ЭНЕРГОСИСТЕМЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ

Акопян Г. С., Акопян С. Г., инженеры

Армэнерго

За последние годы в Армянской энергосистеме разработан и внедрен ряд комплексов противоаварийной автоматики.

Дополнительная автоматическая частотная разгрузка по скорости снижения частоты (1997 – 1999 гг.), которая позволила повысить загрузку Армянской АЭС за счет увеличения допустимого нормативного аварийного дефицита мощности с 40% (Сборник директивных материалов) до 72%, а также поднять уровень надежности и безопасности энергосистемы на новый качественный уровень за счет значительного сокращения глубины снижения частоты. Разработаны реле, устройства тестирования, методика расчета уставок, автоматизированная информационная система скоростной регистрации частоты и мощности в реальном масштабе времени. Организовано собственное производство реле и средств измерения.

Автоматика предотвращения нарушения устойчивости (1999 – 2000 гг.), состоящая из трех комплектов САОН на Армянской АЭС, ПС Шау- ìÿí-2 и ПС Шинуайр, которая позволяет предотвращать аварийное снижение частоты в энергосистеме при аварийном отключении Армянской АЭС за счет сохранения устойчивости параллельной работы с соседней энергосистемой, а также в 2 раза сокращать объем неизбежно отключаемых потребителей. Разработаны новые принципы построения САОН, основанные на измерении динамики изменения электрических величин вместо измерения обычных статических величин. Изготовлены устройства и система передачи информации.

Автоматика нормального и форсированного регулирования мощности перетоков ВЛ 220 кВ (1998 – 1999 гг.) связи с соседней энергосистемой путем автоматической мобилизации мощностей Татев ГЭС и Шамб ГЭС, что позволяет предотвращать отключение межсистемной связи при набросах мощности на линию. Разработаны новый способ передачи информации по высокочастотному каналу и способ регулирования. Изготовлен автоматический регулятор перетока.

Автоматика предотвращения и прекращения глубоких незатухающих синхронных качаний

(2001 г.), которая позволяет планировать и вести

режим с остановленной Раздан ТЭС без угрозы самораскачивания в весенний, летний и осенний периоды. Внедрены устройство системной стабилизации на Армянской АЭС и устройство деления на новом принципе измерения скорости изменения частоты и отклонения частоты на реле собственного производства.

Автоматика регулирования с возможным делением при аварийном повышении частоты èç-çà аварии в соседней значительно более мощной энергосистеме (2000 г.), что позволяет обеспечить соблюдение требований к паровым турбинам при аварийном повышении частоты [1].

Однофазное автоматическое повторное вклю- чение ВЛ 220 кВ связи с соседней энергосистемой (2001 г.), что позволяет предотвращать нарушение параллельной работы и отключение потребителей при коротких замыканиях на линии в 75% случаев КЗ.

Вместе с тем исключить полностью нарушение устойчивости нельзя из-за возможных отказов устройств противоаварийной автоматики, отклонения от расчетных режимов и других причин. Об этом свидетельствует фактически имевший место в Армянской энергосистеме асинхронный режим (АР), возникший в результате затянувшегося отключения КЗ. Продолжительность режима КЗ 3,2 с. АР наступил спустя 1,2 с после начала КЗ и длился 3,7 с, т.е. в течение 2,0 с режимы асинхронного хода и КЗ существовали одновременно. Кроме того, начавшийся в режиме КЗ двухчастотный асинхронный режим перешел в трехчастотный. Имело место нарушение работы механизмов с.н. Армянской АЭС. Словом, процесс аварии носил классический для таких случаев угрожающий живучести энергосистемы характер [2, 3].

Зафиксированные изменения частоты и напряжения во время фактически имевшего место в Армянской энергосистеме (ðèñ. 1) асинхронного хода по линии межсистемной связи 220 кВ из-за затянувшегося отключения трехфазного КЗ показаны на следующих рисунках:

график изменения частоты и напряжения в узле Армянской АЭС (ðèñ. 2) наиболее удаленной точки измерения от электрического центра кача-

Анализ графиков показывает:

совпадение ожидаемых и фактически зафиксированных больших изменений частоты и особенно больших скоростей изменения частоты, достигающих нескольких десятков герц в секунду, с приближением точки измерения или расчета к центру качаний со стороны Армянской энергосистемы (система с высокой частотой из-за затянувшегося отключения КЗ и меньшей мощностью по сравнению с соседней); увеличение отклонения частоты и, особенно сильно, скорости изменения частоты с приближением электрического угла к 180° не только в установившемся режиме асинхронного хода, но и при первом приближении угла к 180°.

Приведенные графики подтверждают известное положение теории асинхронного хода: чем ближе точка измерения на линии к центру кача- ний, тем больше амплитуда колебания частоты [2].

Вместе с тем скорость изменения частоты в других переходных процессах (синхронные кача- ния, отключение генерации, отключение нагрузки,

f, Ãö 53

52

51

50

49

48

47

+ % ! ;<

КЗ всех видов) многократно меньше, чем во время асинхронного режима. Особенно большое разли- чие в скоростях изменения частоты во время асинхронного режима и синхронных качаний имеет место для линий, пропускная способность которых не более 40% мощности, меньшей из параллельно работающих энергосистем, так как кроме различия характера кривой скорости изменения частоты во время асинхронного хода (сильно отличается от синусоиды и имеет пики) и синхронных качаний (близко к синусоиде) в этих случаях заметно влияет также различие периодов качаний и различие в степени отклонения частоты от нормальной. Для примера на ðèñ. 9 представлено изменение частоты и мощности при синхронных ка- чаниях (КЗ и отключение одной из смежных линий 220 кВ).

Анализ процесса возникновения фактически имевшего место АР, его протекания и ликвидации выявил необходимость замены в Армянской энергосистеме устройств АЛАР, так как установленные устройства по принципу своего действия были неспособны удовлетворить всем требованиям автоматической ликвидации АР.

Нами была предпринята попытка сформулировать качественные требования, предъявляемые к устройствам АЛАР, и провести упрощенный сравнительный анализ наиболее распространенных способов выявления асинхронного режима. Результаты проведенного анализа приведены в таблице, в которой отражены также известные [3, 4] существенные недостатки способов выявления АР.

Проведенный анализ, а также анализ зарегистрированных изменений электрических величин в процессе возникновения и протекания АР и расче- ты АР в тех же и иных исходных условиях привели нас к выводу о возможности построения

устройства АЛАР с учетом широких возможностей современных микропроцессорных устройств на основе использования следующих основных признаков.

При всех электрических связях (сильная или слабая) изменение частоты в асинхронном режиме в зависимости от фазы электрического угла (времени) и удаленности электрического центра кача- ний (ЭЦК) от точки измерения происходит по нелинейной характеристике, имеющей ярко выраженный пик по мере приближения угла к 180°, а также по мере уменьшения удаленности ЭЦК от места установки устройства (ðèñ. 10). Кроме того,

для линий, имеющих пропускную способность не более 40% мощности меньшей из параллельно работающих энергосистем, период качаний асинхронного режима в несколько раз меньше периода синхронных качаний.

Скорость изменения частоты в асинхронном режиме недалеко от ЭЦК во всех случаях многократно превышает таковую в режиме синхронных качаний, а также в режиме динамического изменения частоты при сбросе генерации или нагрузки.

Изменение частоты в асинхронном режиме по сравнению с режимом КЗ отличается и по значе-

ниям отклонения частоты, и по скорости изменения частоты.

Средняя за период асинхронного хода частота вращения вектора тока в линии равна среднему значению частоты вращения вектора напряжения на том конце линии, где напряжение выше. А с другого конца от ЭЦК – средние за период асинхронного хода значения частот напряжения и тока в линии различаются на величину среднего значе- ния скольжения асинхронного хода.

В многочастотном асинхронном режиме разли- чаются средние значения отклонения частоты тока в линиях связи разных направлений от узла примыкания за отведенное время, в частности, за период асинхронного хода. Различаются также средние значения частот напряжения и тока во всех частях системы (генераторов) за исключением одной из них, имеющей наивысший уровень напряжения.

Скорость изменения частоты в многочастотном асинхронном режиме, по крайней мере, не меньше, чем в двухчастотном.

Построенное на этих признаках устройство АЛАР, по нашему мнению, позволяет обеспечить:

1)надежную отстройку от синхронных кача- ний во всех случаях в отличие от всех известных способов, в том числе и способа, основанного на измерении (dZ/dt + Z ), а также от КЗ и других переходных процессов;

2)надежное срабатывание при асинхронном

режиме независимо от того, сопровождается асинхронный ход затянувшимся КЗ или нет в отличие от устройства АЛАР, построенного на принципе (dZ/dt + Z ); от того асинхроный режим в полнофазном или неполнофазном режиме без дополнительных мероприятий в отличие от устройств АЛАР (dZ/dt + Z ); от величины скольжения; от удаленности ЭЦК; от того, двухчастотный или многочастотный асинхронный ход, в отличие от всех известных принципов, в том числе (dZ/dt + Z );

3) селективность действия для большинства случаев структуры сети без использования дополнительных признаков. В некоторых случаях для этой цели дополнительно может применяться орган Z. Также для этой цели может быть дополнительно организован канал связи для сравнения вели- чин по концам линии. Необходимо дополнительное обоснование последнего;

4)дозированное воздействие на разгрузку линии с целью ресинхронизации, когда это объективно возможно;

5)универсальность применения независимо от

места установки, а также независимо от необходимости деления в самом ли начале возникновения асинхронного режима, к концу ли первого цикла или с выдержкой времени.