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.