II. Автоматическая разгрузка по частоте

Особенностью режима работы энергосистем является равенство каждый данный момент суммарной мощности, развиваемой источника энергии, сумме мощностей нагрузки и потерь.

Рг=Рнг+Рпот, (11.4.1)

где Pнг — мощность нагрузки; Рпот — мощность потерь.

Рис. 11.33. Баланс мощностей в энергосистемах

Изменение нагрузки требует соответствующего изменения генерирующих мощностей; в противном случае происходит большее или меньшее изменение частоты в системе, так как баланс мощностей обеспечи­вается при неноминальной частоте. Увеличение нагрузки приводит к уменьшению частоты и, наоборот, уменьшение нагрузки вызывает уве­личение частоты. Для поддержания номинальной частоты в нормаль­ных условиях служат устройства автоматического регулирования ча­стоты (АЧР) В аварийных условиях происходят резкие и значительные изменения нагрузки, при этом в отдельных частях энергосистемы могут возникнуть избытки или дефицита генерирующих мощностей. Непринятие быстрых и эффективных мер при аварийной ситуации может при­вести к нарушению устойчивости частей энергосистемы, отключению ряда электростанций и узлов нагрузки, т. е. к системной аварии. Устройства автоматической разгрузки по частоте (АЧР) предназначены для быстрого восстановления баланса мощностей нагрузки и генераторов путем от­ключения части менее ответственной нагрузки при значительном устой­чивом снижении частоты в энергосистеме.

Рассмотрим схему, показанную на рис. 11.33, в которой две энер­госистемы связаны линией межсистемной связи. Пренебрежем в пер­вом приближении потерями энергии в сетях и будем считать, что в нор­мальном режиме f=fном и Рс а+Рс,в=Рнг,а+Рнг в, где Рс,а — мощ­ность, выдаваемая системой А; Рс в — мощность, выдаваемая системой б, причем Рс л>Рс в. Тогда Рс,в<Рнг,в

Предположим, что на линии межсистемной связи возникло КЗ и ли­ния под действием релейной защиты отключилась. После отключения линии из-за неравенств мощностей частота в обеих системах изменяет­ся- в одной системе увеличивается, а в другой — уменьшается.

В системе А баланс мощностей, а следовательно, и номинальная частота могут быть быстро восстановлены автоматическими устройства­ми, уменьшающими впуск движущего фактора (пара или воды) в тур­бины, вращающие генераторы. В системе В условия восстановления но­минальной частоты существенно хуже. Если в нормальном режиме ге­нераторы системы были загружены до номинальных мощностей, то единственным средством восстановления частоту остается отключение части нагрузки.

Рис. 11 34. Схема устройства АЧР:

а — принципиальная, б — развернутая

Схема устройства АЧР приведена на рис, 11.34. Устройство состоит из нескольких комплектов реле частоты (KFt, K.F2, K.F3} и промежу­точных реле (K.L1, K.L2, KL3); каждый комплект приходит в действие при снижении частоты до определенного уровня. Верхний предел частоты, при котором АЧР приходит в действие, составляет 48,5 Гц, нижний— 45 Гц. Обычно комплекты имеют уставки, отличающиеся да 0,1 Гц (48; 47,9; 47,8 Гц и т. д.). Помимо быстродействующих комплектов (0,1—0,5 с) на некоторых ступенях частоты могут устанавливаться комплекты с выдержкой времени 1—20 с. Для того чтобы частота дли­тельно не оставалась на низком уровне, устанавливается комплект АЧР с уставкой в 48,5 Гц и выдержкой времени 5—90 с (реле K.F3, КТ, KL3).

Очередность отключения потребителей устанавливается на основа­нии расчетов режимов работы энергосистемы. В зависимости от мест­ных условий устройствами АЧР охватывается до 30—50 % нагрузки энергосистем. На практике различают устройства АЧР-1 и АЧР-П. Уст­ройства АЧР-1 осуществляют быстродействующую разгрузку. Они име­ют различные уставки по частоте и предназначены для приостановки снижения частоты в энергосистеме. Устройства АЧР-11 предназначены для подъема частоты после действия АЧР-1,,а также для предотвращения медленного снижения и зависания частоты при дефиците генерирую­щей мощности. Эти устройства имеют единую уставку по частоте и различные уставки по времени.

Снижение частоты обычно сопровождается снижением напряжения в узлах нагрузки. При этом могут прийти в действие минимальные за­щиты напряжения и отключить менее ответственные потребители, что способствует восстановлению номинальной частоты и напряжения в энергосистеме. Отметим, что устройства АЧР, так же как и минималь­ные защиты напряжения, автономны, т. е. их действие зависит от из­менения контролируемого параметра лишь в том узле нагрузки, где они включены.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ

Практика, эксплуатации энергосистем показала, что значительное число коротких замыканий в воздушных и кабельных электрических се­тях имеет неустойчивый, проходящий характер. При снятии напряжения с поврежденной цепи электрическая прочность изоляции в месте по­вреждения быстро восстанавливается и цепь может быть вновь вклю­чена в работу без осмотра и ремонта. Поэтому в СССР (впервые в ми­ровой практике) были разработаны и внедрены устройства автоматиче­ского повторного включения (АПВ) однократного и двукратного дей­ствия.

Успешность действия АПВ однократного действия в воздушных се­тях достигает 60—80 %, а в кабельных сетях — около 50 % Успешность действия второго цикла АПВ двукратного действия, естественно, суще­ственно ниже и составляет примерно 15 % всех случаев работы второго цикла этих АПВ. Применение АПВ трехкратного действия оказалось нецелесообразным, так как успешность действия его третьего цикла не превышает 1—3 %.

Устройства АПВ работают в едином комплексе с релейной защитой (рис. 11 35). При возникновении КЗ на линии W1 срабатывает релейная защита этой линии и отключает выключатель Q1. Через некоторый про­межуток времени tапв устройство АПВ вновь включает линию Если ко­роткое замыкание самоликвидировалось, то включение линии будет ус­пешным и она останется в работе. Если же короткое замыкание оказа­лось устойчивым, то после включения выключателя Q1 линия вновь отключается релейной защитой и остается в отключенном состоянии до устранения повреждения ремонтным персоналом. В случае установки на линии АПВ двукратного действия производятся две попытки вклю­чить ее в работу. При таком АПВ к приводу выключателя и к конструкции самого выключателя, естественно, предъявляются более жесткие требования, чем при АПВ однократного действия.

Рис. 11.35. Совместная работа релейной защиты и АПВ:

а—поясняющая схема; б—диаграмма выдержек времени защит

Устройство АПВ должно иметь выдержку времени, отстроенную от времени деионизации среды tд,с, т. е. tапв> tд,с, а также от времени готовности выключателя к повторному включению. По данным Всесо­юзного научно-исследовательского института электроэнергетики (ВНИИЭ) время деионизации среды (минимальное время АПВ) зави­сит от тока КЗ и напряжения электрической линии (длины гирлянды изоляторов); эти зависимости представлены на рис. 11.36. Обычно при­нимают taпв =0,5—1 с.

Наличие АПВ позволяет снизить время отключения КЗ в сети. Так, например, на головном участке радиальной сети (рис. 11.35, а) может быть установлена неселективная отсечка с зоной действия, охватываю­щей не только линию WJ, но и смежные линии W2, W3 и т. д. После действия неселективной отсечки (ускорение защиты до АПВ) работает АПВ, восстанавливая электроснабжение потребителей. При неуспешном АПВ отключение поврежденного участка производят максимальные то­ковые защиты. В схеме устройств АПВ может предусматриваться также возможность ускорения действия защиты после неуспешного АПВ, т. е. после включения на устойчивое КЗ.

Устройства АПВ вводят в работу специальным переключателем при включенном положении выключателя линии. Готовность АПВ к дейст­вию наступает через 10—20 с после ввода его в работу. Это время оп­ределяется временем заряда емкости устройства, обеспечивающей одно­кратность действия АПВ.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВА

Устройства автоматического включения резерва (АВР) нашли ши­рокое применение в системе собственных нужд электростанций и на подстанциях (на напряжении 6—10 кВ). Устройство АВР должно подключать резервный источник питания (трансформатор, линию) при исчезновении по любой причине питания от рабочего источника. Исчез­новение напряжения на шинах нагрузки может быть вызвано короткими замыканиями, в питающей сети высшего напряжения, в рабочем трансформаторе, на его шинах низшего напряжения и в присоединен' ной к шинам распределительной сети, а также произвольным отклю­чением одного выключателя рабочего трансформатора. Включение ре­зервного источника должно происходить после деионизации среды в случае неустойчивого короткого замыкания на сборных шинах, поэтому требуется, чтобы >tд.с. Время перерыва питания, однако, должна быть не больше допустимого по условиям самозапуска двигателей вре­мени tдоп.с.з, т.е. tавр >tдоп.с,з.

Практика эксплуатации показала, что первое условие в сетях 3— 10 кВ выполняется автоматически, так как собственное время включе­ния выключателей этих сетей пре­вышает время деионизации среды. На рис. 1137 показано изменение напряжения, тока и частоты вра­щения асинхронного двигателя при подаче напряжения от резервного источника мгновенно после от­ключения трехфазного КЗ (пунк­тирные линии) и при подаче на­пряжения с определенной задерж­кой (сплошные линии).

Рис. 11.37. Изменение напря­жения, тока и частоты враще­ния асинхронного двигателя при КЗ и последующей рабо­те устройства АВР

Устройство АВР должно конт­ролировать наличие напряжения на резервном источнике, отключенное состояние рабочего источника и быть отстроенным по времени от максимальных токовых защит при­соединений. При включении резер­вного источника на устойчивое КЗ

релейная защита должна обеспе­чить его отключение от повреж­денного участка, чтобы сохрани­лось питание других присоедине­ний. Вариант принципиальной схемы устройства АВР на двухтранс­форматорной подстанции дан на рис. 11 38.

При включенном положении выключателя Q2 промежуточное реле KL находится под током и держит свои контакты в замкнутом состоя­нии. При отключении выключателя Q1 или Q2 схема АВР обеспечи­вает включение секционного выключателя без выдержки времени; через размыкающие вспомогательные контакты выключателя Q2 и контактыреле KL получает питание катушка промежуточного контактора сек­ционного выключателя YAC3. При внедрении схем АВР высказывались опасения о том, что при быстром включении секционного выключателя могут быть большие броски токов в самозапускающихся двигателях, однако эти опасения в целом оказались неоправданными из-за относи­тельно большого времени включения и отключения современных вы­ключателей.

При отключении выключателя Q2 разрывается цепь питания ка­тушки промежуточного реле KL, однако его контакты размыкаются с выдержкой времени, достаточно”! для надежного включения секцион­ного выключателя. Реле KL обеспечивает однократность действия АВР, так как не позволяет дважды включать секционный выключатель на устойчивое КЗ.

Рис. 11.38. Схема АВР на двухтрансформаторной подстанции

а — принципиальная, б — развернутая

В случае исчезновения напряжения на секции / сборных шин сра­батывают реле напряжения K,V1 и KV2. При наличии напряжения на секции 2 они запускают реле времени К.Т. Контроль наличия напря­жения осуществляется реле напряжения KV3 После замыкания кон­тактов реле времени отключается выключатель Q2 и далее устройство работает так же, как и в первом случае. Установка реле напряжения K.V1 в K.V2 с последовательно соединенными контактами вызвана необходимостью исключить запуск схемы АВР при перегорании предохранителей в цепях трансформатора напряжения.

Выдержка времени АВР выбирается tавр=tм.т.з+t

где tм.т.з – наибольшая выдержка времени м.т.з отходящих линий.

Практически оказывается tавр=1,5-2 с.

34. Электропривод насосных установок с погружными центробежными насосами

Основным недостатком ЭП глубинных насосных установок является установка ЭД на поверхности земли и передача механической энергии насосу с помощью длинной колонны штанг. При больших глубинах это вызывает увеличение потерь энергии и ограничивает производительность скважин примерно до 50 м³ в сутки при глубине до 1500м. Применяют погружные центробежные насосы (ПЦН). Эти насосы приводятся в действие ЭД, помещённым в скважинах совместно с насосом. Благодаря этому устраняется длинная движущая механическая связь между приводом и насосом. Это позволяет повысить мощность ПЦН, т.е. его напор и подачу, и применить центробежный тип насоса – наиболее подходящий для больших отборов жидкости из скважины. Насосная установка с ПЦН состоит из следующих основных элементов: спец. погружного ЭД с протектором, для гидрозащиты; ПЦН с сетчатым фильтром; обратного клапана, предназначенного для удерживания столба жидкости при остановке насоса и облегчения условий его последующего пуска; питающего кабеля; спускного клапана; кабельного барабана; трансформатора и станции управления. Трансформаторы для ПЭД выбираются по установленной мощности, ном. току и рабочему напряжению. Для привода ЦПН изготавливаются спец. ПЭД – это 3-х фазные АД в герметичном исполнении с КЗР помещённый в стальную трубу с трансформаторным маслом. Длина корпуса ДВ достигает 6 и более метров. Корпус имеет небольшой диаметр – 103, 117, 123, 138 мм. Электроэнергия к ПЭД подводится по специальному токопроводу – водонефтестойкому трёхжильному кабелю типа КРБК и КРБП. Верхний конец кабеля намотан на барабан, служащий для транспортировки кабеля и его спуска-подъёма. Для управления ПЭД применяются станции управления типа ШГС (ШГС-5802, ШГС-5803 и т.д). Станция управления обеспечивает:

- эффективную защиту от срыва подачи с АПВ;

- защиту от перегрузки установки;

- самозапуск;

- защиту от понижения сопротивления системы «кабель-ЭД»

- отсутствие потребления реактивной мощности (cosφ=1)