении частоты до уставок первой очереди АЧР срабатывает реле частоты KF1 и своими контактами KF1.1 запускает реле времени КТ1. Временно замыкается контакт КТ1.1, замыкая цепь обмотки промежуточного реле KL1, которое контактом KL1.1 замыкает цепь промежуточного реле KL2, а контактом KL1.2 размыкает цепь питания реле времени KT2. Реле KL2 сработав самоудерживается через контакт KL2.1, контакт KL2.2 подготавливает цепь питания реле KT2, контактами KL2.4 отключает потре-

81

82

бителей первой очереди и изменяет уставку срабатывания реле KF1 на меньшую частоту переключением контакта KL2.3.

Если частота в энергосистеме продолжает снижаться и достигает уставки срабатывания второй очереди АЧР, реле частоты вновь замыкает свои контакты и снова начинает работать реле времени KT1.

После замыкания упорного контакта KT1.2, срабатывает промежуточное реле KL3, самоудерживается своими контактами KL3.1 и контактами KL3.3 подает импульс на отключение потребителей второй очереди. Одновременно с этим контактом KL3.2 оно переключает Если суммарная мощность потребителей, подключенных к первой и второй очереди АЧР достаточна, то частота должна восстановиться до номинальной. После восстановления частоты реле KF1 размыкает свои контакты, вследствие чего обесточивается реле KT1 и размыкает свои контакты. Реле KL1 отпадает и замыкает контакт KL1.2 в цепи питания реле времени KT2. Так как контакт KL2.2 уже замкнут, то реле KT2 срабатывает и временно замыкающим контактом KT2.1 замыкает цепь промежуточного реле KL4. Последнее срабатывает, самоудерживается через контакт KL4.2 и подает импульс на включение потребителей, отключенных действием второй очереди АЧР(KL4.3). Контакт KL4.1 размыкает цепь питания KL3. Реле времени продолжает работать и упорным контактом KT2.2 замыкает цепь реле KL5, которое сработав, самоудерживается через KL5.2 и подает импульс на включение потребителей, отключенных действием первой очереди АЧР(KL5.4). Контакт KL5.1 обесточивает реле KL2. Реле KL6 обеспечивает возврат схемы в исходное положение контактом реле частоты на уставку ЧАПВ. Теперь контакты реле частоты KF1.1 разомкнутся лишь после того, как частота восстановится выше значения уставки.

Если суммарная мощность потребителей, подключенных к первой и второй очереди АЧР достаточна, то частота должна восстановиться до номинальной. После восстановления частоты реле KF1 размыкает свои контакты, вследствие чего обесточивается реле KT1 и размыкает свои контакты. Реле KL1 отпадает и замыкает контактреле KT1 и размыкает свои контакты. Реле KL1 отпадает и замыкает контакт KL1.2 в цепи питания реле времени KT2. Так как контакт KL2.2 уже замкнут, то реле KT2 срабатывает и временно замыкающим контактом KT2.1 замыкает цепь промежуточного реле KL4. Последнее срабатывает, самоудерживается через KL5.2 и подает импульс на включение электропотребителей, отключенных действием первой очереди

82

83

+

КТ1

--

КF 1.1

КТ1.1

КL1

КH1

КL1.1

R 1

КL2.1

КL5.1

КL2

КТ1.2

КH2

R 2

КL 3.1

КL 4.1

КL3

КL2.2

КL1.2

КT2

КТ2.1

КH3

R 3

КL 4.2

КL4

КL6.1

КТ2.2

КH4

R 4

КL5.2

КL5

КL5.3			КL6

КL3.2		КL2.4	КL4.3
	к реле
		Откл	Вкл
	частоты
48 Гц		I очередь	II очередь
		КL3.3	КL5.4
КL2.3
	к реле	Откл	Вкл
47 Гц	частоты	II очередь	I очередь

Рис. 3.1. Схема цепей постоянного оперативного тока устройства АЧР

АЧР(KL5.4). Контакт KL5.1 обесточивает реле KL2. Реле KL6 обеспечивает возврат схемы в исходное положение контактом KL6.1.

Длительное отключение ЭС

При снижении частоты отключение потребителей первой и второй очереди происходит аналогично процедуре, описанной выше.

Рассмотрим работу схемы при частотном автоматическом повторном включении (ЧАПВ) после действия АЧР. При отключении части потребите-

83

84

лей под действием АЧР частота сети начинает восстанавливаться. Восстановление частоты происходит не за счет успешного отключения ЭС, а за счет мобилизации резервов активной мощности в крупной энергосистеме (С): путем полной загрузки генераторов и пуска резервных агрегатов.

При повышении частоты до величины уставки ЧАПВ, реле частоты KF1 размыкает свои контакты и вновь начинает работать реле времени KT2, и временно замыкающим контактом KT1.1 подает импульс на включение потребителей, отключенных действием второй очереди АЧР. Одновременно размыкается цепь питания промежуточного реле KL3, которое изменяет уставку срабатывания реле KF1 на большую (на схеме не показано). Но теперь, увеличение частоты до величины частоты срабатывания не происходит, так как в системе не хватает резерва мощности для покрытия дефицита, поэтому потребители, отключенные под действием первой очереди АЧР, не включаются.

Частота наряду с напряжением является основным параметром, определяющим качество электроэнергии. Отклонение частоты отражается на работе потребителей. С понижением частоты уменьшается скорость вращения электродвигателей и соответственно уменьшается производительность, приводимых ими механизмов. На ряде предприятий отключение частоты может привести к нарушению технологии производства и к браку. Согласно ПТЭ частота не должна отклоняться от номинального значения больше чем на

±0,2Гц. Регулирование частоты производится либо вручную, либо автоматически с помощью регуляторов. Пока генераторы загружены не полностью и, следовательно, в энергосистеме есть резерв активной мощности, регуляторы частоты и скорости будут поддерживать заданный уровень частоты. После того, как резерва вращающихся агрегатов будут исчерпаны, дефицит активной мощности, вызванный отключением части генераторов или включением новых потребителей, приведет к снижению частоты в энергосистеме. Снижение частоты влечет за собой снижение производительности механизмов С.Н. станций, резко уменьшается располагаемая мощность тепловых электростанций, что влечет за собой дальнейшее снижение частоты в энергосистеме (“лавина частоты”).

При отсутствии вращающего резерва единственно возможным способом восстановления частоты является отключение части наименее ответственных потребителей. Это и осуществляется с помощью специальных устройств – автоматов частотной разгрузки, срабатывающих при опасном снижении частоты.

Устройства АЧР, используемые для ликвидации аварийного дефицита активной мощности в энергосистемах, подразделяются на три категории: АЧР I, АЧР II, дополнительные АЧР.

АЧР I – быстродействующая с уставками срабатывания от 47-48 до 4646,5Гц, tср≥0,1-0,3сек. Назначение этой категории – не допускать глубокого снижения частоты в первое время развития аварии. Уставки АЧР I отличаются друг от друга на 0,1Гц. Отключение идут по очереди через 0,1Гц. К АЧР I

84

85

подключаются примерно 78-80% от общей нагрузки, подключенной к АЧР I АЧР II.

Вторая категория – АЧР II предназначена для восстановления частоты до нормального значения в случае, если она длительно остается пониженной или, как говорят “зависает” на уровне 48Гц и работает после отключения части потребителей от АЧР I. Уставки АЧР II принимаются одинаковыми на 0,5Гц выше верхнего предела АЧР I – 47,5-48,5Гц. Выдержки времени АЧР II отличаются друг от друга на 5сек. и принимаются равным 19-20сек. К АЧР II подключается 20-25% общей нагрузки.

Кроме того, в эксплуатации применяются также и так называемая дополнительная группа АЧР, которая предназначенная для осуществления местной разгрузки при возникновения большого дефицита активной мощности.

Для ускорения восстановления питания потребителей отключенных АЧР применяется специальная автоматика АПВ после АЧР, т.е. ЧАПВ.

ГЛАВА 4. ПРОТИВОАВАРИЙНАЯ АВТОМАТИКА

5.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ

Современные ЭЭС представляют собой большие автоматизированные системы, функционирование которых невозможно без 'наличия целого комплекса автоматических устройств. Среди этого комплекса одно из .первых мест по значению и внедрению в ЭЭС занимают устройства противоаварийной автоматики (ПА).

Основным периодом развития идей и методов современной ПА явился период создания и освоения в СССР дальних электропередач 400—500 кВ. Появление таких электропередач, вначале использовавшихся для транзитной передачи электроэнергии от удаленных ГЭС, а затем превратившихся в межсистемные связи объединений ЭЭС и связи между ОЭС, вызвало необходимость разработки устройств ПА, предназначенных для обеспечения живучести ЭЭС в целом, устойчивости работы электропередач сверхвысоких напряжений и надежности и бесперебойности электроснабжения при разного рода авариях.

В настоящее время происходит увеличение номинальных напряжений электропередач, что объясняется экономическими соображениями: электропередачи 500 и 750 кВ (а в будущем и 1150 кВ) составляют основу ЕЭС СССР как в европейской части страны, так и в Сибири. При этом электропередачи напряжением до 500 кВ включительно все более относятся к классу распределительных сетей, а роль системообразующих связей постепенно переходит к линиям 750 кВ.

Использование электропередач 500 кВ и выше в качестве основных связей между ОЭС является главной их особенностью, которая обусловила тесную взаимосвязь режимов работы электропередач и связываемых ими

85

86

ОЭС. Другими особенностями электропередач 500, 750 кВ и выше являются: передача значительных мощностей при минимально допустимых запасах по устойчивости, переменность и реверсивность перетоков мощности, применение установок продольной емкостной компенсации (УПК) для уменьшения суммарного реактивного сопротивления, большая зарядная мощность (емкость) и связанное с этим применение шунтирующих связей через распределительные сети низших напряжений, присоединение к рассматриваемым электропередачам местных ЭЭС малой мощности и использование кратковременных неполнофазных режимов. Эти особенности электропередач 500 кВ и выше учитывались при разработке ПА.

Несколько позже внедрения электропередач сверхвысоких напряжений начался период сооружения мощных ГРЭС с энергоблоками 200—300 МВт и выше, сопровождавшийся развитием и усложнением электрических сетей. При этом противоаварийная автоматика продолжала совершенствоваться. Были внедрены новые эффективные средства воздействия на электромеханические переходные процессы в ЭЭС, например аварийное регулирование паровых турбин (APT).

В результате противоаварийная автоматика стала необходимым эффективным средством предотвращения системных аварий при повышенной загрузке линий электропередачи, обеспечивающим значительный экономический эффект.

Системные аварии развиваются лавинообразно и сопровождаются нарушениями устойчивости и разделением системы на несинхронно работающие части, что может привести к образованию значительных дефицитов мощности в отдельных узлах ЭЭС. Дальнейшим развитием аварий может явиться остановка агрегатов электростанций в связи с уменьшением производительности механизмов собственных нужд тепловых электростанций и нарушение электроснабжения потребителей. Быстрота развития системных аварий и высокая интенсивность аварийных возмущений требуют дополнения автоматики управления нормальными режимами (см. гл. 7—10) противоаварийным управлением, осуществляемым средствами ПА и предотвращающим или локализующим последствия аварий.

Противоаварийная автоматика, структурная схема которой приведена на рис. 4.1, объединяет все устройства, предназначенные для действия при аварийных возмущениях. Прежде всего — это релейная защита (на схеме не показана), быстро отключающая поврежденное оборудование; устройства АЧР, ликвидирующие дефицит мощности и предотвращающие «лавину частоты», устройства АПВ, АВР и ЧАПВ, восстанавливающие питание потребителей, электроснабжение которых было нарушено. Условно эти устройства на схеме рис. 4.1 отнесены к автоматике общего типа, устанавливаемой в отечественных ЭЭС в обязательном порядке.

Однако действием устройств ПА общего типа в современных ЭЭС не удается предотвратить нарушения устойчивости и другие опасные последствия аварий. Поэтому предусматриваются специальные устройства ПА, которые должны обеспечивать:

86

87

автоматическое управление активной мощностью ЭЭС для сохранения устойчивости — устройства АУМСУ и специальной автоматики отключения нагрузки (САОН);

автоматическое предотвращение (делительная автоматика) и прекращение асинхронного режима (устройства АПАР);

автоматическое ограничение отклонений частоты и напряжения — устройства автоматики ограничения частоты (АОЧ), автоматики для ограничения повышения напряжения (АОН) и автоматики для предотвращения аварийного понижения напряжения (разгрузки по напряжению);

автоматическое предотвращение набросов активной и реактивной мощностей на оборудование ЭЭС (устройства автоматики от наброса активной мощности и АОН);

87