I. Автоматическая частотная разгрузка.

Назначение и принципы выполнения:

Частота наряду с напряжением является основным параметром определяющим качество электроэнергии. Отклонение частоты в нормальных режимах от номинального значения 50Гц не должно превышать 0,1Гц. Допускается кратковременное отклонение частоты не более чем на 0,2Гц. Частота поддерживается в энергосистеме персоналом или автоматически путём изменения впуска пара в турбины ТГ и воды в турбине ГГ.

В нормальном установившемся режиме суммарная активная мощность, вырабатываемая всеми генераторами системы должна быть равна активной мощности потребляемой всей нагрузкой. Всякое нарушение баланса между генерируемой и потребляемой мощностью вызывает изменение скорости вращения роторов генераторов и изменение частоты.. Снижение частоты ведёт к снижению производительности механизмов электростанций, вследствие чего снижается мощность станций, растёт дефицит активной мощности а значит снижается частота. При определённых условиях начиная с некоторого момента, снижение частоты резко возрастает, наступает лавина частоты, которая приводит к развалу энергосистемы. Другой опасностью снижения частоты является возможность лавины напряжения. Она приводит к массовому хаотическому отключению потребителей. Лавина напряжения может возникать по 2-м причинам:

1. Снижение скорости вращения ЭД приводит к снижению реактивного сопротивления и следовательно повышению потребления реактивной мощности из ЛЭП.

2. Снижение частоты вращения возбудителей приводит к снижению их тока и снижению напряжения на выводах генератора.

При наиболее опасных глубоких дефицитах активной мощности могут одновременно возникать лавины частоты и напряжения. Предотвращение снижения частоты до опасного уровня может быть возложено только на автоматику. Для этого используется целый комплекс средств противоаварийной автоматики, основным является АЧР (автоматическая частотная разгрузка).

Основная задача АЧР – это предотвращение снижения частоты и обеспечение подъёма частоты до номинального значения. АЧР выполняет эти задачи за счёт отключения части нагрузки.

Требования, предъявляемые к АЧР:

1. Возможная более быстрая ликвидация дефицита активной мощности, но без лишнего отключения нагрузок.

2. Предотвращение даже кратковременных снижений частоты до 45Гц. Продолжительность работы с f  45Гц не должна превышать 20 секунд, f  48,5Гц – 60 секунд.

3. Подъём частоты выше 49,2Гц.

4. Действовать согласованно с устройствами АПВ и АВР.

5. Не действовать при кратковременном снижении f.

Отключение потребителей устройствами АЧР должно начинаться при снижении частоты до 49…49,2 Гц. Мощность отключаемая АЧР должна определятся с учётом того, что в общем случае мощность потребляемая нагрузкой зависит от частоты и снижается вместе с ней. Это явление называется регулирующим эффектом нагрузки и характеризуется коэффициентом

= (1,5…2,5)

Снижение частоты на 1% сопровождается уменьшением суммарной нагрузки энергосистемы на (1,5…2,5)%.

При дефиците активной мощности в энергосистеме частота снижается до тех пор, пока снова не наступит равенство . Снижение равно дефициту активной мощности. Определяем отключаемую мощность , необходимую для восстановления частоты при её снижении от 50Гц до некоторой частоты.

Выбор параметров устройств АЧР.

Для того чтобы комплекс устройств АЧР действовал без лишних отключений весь объём отключаемой нагрузки делится на небольшие порции, которые отключаются по мере снижения частоты. Используются 3 разновидности – категорий АЧР:

1. АЧР I.

Действует с единой для всех её очередей выдержкой времени . Применяется для задержки снижения частоты ниже 45Гц. Действие АЧР I предотвращающей спадание частоты ниже критической состоит из ряда очередей, которые отличаются между собой частотой срабатывания. Ступень селективности по частоте принимается не менее 0,1Гц. Первая очередь отключается при f = 49Гц, последняя при f = 46,5Гц, остальные равномерно размещены в этом интервале.

2. АЧР II.

Имеет 2 – 4 очереди с единой уставкой 49Гц, но с различными выдержками времени от 5 до 90 секунд. Ступень селективности по времени 3с. Задача АЧР II – подъём частоты выше 49,2Гц после действия АЧР I.

3. АЧР III.

Это дополнительная категория. Она применяется для осуществления местной разгрузки или возобновления большого дефицита активной мощности в энергосистеме или на отдельной ПС, когда суммарная активная мощность отключаемая АЧР I и АЧР II оказывается недостаточной для ликвидации возможного дефицита активной мощности в этом районе.

Схема АЧР.

В схеме предусматривается выполнение совмещения АЧР1 и АЧР2.

На измерительных элементах KF выставляют уставки одной из уставок АЧР I – 48,5Гц и АЧР II – 49,2Гц. В нормальном режиме при f = 50Гц контакт KF1 разомкнут. При снижении частоты до 49,2Гц KF1 замыкается. При этом KL1 срабатывает и KL1.1 через KL4.1 переключает KL2. Контакт KL2.1 размыкается, размыкается цепь измерительного элемента настраимого на f = 49,2Гц.

Возможны 2 варианта:

1. Ч астота снижается до 48,5Гц. KF1 остаётся замкнутым, тогда через KL 1.2 и KL 2.2 срабатывает реле KL3 и с небольшой задержкой KL3.1 подаёт сигнал на KL5. KL5.2 и KL5.3 подают сигнал на отключение.

2. Если после срабатывания KL2 частота не упала до 48,5Гц,то KF размыкает KF1 и KL2 не срабатывает. Через KL2.3 запустится KT1 будет самоудерживаться KT1.1. По истечении первой выдержки замкнётся KT 1.2, сработает KL2 и переключит уставку на 49,2Гц. Таким образом АЧР I выводится из действия. Если частота останется меньше 49,2Гц, KF снова сработает, KL1 сработает и KL1.4 запустит KT2. По истечении выдержки времени замкнётся KT2.1 и пойдёт сигнал на реле KL5. Реле KL4 своим контактом KL4.1 предупреждает новое переключение KL2 после срабатывания KF. Возврат схемы происходит после срабатывания KL5, KL5.1 ,снимается “+” с KT1 и KL4. Если схема не сработала на отключение, если частота поднялась выше 49,2Гц, то сработает реле KT1 и своим контактом KT1.3 через KL1.3, KL2.4 шунтирует свою обмотку.

Автоматическое повторное включение.

Назначение АПВ.

По опыту эксплуатации ВЛ известно что часть к.з. возникает в следствии перекрытия изоляции, схлёстывания проводов и т.д. самоустраняются. Дуга возникающая в месте к.з. гаснет не успевая вызвать серьёзные нарушения. Такие повреждения являются неустойчивыми, их доля составляет от 50% до 90%. Другие повреждения которые не могут самоустраняться называются устойчивыми. При отключении линии РЗ учитывая неустойчивый характер большинства повреждений производит повторное включение. Оно может быть успешным и не успешным. Согласно ПУЭ АПВ применяют на всех ВЛ напряжением выше 1кВ. Наиболее эффективно применять АПВ на ВЛ с односторонним питанием. АПВ также применяют на КЛ, трансформаторах, но только при действии МТЗ, а не внутренних защит на шинах ПС.

Классификация устройств АПВ:

1. Трёхфазные, осуществляют ПВ 3-х фаз выключателя после их отключения релейной защитой.

2. Однофазные, осуществляют ПВ одной фазы выключателя отключаемого релейной защитой при однофазном к.з..

3. Комбинированные, осуществляют включение 3-х фаз при междуфазном повреждении или повреждении одной фазы.

Типы АПВ:

1. Простые

2. Быстродействующие (БАПВ)

3. С проверкой наличия напряжения (АПВНН)

4. С ожиданием синхронизма (АПВОС)

5. С улавливанием синхронизма (АПВУС)

6. Несинхронные АПВ (НАПВ)

По числу циклов: однократные и многократные.

В РФ двухкратные.

По принципу действия: электрические и механические.

Требования к схемам АПВ:

1. Схема АПВ должна приходить в действие после аварийного отключения выключателя находящегося в работе. В некоторых случаях должны соблюдаться следующие условия:

а) наличие и отсутствие напряжения

б) наличие синхронизма

2. Схемы АПВ не должны запускаться при оперативных отключениях выключателей персоналом.

3. АПВ не должны работать при срабатывании защиты сразу после включения выключателя.

4. Схема АПВ должна предусматривать запрет действия АПВ после срабатывания определённых защит, например при внутренних повреждениях трансформаторов.

5. Схема должна предусматривать заданное число ПВ, то есть определённую кратность.

6. Время действия АПВ должно быть минимальным.

7. Время действия АПВ должно обеспечивать готовность привода выключателя к новому действию сразу после включения.

- принимается равным ступени селективной защиты линии.

АПВ линии однократного действия.

Выполнено с помощью комплектного устройства РПВ-58

1. Подготовка схемы к работе включения выключателя.

В схеме используется ключ SA с фиксацией последней операции. При команде включения замыкаются контакты 1,3 собирается цепочка “+”, 5-7, KL2.2, SQ1.1, YAC, “ – ”. Контактор даёт команду на включение выключателя, при этом SQ1.1 размыкаются, SQ1.2 замыкаются и собирается цепочка “+”, R5, KQC, KL2, SQ1.2, YAT, “ – ”. Реле положения включено KQC обтекается током, горит красная лампочка. Когда выключатель включен ключ SA находится в положении “ВКЛ” и контакты 1-3 замкнуты. По цепочке “+”, 1-3 на конденсатор подаётся “+”, а “ – ” на R2. Через 20 – 30с конденсатор заряжается и схема готова к работ.

2. Отключение выключателя защитой.

Срабатывает YAT, SQ1.1 замыкается, а SQ1.2 размыкается, собирается цепочка “+”, R4, KQT, KL2.2 ,SQ1.1, YAC, “ – ”. Реле положения сработает и замкнёт свой контакт KQT, при этом подаётся “ – ” на обмотку KT1. В тоже время через ключ управления подаётся “+” на KT1. Контакт KT1.1 размыкается вводя сопротивление термической стойкости, а контакт KT1.2 замыкается с выдержкой времени. Контактом KL1.2 подзаряжается конденсатор и обмотки KL1. KL срабатывает и удерживает своей обмоткой KL1 обеспечивая длительный импульс на включение Q по цепочке “+”, KL1, KL1.1, KH, SX1, KL2.2, SQ1.1, YAC, “ – ”. После включения Q, SQ1 размыкается, реле KQT, KL, KT, возвращаются в исходное положение. Схема Будет готова к действию после заряда конденсатора.

Ускорение действия защиты при АПВ.

1. Ускорение защиты после АПВ.

Если АПВ происходит на устойчивое к.з. защита второй раз должна действовать без выдержки времени. Цепь ускорения действий нормально разомкнута KL2.1, которая срабатывает перед повторным включением выключателя и имея замедление на возврат держит свой контакт замкнутым в течение 0,7 – 1с, поэтому если повторное включение происходит на устойчивое к.з. защита подействует без выдержки времени по цепи ускорения через KL2.1 и мгновенный контакт реле KT1.1. В качестве реле ускорения обычно используется РП18-1.

2. Ускорение защиты до АПВ.

У скорение позволяет ускорить отключение кз и обеспечить селективную ликвидацию повреждений. Первый раз защита А1 действует без выдержки времени не зависимо от того где произошло кз, а после АПВ с нормальной выдержкой времени.

Выбор уставок схем однократных АПВ для линий с односторонним питанием.

1. Выдержка времени должна быть больше времени готовности привода выключателя

, где - время готовности привода

Время запаса учитывает непостоянство готовности привода и погрешность реле KT схемы

АПВ  0,3-0,5с.

2. Для того, чтобы ПВ было успешным необходимо чтобы за время от момента отключения линии до ПВ и подачи напряжения не только погасла электрическая дуга в месте повреждения но и восстановились изоляционные свойства воздуха. Процесс восстановления изоляционных свойств называется деионизацией и требует некоторого времени.

,

При выборе уставок принимается большее значение .

Автоматическое включение резерва.

Надёжность работы систем может быть повышена АВР. Высокая надёжность энергосистемы обеспечивают схемы, питающиеся от 2-х и более источников, т.к. аварийное отключение одного из них приводит к нарушению питания потребителей. Несмотря на преимущества многостороннего питания большое количество ПС, имеющих 2 и более источников питания работают по схеме одностороннего питания. Это оказывается целесообразным для снижения I_к.з., уменьшение потерь электроэнергии в питающих трансформаторах, упрощение РЗ и т.д. Часто одностороннее питание является единственно возможным.

Р ИС (Схема1 и Схема2)

В схеме1 источник 1 включен, а источник 2 выключен и находится в резерве.

В схеме2 все источники включены, но работа осуществляется отдельно на отдельный потребитель. Деление осуществляется на одном из выключателей.

«-» аварийное отключение источника 1 приводит к прекращению питания потребителей. Этот недостаток можно устранить быстрым автоматическим включением резервного источника или включением выключателя, когда производится деление сети. Для выполнения этой операции широко используются АВР.

При наличии АВР время перерыва питания потребителей определяется временем включения выключателей резервного источника (0,3-0,8с).

Питание ПС А осуществляется по рабочей линии 1 ПС Б, линия 2 проходящая с ПС Б является резервной и находится под напряжением, Q3 нормально отключен. При отключении линии W1 включается Q3 и вновь подаётся питание потребителям ПС А. Схемы АВР могут иметь одностороннее или двухстороннее действие. При одностороннем АВР линия W1 должна быть рабочей, W2-резервной. При двухстороннем любая линия может быть и рабочей и резервной. Трансформаторы Т1 и Т2 (схема 2) включены на разные СШ. ШСВ Q5 нормально отключен. При аварийном отключении любого из рабочих трансформаторов автоматически от схемы АВР включается Q5, подключая нагрузку шин потерявших питание к оставшемуся в работе трансформатору. Если мощность одного трансформатора недостаточна для питания всей нагрузки то принимаются меры для отключения наименее ответственных потребителей.

Основные требования к схемам АВР.

1.Схема АВР должна приходить в действие при исчезновении напряжения на шинах потребителя по любой причине.

2.Для того, чтобы снизить длительность перерыва питания потребителей включение резервного источника питания должно производиться сразу же после отключения рабочего источника.

3.Действие должно быть однократным, чтобы не допустить нескольких включений резервного источника питания на не устранившееся к.з.

4.Схема АВР не должна приходить в действие до отключения выключателя рабочего источника чтобы избежать включение резервного источника на к.з. в не отключившемся рабочем источнике. Выполнение этого требования исключает также в некоторых случаях несинхронного включения двух источников питания.

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

6.Для ускоренного отключения резервного источника питания при его включении по не устранившемуся к.з. должны предусматриваться ускоренные защиты резервного источника после АВР. Ускоренная защита действует по цепи ускорения без выдержки времени. В установках собственных нужд, а также на ПС, питающих большое число электродвигателей ускорение защиты осуществляется до 0,5с. Такое замедленное ускорение защиты необходимо чтобы предотвратить её неправильное срабатывание в случае кратковременного замыкания контактов КА в момент включения выключателя под действием толчка тока, обусловленного сдвигом по фазе между напряжением энергосистемы и затухающей ЭДС тормозящихся электродвигателей, который может достигать 180⁰.

Опыт эксплуатации энергосистемы показывает, что АВР является весьма эффективным средством повышения надёжности энергоснабжения. Успешность действия АВР составляет 90-95%. Простота схем и высокая

Принцип действия АВР трансформатора

Из- за остаточного напряжения на шинах поддерживаемого СД и СК минимальный пусковой орган напряжения действует с замедлением 1с и более. На трансформаторах замедление можно устранить если предусмотреть взаимосвязь между его выыключателями, обеспечивающую немедленное отключение Q1 и пуск АВР при отключении Q2. Но при этом не исключается замедленное действие АВР в случае кз на линии. Для устранения замедления можно использовать защиту от потери питания, содержащую реле снижения частоты KF и реле направления мощности KW1 и KW2. Реле включается на междуфазное напряжение и ток отстающей фазы так что при направлении мощности от источника питания потребителю контакты реле были замкнуты, то есть пусковой орган не должен срабатывать. Устройство реагирует на снижение частоты и при направлении активной мощности или её исчезновении контакты KW размыкаются а контакты KF замыкаются и производят запуск KT1. По истечении выдержки времени срабатывает KL3 и отключает Q1 и ЭД не подлежащие самозапуску. Уставка срабатывания KF принимается 48…48,5Гц. У большинства самозапускающихся СД приисходит несинхронное включение, сопровождающееся токами, которые могут значительно превышать пусковой ток, поэтопу перед включением ЭД применяется частичное гашение его поля с тем чтобы . Если расчёты показывают, что кратность тока и момента при несинхронном включении не превышают допустимых значений, то АВР может происходить при полном возбуждении электродвигателей.

Расчёт уставок АВР.

Выдержка времени промежуточного реле времени на кратность включения от момента снятия напряжения с его обмотки до размыкания контактов должно с некоторым запасом превышать время время включения выключателя.

где - время включения выключателя резервирующего источника питания - время запаса (0,3…0,5)с

Напряжение срабатывания реле минимального напряжения выбирается так чтобы пусковой орган срабатывал только при полном исчезновении напряжения и не приходил в действие при пониженном напряжении вызванным кз или самозапуском ЭД.

(1) - наименьшее расчётное напряжение при кз

(2) - наименьшее напряжение при самозапуске ЭД

Для определения наименьшего остаточного напряжения производятся расчёты при 3-х фазном кз за реакторами и трансформаторами и расчёт самозапуска Эд. В схемах пусковых органов минимального напряжения должны применяться термически стойкие РН – 53/60Д. Выдержка времени пускового органа минимального напряжения должна быть на ступень селективности больше выдержки времени защит в зоне действия в которой остаточное напряжение при кз оказывается ниже напряжения срабатывания реле минимального напряжения или реле времени. Такой зоной является участки до реакторов и до трансформаторов.

- наибольшая выдержка времени защиты присоединений отходящих от шин ВН ПС

- наибольшая выдержка времени защиты присоединений отходящих от шин НН ПС.

Напряжение срабатываеия реле минимального напряжения пускового органа тока и напряжения выбирается по формулам 1 и 2. Ток срабатывания реле минимального тока должно быть меньше минимального тока нагрузки.

- минимальный ток нагрузки трансформатора =1,5

Выдержка времени так как согласование с защитой присоединений шин НН не требуется. Реле контроля наличия напряжения на резервном источнике питания. Его напряжение срабатывания определяется из условия отстрой ки от минимального рабочего напряжения.

=1,2 - коэффициент возврата