65. Мероприятия по улучшению устойчивости электроэнергетических систем

Повысить уровень устойчивости электрической системы можно изменением параметров ее элементов, параметров ее режима или введением дополнительных устройств. При этом необходимо учи­тывать следующие условия и ограничения:

257

• изменение параметров основных элементов не должно при­ водить к ухудшению нормального режима работы системы и его экономичности;

• применение устройства для улучшения устойчивости должно сопровождаться сопоставлением его стоимости и ущерба от нару­шения того вида устойчивости, для которого оно предназначено,при выборе мероприятия по повышению устойчивости необходи­ма технико-экономическая оценка предлагаемого варианта.

МЕРОПРИЯТИЯ, ОСНОВАННЫЕ НА УЛУЧШЕНИИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Генераторы. Параметры генераторов оказывают существенное влияние как на статическую, так и на динамическую устойчивость.

При использовании на генераторах АРВ с зоной нечувстви­тельности на статическую устойчивость влияет синхронное индук­тивное сопротивление x_d, на динамическую - переходное сопротивление х'_и и постоянная инерция 7}. Процессы, протекаю­щие в асинхронном режиме, при осуществлении ресинхронизации определяются наличием и конструкцией демпферных обмоток, что находит отражение в параметрах x"_d и x"_q.

Существует реальная возможность изменения индуктивных сопротивлений только у гидрогенераторов, которые выполнены по индивидуальным проектам. На некоторых гидроэлектростанциях как в нашей стране, так и за рубежом установлены специальные гидрогенераторы с «улучшенными» параметрами. Примером могут служить гидрогенераторы Волжской ГЭС, у которых сопротивле­ния снижены почти вдвое по сравнению с обычными (x_d = 0.51, x'_d= 0.19), а постоянная инерции увеличена до 16 с. Обычно турбо­генераторы и двигатели изготавливаются едиными сериями с за­данными параметрами, изменение которых трудноосуществимо.

Постоянная инерции существенно влияет на динамическую ус­тойчивость машины. Чем больше 7} («тяжелее» машина), тем мед­леннее изменяется скорость ее ротора под действием избыточного момента. Это увеличивает предельно допустимое время существо­вания аварийного режима, повышая устойчивость системы.

Регулирование возбуждения синхронной машины может рас­сматриваться как средство «улучшения» ее параметров. Регулято­ры сильного действия генератора с высокими потолками тока

возбуждения в сочетании с дополнительными устройствами по по­вышению динамической устойчивости позволяют отказаться от уменьшения индуктивных сопротивлений. Появляется возмож­ность применять генераторы с Xd = 1.5 ... 2.0 и x'_d = 0.3...0.4 и снижать постоянную инерции, уменьшая вес машины и, следова­тельно, снижая ее стоимость.

Потолочное напряжение возбудителя заметно влияет на пре­дел передаваемой мощности генератора. Увеличение этого значе­ния с 2 до 5 дает тот же эффект, что и уменьшение реактивности Xd в 1.5 раза.

Скорость подъема возбуждения значительно влияет на ур⁰' вень динамической устойчивости. У «быстроотзывчивых» систем возбуждения относительная величина dUJdt доходит до 6...8, со­ставляя несколько киловольт в секунду. Следовательно, для повы­шения уровня динамической устойчивости необходимы высокий потолок и большая скорость подъема напряжения.

Для улучшения статической устойчивости необходимы отсут­ствие зоны нечувствительности, непрерывное действие регулято­ров возбуждения, регулирование не только по отклонению, но и по первой и второй производным регулируемой величины.

Трансформаторы. Параметры трансформаторов (сопротивле­ния, намагничивающий ток и т.д.) не оказывают существенного влияния на устойчивость электрических систем.

Выключатели. Быстрое отключение КЗ имеет решающее зна­чение для улучшения динамической устойчивости. Время отклю­чения КЗ складывается из собственного времени выключателя t_B и времени действия релейной защиты:

Современные воздушные выключатели имеют собственное время (с момента подачи импульса от защиты на катушку соленои­да до расхождения контактов и погасания дуги) в пределах 0.06...0.08 с. Быстродействующая релейная защита срабатывает за 0.02...0.04 с. Следовательно, время отключения КЗ должно приниматься равным 0.1...0.12 с. Возможно, в дальнейшем это время сократится до 0.05...0.08 с, но в этом случае надо тщательно проверять влияние переходных процессов на действие релейной защиты.

Уменьшение времени отключения КЗ увеличивает запас дина­мической устойчивости, как это следует из рис. 12.1. Угол отклю­чения КЗ на рис. 12.1, б уменьшен по сравнению с рис. 12.1, а. Это приводит к существенному увеличению запаса динамической ус­тойчивости.

Линии электропередачи. Параметры линий и их номинальное напряжение оказывают существенное влияние на устойчивость системы.

Индуктивное сопротивление линии может быть снижено рас­щеплением проводов, применяемым с целью уменьшения потерь на корону. Расщепление фазы на три провода (ВЛ 500 кВ) умень­шает реактивное сопротивление линии на 25...30 %.

Уменьшить индуктивное сопротивлении линии можно, приме­няя продольную (емкостную) компенсацию реактивного сопротив­ления ВЛ, которая осуществляется последовательным включением в линию статических конденсаторов.

Чем больше сопротивление конденсаторов х_с, тем выше сте­пень компенсации параметров линии и, следовательно, выше пре­дел передаваемой мощности электропередачи, в состав которой входит компенсированная линия. Для повышения пропускной спо­собности дальних электропередач применяются промежуточны синхронные компенсаторы и управляемые конденсаторы.

В системах электроснабжения продольная емкостная компен­сация применяется на мощных токопроводах, уменьшая падение напряжения и повышая устойчивость двигателей нагрузки.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ УСТОЙЧИВОСТИ

Сопротивления, включенные в нейтраль трансформатора. Ес­ли сеть с глухозаземленной нейтралью заземлить через небольшое сопротивление, не повышающее напряжения на нейтрали, то усло­вия работы изоляции не изменятся, а динамическая устойчивость системы при несимметричных КЗ улучшится.

Тогда взаимное сопротивление схемы прямой последователь­ности (рис. 12.2, в) в соответствии с выражением (10.2) уменьшит­ся. Это вызовет возрастание амплитуды характеристики мощности аварийного режима (см. характеристику 2 на рис. 10.3), что в свою очередь уменьшит площадь ускорения abed. Уменьшение площади ускорения приводит к увеличению коэффициента запаса динами­ческой устойчивости.

Электрическое торможение генераторов используется для повышения устойчивости при симметричных КЗ. Генератор, ротор которого ускоряется из-за какого-либо возмущения, тормозится активными сопротивлениями, включаемыми последовательно или параллельно (рис. 12.3). Наиболее эффективно параллельное вклю­чение сопротивления.

Регулирование турбин. Небаланс мощности, возникающий при возмущении генератора, может быть уменьшен или полностью скомпенсирован снижением мощности турбины. Если бы регуля­торы турбины были безынерционны, т.е. могли мгновенно реаги­ровать на изменение электрической мощности, соответственно ^меняя механическую мощность, то возможность нарушения дина­мической устойчивости была бы исключена. Однако обычные ре-■Уляторы турбин являются инерционными системами со значи-

Рис. 12.2. Включение активных со­противлений в нейтраль трансформа­торов: а - принципиальная схема; б-схема замещения нулевой последова­тельности; в - схема замещения пря­мой последовательности с включе-

(1,1)

нием Z¹

Рис. 12.3. Электрическое торможение генераторов: а - последовательное; б - параллельное включение

.

РЕЖИМНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ устойчивости

Повысить уровни статической и динамической устойчивости можно, не изменяя параметров элементов системы и не вводя до­полнительных элементов. Целенаправленное изменение парамет­ров режима системы, обеспечение необходимых резервов мощности могут существенно увеличить запасы устойчивости.

Резервы активной мощности на электрических станциях улучшают как статическую, так и динамическую устойчивость. Существуют несколько видов резервов: аварийный, нагрузочный, ремонтный. Улучшению переходных процессов может способство­вать только вращающийся аварийный резерв, вводимый при выпа­дении из синхронизма генераторов или отключении мощных электропередач. Величина минимально необходимого резерва оп­ределяется вероятностью наиболее тяжелых аварий и зависит от схемы системы, способа регулирования возбуждения и т.п.

Резервы реактивной мощности, получаемые за счет недогруз­ки генераторов в исходном режиме реактивной мощностью, при­водят к ухудшению устойчивости. Генератор в этом случае работает с пониженным током возбуждения и большими началь­ными углами.

Автоматическая частотная разгрузка {А ЧР). Снижение час­тоты в системе происходит из-за нарушения баланса по активной мощности, т.е. когда активная мощность нагрузки становится больше активной мощности, выдаваемой генераторами. При сни­жении частоты реактивная мощность, вырабатываемая генера­торами, уменьшается, а реактивная мощность, потребляемая нагрузкой, увеличивается. Это понижает напряжение в узлах на­грузки и в некоторых случаях вызывает лавину частоты и напря­жения, приводящие к массовому отключению потребителей и нарушению устойчивости параллельной работы. При снижении частоты до опасных пределов автоматически отключается часть нагрузки электрической системы. АЧР повышает как устойчивость электрической системы, так и устойчивость отдельных узлов ее нагрузки, предотвращая лавину напряжения. В результате обеспе­чивается нормальная работа основной массы ответственных потре­бителей. При подключении промышленных предприятий к системе АЧР приходится учитывать необходимость обеспечения беспере­бойности технологических процессов при перерывах в питании.

ризуется изменением нагрузки, при которой величина и фаза на­пряжения будут измеряться на некоторое определенное значение, принимаемое за единицу. Жесткость зависит от относительных сопротивлений, связывающих узловые точки системы. Чем сильнее зафиксированы значения напряжений узлов по величине и фазе, чем теснее эти узлы связаны между собой, тем больше жесткость системы. Повышение жесткости схемы улучшает статическую ус­тойчивость, а также послеаварийные режимы системы. Но в жест­кой схеме повышаются уровни токов КЗ, возникают проблемы в работе релейной защиты.

Разделение электрических систем на несинхронно работающие части может предотвратить нарушение динамической устойчиво­сти. В каждой электрической системе заранее устанавливаются точки или сечения, в которых разделение может быть произведено безболезненно. Деление системы приводит к ее ослаблению, по­этому может быть рекомендовано только тогда, когда оно является единственным способом сохранения динамической устойчивости.