9.3. Принципы выполнения устройств автоматической ликвидации асинхронного режима

В энергосистемах применяется большое количество различных устройств АЛАР, отличающихся способом выявления асинхронного режима и параметрами, на которые они реагируют.

В соответствии с характерными признаками асинхронного режима применяются устройства, реагирующие на изменение тока, активной мощности в линии электропередачи, напряжения на шинах подстанции, сопротивления на зажимах реле сопротивления. Часто применяются комбинированные устройства, с помощью которых осуществляется контроль изменения не одного, а нескольких режимных параметров. К устройствам, выявляющим асинхронный режим, предъявляются следующие основные требования:

1) селективность;

2) чувствительность к асинхронному режиму;

3) быстрота срабатывания;

4) способность определения знака скольжения.

Под селективностью понимается свойство устройства отличать асинхронный режим в данном сечении электрической сети от асинхронного режима в смежных сечениях. В зависимости от знака скольжения выбираются мероприятия, которые необходимо выполнить для достижения ресинхронизации.

Рассмотрим устройство, разработанное институтом «Энергосетьпроект», которое в основном удовлетворяет поставленным требованиям.

9.4. Устройство алар, разработанное Энергосетьпроектом

9.4.1. Структурная схема устройства.

Устройство имеет трехступенчатое исполнение (рис. 9.5). Первая ступень выявляет асинхронный режим на первом его цикле, вторая ступень действует по истечении двух-четырех циклов асинхронного режима, третья ступень действует с дополнительной выдержкой времени t₂ после срабатывания второй ступени. Асинхронный режим выявляется путем фиксирования изменения сопротивления на зажимах реле сопротивления, а также знака мощности электропередачи в этом режиме.

Для этой цели в устройстве используется комплект реле сопротивления типа КРС-2, содержащий три направленных реле сопротивления КZ1-КZ3. Для фиксирования изменения знака мощности используется максимальное реле мощности КW1. Применение реле сопротивления обеспечивает повышенную чувствительность по сравнению с другими видами пусковых органов и, кроме того, позволяет определить сечение асинхронного режима, в котором размещается электрический центр качаний.

Рис. 9.5. Структурная схема устройства АЛАР:

КZ1 - КZ3 – минимальное реле сопротивления;

КW1 – максимальное реле мощности;

t₁, t₂ – элементы выдержки времени;

Запрет – логический элемент, в котором сквозной сигнал блокируется сигналом со знаком минус;

И – логической элемент;

n_ц – счетчик циклов;

Т_S>Т_кр – элемент контроля периода асинхронного режима Т_S, срабатывающий при условии, что значение Т_S превышает критическое значение Т_кр;

I. У, I. Т, II. У, II. Т, III – выходные цепи трех ступеней устройства с фиксацией ускорения (У) или торможения (Т) генераторов энергосистемы.

9.4.2. Первая ступень устройства.

Необходимость действия устройства на первом цикле возникает при нарушении устойчивости, которое сопровождается глубоким снижением напряжения, грозящим серьезным расстройством работы потребителей или дополнительным выходом из синхронизма генераторов в другом узле энергосистемы. Принцип действия первой ступени устройства, выявляющей асинхронный режим на первом цикле, основан на измерении скорости изменения сопротивления на зажимах реле сопротивления. Эта скорость фиксируется с помощью двух реле сопротивления КZ1 и КZ2 , имеющих различные характеристики срабатывания. При нарушении синхронизма годограф сопротивления на зажимах реле сопротивления Z_р последовательно входит сначала в зону срабатывания чувствительного реле сопротивления КZ1, а затем грубого реле КZ2 –рис.9.6.

При срабатывании КZ1 (точка 1) пускается элемент времени t₁ , имеющий выдержку времени 0,1-0,2 с. Дальнейшее изменение Z_р приводит к срабатыванию реле КZ2 (точка 2) и появлению логического сигнала на выходе первого элемента И. Чтобы этот сигнал не исчезал вследствие срабатывания элемента «Запрет», предусмотрено удерживание сигнала с помощью обратной связи, соединяющей выход элемента И с входом элемента t₁.

Рис. 9.6. Характеристика срабатывания реле сопротивления.

Поочередное срабатывание двух реле сопротивления означает, что происходит процесс снижения сопротивления, несвойственный процессу снижения сопротивления, при КЗ или неисправности в измерительных цепях напряжения. Однако поочередного срабатывания двух реле сопротивления недостаточно для селективного определения нарушения синхронизма; это срабатывание может иметь место при синхронных качаниях. Второе условие срабатывания первой ступени устройства определяется прохождением угла  между векторами ЭДС двух частей энергосистемы через критическое значение. Сигнал о прохождении угла  через критическое значение поступает от выявительного органа второй ступени на входы элементов И первой ступени, причем этот сигнал существует в одном из двух видов в зависимости от того, ускоряются или тормозятся генераторы той части энергосистемы, в которой установлено устройство АЛАР. Если имеет место ускорение генераторов на выходе устройства появляется сигнал I. У, если имеет место торможение генераторов, сигнал I. T.

Характеристика срабатывания реле КZ2 выбирается такой, чтобы обеспечивать селективное действие устройства при условии расположения ЭЦК в сечении, контролируемым данным устройством. Исходя из этого сопротивление срабатывания реле, фиксирующих ЭКЦ, выбираются по двум условиям: по условиям отстройки от минимального сопротивления при внешних асинхронных режимах и по условию отстройки от сопротивления в максимальном рабочем режиме.

При КЗ, сопровождающемся срабатыванием реле КZ1 и КZ2, элемент времени t₁ не успевает сработать, так как реле КZ2 с помощью элемента «Запрет» снимает сигнал с его входа, в результате сигнал на выходе устройства не создается.

Первая ступень устройства может отказать в действии при быстром выпадении генераторов из синхронизма, когда реле КZ2 срабатывает раньше, чем элемент t₁ . В этом случае асинхронный режим должен быть прекращен действием второй ступени устройства.

9.4.3. Работа второй ступени устройства.

Здесь используется комбинированный выявительный орган, реагирующий на изменение сопротивления на зажимах реле сопротивления и знака мощности электропередачи. Возможны асинхронные режимы с ЭЦК, расположенным как в первом квадранте на линии электропередачи, где включено устройство, так и в третьем квадранте (за шинами подстанции). Поэтому в таком выявительном органе (рис. 9.6) используются два реле сопротивления КZ1 и КZ3, контакты которых включаются параллельно.

В структурной схеме (см. рис. 9.5) показано применение только одного реле КZ3.

Требование к реле КZ1 и КZ3 состоит в том, что их характеристики должны быть согласованы с характеристикой срабатывания реле мощности КW1. Характеристика срабатывания реле мощности КW1 должна быть такой, чтобы его переориентация происходила при максимальном значении критического угла  (примерно 180⁰), что свидетельствует о нарушении синхронизма. Для того чтобы отличить переориентацию реле КW1 при ≈180⁰ от переориентации при ≈0⁰, осуществляется контроль положения реле сопротивления: при ≈180⁰ реле сопротивления КZ1 (КZ3) должно находиться в положении срабатывания, а при ≈0⁰ – в положении возврата. Таким образом, сочетание поведения реле мощности и реле сопротивления позволяет проконтролировать изменение угла  в цикле асинхронного режима и переход его за критическое значение – рис. 9.8.

Рис.9.7. Схема цепей оперативного выявительного органа второй ступени АЛАР.

Рис. 9.8. Угловая диаграмма работы реле.

Принцип работы выявительного органа основан на фиксировании последовательного срабатывания и возврата реле сопротивления и реле мощности в процессе изменения угла . При ускорении генераторов энергосистемы с эквивалентной ЭДС Е₁ относительно генераторов энергосистемы с эквивалентной ЭДС Е₂ процесс последовательного срабатывания идет в направлении против часовой стрелки, при торможении – по часовой стрелке.

В исходном доаварийном режиме при направлении активной мощности от шин в линию замкнут замыкающий контакт КW1.1. Реле сопротивления КZ1 и КZ3, входящие в комплект АКZ, не работают. При возникновении асинхронного режима, при котором вектор ЭДС Е₁ ускоряется относительно ЭДС Е₂ , происходит увеличение угла . При достижении вектором Е₁ положения 0-б срабатывает реле сопротивления КZ1, которое вызывает срабатывание промежуточного реле КL1. Последнее, самоудерживаясь подготавливает к срабатыванию реле выявительного органа КL3 и блокирует работу промежуточного реле КL2. На структурной схеме самоудерживание показано в виде обратной связи на элементе И, управляемом контактом КW1.1. Когда вектор Е₁ займет положение 0-в, реле мощности КW1 переориентируется. При этом контакт КW1.1 размыкается, а через небольшое время, необходимое для переключения реле мощности, в момент, когда вектор Е₁ достигнет положения 0-г, замкнется контакт КW1.2. При этом срабатывает выходное реле КL3, управляющее счетчиком циклов n_c асинхронного режима. При дальнейшем увеличении угла  до значения, определяемого линией 0-д, происходит возврат реле сопротивления КZ1, а затем и возврат промежуточных реле КL1 и КL3. Рассмотренный порядок работы реле выявительного органа повторяется в каждом цикле асинхронного режима. Реле КL2 в этом режиме не действует. Если асинхронный режим возникает с торможением вектора Е₁ относительно Е₂, выявительный орган работает аналогично, только за время полного поворота Е₁ срабатывают реле КL2 и КL3; реле КL1 не действует. Таким образом, промежуточное реле КL1 фиксирует ускорение генераторов энергосистемы с ЭДС Е₁, а промежуточное реле КL2 – торможение этих генераторов.

По истечении двух-четырех циклов асинхронного режима производится контроль положения ЭЦК. Если ЭЦК располагается в контролируемом сечении энергосистемы, то срабатывают реле сопротивления, фиксирующие ЭЦК. В результате с помощью счетчика циклов, реле фиксации ЭЦК и реле фиксации ускорения или торможения генераторов формируются выходные сигналы второй ступени устройства II.У или II.T. По цепям II.У или II.T производится действие, направленное на ресинхронизацию или, если ресинхронизация недопустима, на разделение энергосистемы на несинхронно работающие части.

В процессе работы счетчика циклов осуществляется контроль длительности каждого цикла. Если длительность цикла превышает некоторое критическое значение, при котором наступает ресинхронизация, устройство блокируется: производится сброс счетчика циклов и отключение выявительного органа (элемент Т_s>T_кр. устройства). Период критического скольжения зависит от параметров энергосистемы.

9.4.4. Работа третьей ступени устройства.

Применяется в том случае, если первая или вторая ступень действуют на ресинхронизацию. В этих условиях третья ступень резервирует действие первых двух. Если в результате управляющих воздействий, направленных на ресинхронизацию, асинхронный режим не ликвидирован, третья ступень устройства с выдержкой времени t₂ действует на разделение энергосистемы на несинхронно работающие части. Выдержка времени t₂ должна превышать возможную продолжительность ресинхронизации и должна быть меньше допустимой продолжительности асинхронного режима. Обычно эта выдержка времени составляет приблизительно 10-20 с. Наличие асинхронного режима по истечении времени t₂ проверяется по факту повторного срабатывания второй ступени устройства со счетчиком циклов (на структурной схеме устройства АЛАР фиксация повторного срабатывания второй ступени не показана).