3.3. Автоматическое ограничение снижения частоты

АОСЧ выявляет опасное снижение частоты, прекращает ее снижение и восстанавливает частоту.

Торможение роторов генераторов, а следовательно, и снижение частоты происходит при возникновении дефицита активной мощности в ЭЭС.

Существенное снижение частоты опасно тем, что может возникнуть «лавина частоты», что, в свою очередь, может привести к погашению электростанций.

Комплекс устройств АОСЧ должен предотвращать (не допускать) работу ЭЭС с частотой:

– ниже 45 Гц;

– ниже 46 Гц в течение времени более 10 с;

– ниже 47 Гц в течение времени более 20 с;

– ниже 48,5 Гц в течение времени более 60 с.

Свои задачи устройства АОСЧ решают за счет ликвидации дефицита активной мощности путем увеличения генерации и уменьшения потребления .

В состав подсистемы АОСЧ входят:

– автоматический частотный ввод резерва (АЧВР);

– автоматическая частотная разгрузка (АЧР);

– дополнительная разгрузка, действующая при больших местных дефицитах мощности;

– восстановление питания отключенных потребителей при восстановлении частоты (ЧАПВ);

– выделение электростанций или генераторов на питание собственных нужд электростанций (делительная автоматика по частоте).

Устройства АОСЧ действуют по:

– факту снижения частоты и (или) скорости ее снижения;

– факторам, свидетельствующим о возникновении дефицита мощности: отключение питающих элементов сети, сброс активной мощности и т.п.

Выбор, размещение и настройка устройств АОСЧ осуществляется на основе анализа схем и режимов ЭЭС. При этом выявляются все реально возможные варианты возникновения аварийных дефицитов мощности, начиная с элементарных узлов (электростанций с нагрузкой) и кончая всей параллельно работающей ЭЭС.

Далее дана краткая характеристика устройств АОСЧ.

Автоматика частотного ввода резерва

Данная автоматика реализует частотный пуск и загрузку генераторных мощностей.

Это:

– пуск резервных ГГ;

– пуск резервных газотурбинных установок (ГТУ);

– перевод ГГ из режима СК в активный режим;

– использование вращающегося резерва.

Автоматическая частотная разгрузка

Система АЧР должна быть построена таким образом, чтобы обеспечивать отключение лишь такой величины нагрузки, которая необходима для восстановления частоты до безопасных значений.

Применяются две системы АЧР:

– АЧР I – быстродействующая, очереди которой отличаются только уставками по частоте в диапазоне 46,5 – 49,3 Гц, общая уставка по времени 0,3 – 0,5 с, минимальная ступень по частоте 0,1 Гц;

– АЧР II – медленнодействующая, очереди которой имеют общую уставку по частоте в диапазоне 48,5 – 49,2 Гц и различные уставки по времени от 5 до 60 – 90 с, минимальная ступень по времени 3 с.

Назначение АЧР I – приостановить снижение частоты. Назначение АЧР II – восстановить частоту после действия АЧР I и мобилизации резервов активной мощности, ликвидировать возможное «зависание» частоты, предотвратить снижение частоты при медленных аварийных снижениях генерируемой мощности, а также при возникновении повторных дефицитов мощности.

При возникновении дефицита активной мощности в ЭЭС по мере снижения частоты срабатывают очереди АЧР I со все более низкими уставками по частоте, а по мере восстановления частоты – очереди АЧР II со все более высокими уставками по времени.

На рис. 3.6 показано изменение частоты в ЭЭС при дефиците мощности и действии АЧР (кривой А показано изменение частоты при отсутствии АЧР).

Рис. 3.6. Изменение частоты в ЭЭС при работе АЧР

В момент времени t=0 происходит авария, сопровождающаяся возникновением дефицита мощности. Резерв мощности исчерпан и частота начала снижаться. В точке 1 в момент частота достигает уставок срабатывания первой очереди АЧР I и всех очередей АЧР II. Срабатывание устройств АЧР I первой очереди приводит к отключению части нагрузки и замедлению снижения частоты. Далее срабатывают устройства АЧР I второй, третьей и т.д. очередей до тех пор, пока снижение частоты не приостановится. А в момент времени по истечении выдержки времени срабатывает устройство АЧР II первой очереди, через интервал – второй очереди и так до тех пор, пока частота в ЭЭС не поднимется выше уставки устройств АЧР II.

Объем нагрузки, отключаемой устройствами АЧР I, определяется по формуле

,

где – максимальный дефицит мощности;

– мощность нагрузки в исходном режиме;

- величина резерва мощности на ТЭС.

Мощность нагрузки, отключаемой АЧР II, принимается

,

но не менее 0,1 . Возможность мобилизации мощности на ГЭС, как правило, не учитывается и идет в запас.

К устройствам АЧР в избыточных ЭЭС подключено примерно 50 % всех потребителей, а в дефицитных – около 80 %. Всего в ЭЭС РФ установлено более 8 000 устройств, к каждому из которых подключается нагрузка со сред-ним значением 10 МВт.

Дополнительная разгрузка

В отдельных случаях АЧР может оказаться неэффективной из-за резкого и глубокого снижения частоты и напряжения. Поэтому в этих случаях должны предусматриваться, кроме АЧР, устройства так называемой дополнительной разгрузки. Цель их введения – ускорение отключения потребителей и увеличение объема отключаемой нагрузки. Дополнительная разгрузка должна предотвращать не только недопустимое снижение частоты, но и глубокое снижение напряжения, угрожающее развитием лавины напряжения.

Важнейшим условием обеспечения эффективности дополнительной разгрузки является ее быстродействие. Поэтому дополнительная разгрузка нередко действует по факторам, характеризующим возникновение опасного местного дефицита мощности (не ожидая снижения частоты). Такими факторами могут быть: аварийное отключение генераторов, питающих линий, трансформаторов и т.д.

Возможно также применение устройства с пуском по скорости снижения частоты или с комбинированными пусковыми органами – по значению частоты и скорости ее снижения, по одновременному снижению частоты и напряжения.

Делительная автоматика по частоте

(ЧДА - частотная делительная автоматика)

При глубоких и длительных понижениях частоты, обусловленных недостаточностью АЧР и дополнительной разгрузки, применяется делительная автоматика по частоте, которая отделяет от энергосистемы ТЭС или часть ее агрегатов с примерно сбалансированной нагрузкой с целью сохранения собственных нужд станции и питания наиболее ответственных потребителей.

Особо следует указать на важность установки делительной автоматики по частоте, которая фактически является последним устройством автоматики, позволяющим сохранить в работе ТЭС. Эта автоматика играет роль «последнего» рубежа в процессе эскалации аварийных событий.

Делительную автоматику по частоте следует выполнять с двумя пусковыми органами: одним – с частотой срабатывания 45 – 45,5 Гц и временем срабатывания 0,5 с, и с другим – с частотой срабатывания около 47 Гц и временем срабатывания 40 с.

Частотное АПВ (ЧАПВ)

Это важное средство уменьшения ущерба, вызванного отключением потребителей. Оно позволяет осуществлять ликвидации аварий (с отключением дефицитного района) без вмешательства персонала – полностью автоматическими устройствами.

Например, в результате действия АЛАР часть ЭЭС, получавшая мощность из энергообъединения, отделяется. Это приводит последовательно к снижению частоты и работе АЧР, осуществлению частотного пуска и загрузки ГГ, подъему частоты до уровня, обеспечивающего работу АПВУС межсистемной связи и присоединение отделившейся части ЭЭС к энергообъединению, восстановлению питания отключенных потребителей действием ЧАПВ.

Эффективно ЧАПВ может осуществляться также при успешном несинхронном АПВ отключенной связи с быстрым втягиванием в синхронизм или при ресинхронизации по оставшейся включенной связи после кратковременного АР и действия ОН в дефицитном районе. Существующие директивные материалы ориентируют на увеличение объема ЧАПВ, вплоть до полного охвата всех отключаемых потребителей.

При развитии системы ЧАПВ в первую очередь АПВ должно быть осуществлено: для наиболее ответственных потребителей (отключаемых последними очередями АЧР), для наиболее часто отключаемых потребителей, для потребителей, восстановление питания которых при отсутствии ЧАПВ требует значительного времени (подстанции без постоянного дежурного персонала и т.д.).

Диапазон уставок по частоте ЧАПВ принят равным 49,2 – 50 Гц; начальная уставка по времени ЧАПВ – в пределах от 10 до 20 с. При этом исключается действие при кратковременных подъемах частоты. Конечная уставка по времени ЧАПВ может достигать 120 с.