Основные книги / Релейная защита в пдф

Возможен другой вариант построения схемы питания потребителей, когда в нормальном режиме секционный выключатель отключен и каждый трансформатор питает свою нагрузку (рис. 6.7,б).

Если в трансформаторе Т1 произойдет КЗ, то после отключения релейной защитой выключателей Q1 и Q3 необходимо включить секционный выключатель Q5. Потребители левой секции получат питание от трансформатора Т2. Конечно, это возможно, если трансформатор Т2 имеет достаточную мощность для питания потребителей двух секций.

Автоматический ввод резерва широко применяется в схемах питания собственных нужд электростанций. Для повышения надежности трансформаторы собственных нужд резервируются. Каждый трансформатор собственных нужд может резервировать любой другой трансформатор, если это позволяет схема электрических соединений. Однако при таком подходе схема автоматики получается более сложной и менее надежной. Более простой является схема явного резервирования, когда функции резервирования закреплены за одним, не работающим в нормальном режиме трансформатором (рис. 6.7,в).

Рис. 6.7. Схемы резервирования трансформаторов

Рассмотренные примеры свидетельствуют о многообразии вариантов резервирования, что должно учитываться при разработке схем автоматики.

Схема питания двух секций с резервным трансформатором показана на рис. 6.8. Общая идеология резервирования здесь аналогична той, которая рассмотрена на примере резервирования линии. В случае выхода из строя рабочего трансформатора, например Т1, последний отключается с двух сторон, а

121

питание потребителей первой секции переводится на резервный трансформатор ТЗ. Отключение поврежденного трансформатора двумя выключателями устраняет возможность включения резервного трансформатора на поврежденный рабочий трансформатор.

Внормальном режиме трансформатор ТЗ отключен и находится в явном резерве. Его включение в работу осуществляется выключателями Q5 и Q2 при резервировании трансформатора Т1 или выключателями Q6 и Q2 при резервировании трансформатора Т2.

Внормальном режиме резервный трансформатор отключается с двух сторон – со стороны потребителей и дополнительно со стороны источника питания. Поэтому в режиме резерва трансформатор не находится под напряжением, что дает экономию на потерях холостого хода.

К сборным шинам 110-220 кВ

Рис. 6.8. Схема питания двух секций с резервным трансформатором

Пуск схемы АВР трансформатора можно осуществить по-разному. Возможен вариант пуска от релейной защиты рабочего трансформатора. При срабатывании газовой или дифференциальной защиты трансформатор отключается от сети, например, выключателями Q1 и Q4 в случае повреждения трансформатора Т1. Эта же защита запускает схему АВР для включения резервного трансформатора ТЗ.

122

Возможен пуск схемы с помощью реле минимального напряжения, как это осуществлено в схеме АВР линии. Выбор варианта определяется дополнительными обстоятельствами.

Схема АВР трансформатора для подстанции с двумя рабочими трансформаторами показана на рис. 6.9. Для упрощения показана схема резервирования одного трансформатора Т1. Для трансформатора Т2 схема АВР аналогична.

времени, достаточной для однократного включения выключателей Q5 и Q2, контакты реле KLT размыкаются и разрывают цепь реле KL2.

Если резервный трансформатор включился на устойчивое КЗ на сборных шинах секции 1, то действием релейной защиты он отключится. Повторного включения резервного трансформатора не произойдет, так как к этому времени контакты реле KLT разомкнутся и сигнал на катушки включения YАС5 и YАС2 не поступит.

В случае неявного резерва до цикла АВР каждый трансформатор работает на нагрузку своих потребителей, подключенных к секции (рис. 6.10,а). Секци-

123

онный выключатель QВ5 нормально отключен. В аварийном режиме оба трансформатора взаимно резервируют друг друга.

На рис. 6.10,б показан фрагмент упрощенной схемы АВР. При отключении одного из трансформаторов, например Т1, вспомогательные контакты выключателя Q3.3 размыкают цепь реле KLT. Контакты Q3.4 замыкаются и подают напряжение на промежуточное реле KL1, которое срабатывает и своими контактами замыкает цепь питания катушек включения выключателей YАС2,

YАС4 и YАС5.

Рис. 6.10. Схема АВР трансформатора с действием на секционный выключатель

Если трансформатор Т2 был включен, то включается только секционный выключатель QB. При исходно отключенном трансформаторе Т2 будут включаться три выключателя (Q2, Q4, QB). Для устранения перегрузки аккумуляторной батареи за счет одновременного включения нескольких выключателей предусматривается блокировка с помощью дополнительных контактов выключателя Q2. Выключатель Q4 включается только после того, как выключатель Q2 уже включен. В рассмотренных случаях после действия АВР на первую секцию подается напряжение от трансформатора Т2. Аналогичным образом трансформатор Т2 резервируется трансформатором Т1.

Следует иметь в виду, что в случае неявного резерва трансформаторы оказываются перегруженными. В целях устранения перегрузки остающегося в

124

работе трансформатора часть менее ответственных потребителей должна быть отключена.

В том случае, если в теряющей питание части системы электроснабжения есть мощные двигатели, во время перерыва питания они за счёт запасённой энергии поддерживают напряжение на шинах. В этом случае АВР, действующее по потере напряжения, может не запуститься. В таких случаях запуск АВР осуществляется от реле понижения частоты.

Раздел 7. Регулирование напряжения и частоты. Управление системой электроснабжения

В разделе рассматриваются три темы:

-регулирование напряжения и реактивной мощности;

-регулирование частоты;

-организация управления системой электроснабжения.

Лабораторные работы и практические занятия в данном разделе не предусмотрены.

После проработки теоретического материала следует ответить на вопросы тренировочного теста № 7. Правильные ответы на вопросы тренировочных тестов приведены на с. 220. При появлении затруднений по тестовым заданиям следует обратиться к теоретическому материалу [1] или проконсультироваться у преподавателя.

При эффективной проработке материала данного раздела можно набрать 10 баллов из 100 возможных.

7.1. Регулирование напряжения и реактивной мощности

Напряжение и потоки реактивной мощности в системах электроснабжения можно регулировать с помощью:

-трансформаторов с регулируемым коэффициентом трансформации;

-автоматического регулирования возбуждения синхронных машин;

-конденсаторных установок регулируемой мощности и др.

125

7.1.1. Регулирование коэффициента трансформации понижающего трансформатора

Одним из основных средств регулирования напряжения в системах электроснабжения является изменение коэффициентов трансформации трансформаторов на подстанциях. Известно, что коэффициент трансформации определяется отношением числа витков первичной w1 и вторичной w2 обмоток трансформатора или отношением первичного Uвн и вторичного Uнн напряжений трансформатора при его холостом ходе:

k=w1 /w2=Uвн /Uнн.

Трансформаторы имеют специальные ответвления от обмоток, позволяющие изменять коэффициент трансформации и, следовательно, регулировать напряжение. Переключения ответвлений могут осуществляться устройством переключения без возбуждения (ПБВ) при отключении трансформатора от сети или устройством регулирования под нагрузкой (РПН) без отключения трансформатора от сети.

Регулировочные ответвления выполняют в обмотке высшего напряжения со стороны нейтрали.

Трансформаторы с устройством РПН позволяют регулировать напряжение при изменении нагрузки в течение суток. Такие трансформаторы оборудуются автоматическими регуляторами напряжения (АРН), которые реагируют на изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора, давая команды на переключение ответвлений РПН согласно заданному закону регулирования напряжения.

Для повышения надежности работы РПН следует исключить его срабатывания при незначительных отклонениях напряжения, а также при значительных, но кратковременных отклонениях напряжения. Для этого АРН имеет зону нечувствительности, несколько большую половины одной ступени регулирования. В этом случае АРН выдает сигнал на переключение, если напряжение ближе к следующей ступени регулирования, чем к той, на которой в данный момент работает трансформатор.

Для отстройки РПН от срабатывания при кратковременных отклонениях напряжения в АРН предусматривается выдержка времени 1 3 минуты.

126

7.1.2. Автоматическое регулирование возбуждения синхронных машин

Наиболее эффективным и часто применяемым способом регулирования напряжения и реактивной мощности является автоматическое регулирование возбуждения синхронных генераторов (САРВ).

Функциональная схема САРВ включает в себя (рис. 7.1):

-автоматический регулятор возбуждения AV;

-тиристорный преобразователь UA, получающий сигнал управления от

АРВ;

- силовой элемент – возбудитель GE, от которого питается обмотка возбуждения главного генератора G (двигателя)).

Вторичный

регулятор

Обратная связь

UA

GE G

Рис. 7.1. Функциональная схема системы автоматического регулирования возбуждения генератора

Возбудитель может быть прямого действия, когда ток возбуждения обеспечивается тиристорным преобразователем, и косвенного действия, когда в контур регулирования включается электрическая машина GE – машина постоянного тока, обращенный синхронный генератор, расположенный на валу агрегата, или высокочастотный генератор с неуправляемым вращающимся диодным преобразователем.

127

В измерительном органе АРВ сигналы измерительных преобразователей преобразуются в сигналы постоянного тока или в цифровой код, и затем рассчитываются параметры регулирования.

Вычислительный орган на основании этой информации и значения заданной уставки, которая вводится с помощью задатчика, формирует сигнал управления.

Этот сигнал через усилительный и исполнительный органы управляет работой возбудителя GE, подающего ток возбуждения в обмотку ротора генератора G. Задатчиком можно управлять вручную или с помощью автоматической системы режимного управления (вторичный регулятор).

Отрицательная обратная связь, показанная на рис. 7.1, компенсирует инерционность тракта усиления сигнала по мощности и стабилизирует процесс регулирования.

7.1.3. Автоматическое управление конденсаторными батареями

Современными средствами компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения являются регулируемые конденсаторные установки.

Автоматическое регулирование мощности конденсаторных батарей может выполняться по различным параметрам: времени суток, току нагрузки, напряжению, коэффициенту мощности. Самый простой и наиболее распространенный способ – регулирование по уровню напряжения.

7.2. Регулирование частоты

Для поддержания частоты в энергосистеме в заданных пределах все приводные двигатели генераторов оснащаются регуляторами частоты вращения (РЧВ), называемыми первичными.

Функциональная схема РЧВ приведена на рис.7.2. В измерительном органе фактическая частота вращения сравнивается с уставкой, которая вводится с помощью механизма изменения частоты вращения МИЧВ. Полученный сигнал через усилительный и исполнительный органы управляет регулирующим органом (клапаном), то есть подачей энергоносителя и, следовательно, частотой вращения. МИЧВ управляется оператором или автоматически.

128

Причины изменения частоты могут быть самыми различными: аварийное отключение генератора на электростанции, аварийное отключение линии или трансформатора связи между отдельными частями энергосистемы, резкое увеличение мощности потребителей и др.

Отклонение частоты от ее номинального значения f = f – fном как один из показателей качества электроэнергии регламентируется ГОСТ 13109-97, который устанавливает нормально допустимые (+ 0,2 Гц) и предельно допустимые (+0,4 Гц) отклонения частоты.

Вторичный

регулятор

DР Df

Ручное МИЧВ управление

Рис. 7.2. Функциональная схема регулятора частоты вращения

Жесткие требования к поддержанию частоты обусловлены значительным ее влиянием на технологические производственные процессы, на производительность механизмов потребителей, и в особенности на производительность механизмов собственных нужд электростанций, от режима работы которых в значительной мере зависит надежность работы электростанций и выдаваемая ими мощность. Регулирование частоты в нормальных режимах рассмотрено в УМК «Электроэнергетика. Ч. 2»

Достаточно сложной задачей является поддержание частоты на требуемом уровне при ее понижении, обусловленном дефицитом генерируемой мощности в энергосистеме. В этом случае увеличивают впуск энергоносителя в турбины, при недостаточности такого увеличения включают резерв мощности. При дальней-

129

шем снижении частоты в энергосистеме и недостаточной мощности резерва выполняется автоматическое ограничение снижения частоты. Одной из основных функций автоматического ограничения снижения частоты является автоматическая частотная разгрузка (АЧР). Она включает в себя две очереди разгрузки – АЧР1 и АЧР2.

Рассмотрим подробнее работу АЧР. Пусть в момент времени t = 0 происходит аварийное отделение части системы (рис. 7.3), в которой начинается интенсивное снижение частоты. При достижении уставки f1 первой очереди АЧР реле, установленные в соответствующих точках системы, без выдержки времени формируют команду на отключение первой очереди потребителей (наименее ответственных). После отключения этих потребителей процесс снижения частоты прекращается либо только замедляется. Во втором случае частота может снизиться до значения, соответствующего срабатыванию второй очереди АЧР (f2), в результате чего отключится следующая группа потребителей. И так далее, пока снижение частоты не прекратится. На рис. 7.3,а рассмотрен случай срабатывания 4-х очередей при уставках срабатывания f1, f2, f3 и f4, после чего процесс снижения частоты прекратился и началось некоторое её повышение.

Если бы на этом действие АЧР прекратилось, то через некоторое время мог на длительное время установиться баланс мощностей при недопустимо низком уровне частоты. Для предотвращения такого «зависания» частоты кроме очередей, срабатывающих без выдержки времени по факту достижения частотой значения уставки, имеются дополнительные очереди, срабатывающие при одной уставке по частоте f0>f1, но с различными выдержками времени. Обычно уставка f0 принимается равной 48,5-49,5 Гц, а уставки по времени от 5 с до 1,5 мин.

Отключением дополнительных очередей потребителей (на рис. 7.3,а в моменты t1, t2, t3, t4) частота постепенно восстанавливается до значения f0, после чего дальнейшее восстановление частоты может быть осуществлено эксплуатационным персоналом.

130