11.4. Автоматическая разгрузка по частоте (ачр)

Особенностью режима работы энергосистем является равенство в каждый данный момент мощностей источников энергии сумме мощностей нагрузки и потерь:

где Р_нг — мощность нагрузки; Р_пот — мощность потерь.

Изменение нагрузки требует следущего 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 (АРЧ). В аварийных условиях происходят резкие и зна­чительные изменения нагрузки, при этом в отдельных частях систе­мы могут возникнуть избытки или дефициты генерирующих мощно­стей. Непринятие быстрых и эффективных мер при аварийной ситуа­ции может привести к нарушению устойчивости частей системы, отключению ряда станций 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 (потребителя) при значительном устойчивом снижении частоты в системе.

Рис.11.2. Баланс мощностей в энергосистеме.

Рассмотрим схему, показанную на рис. 11.2, в которой две си­стемы связаны линией межсистемной связи. Пренебрежем в первом приближении потерями в сетях и будем считать, что в нормальном режиме f= f _ном и Р_са+ Р_св=Р_нга +Р_нгв, где Р_са — мощность, вы­даваемая системой А; Р_сВ мощность, выдаваемая системой В, при­чем Р_сА >Р_нга, тогда Р_сВ<Р_нгв.

Предположим, что на линии межсистемной связи возникло к. з. и линия под действием релейной защиты отключилась. После отклю­чения линии в силу указанных неравенств частоты в обеих системах изменятся, причем в разные стороны: f а> f _ном, а f в< f _ном.

В системе А баланс мощностей, а следовательно, и номинальная частота могут быть относительно 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 ча­стоты остается отключение части нагрузки.

Принципиальная схема устройства АЧР приведена на рис. 11.3. Устройство состоит из нескольких комплектов реле частоты и проме­жуточных реле (реле 1, 3, 2, 4); каждый из комплектов 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 на 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 1,0—20 с. Для того чтобы частота длительно не оставалась на низком уровне, уста­навливается комплект АЧР с уставкой в 48,5 Гц и выдержкой вре­мени в 5 – 90 с (реле 5, 6, 7).

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-I и АЧР-П. Устройства АЧР-I осуществляют быстродействующую раз­грузку. Они имеют различные уставки по частоте и предназначены для приостановки снижения частоты в энергосистеме.

Рис. 11.3. Принципиальная схема устройства АЧР.

Устройства АЧР-II предназначены для подъема частоты после действия АЧР-I, 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 системе. 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.