5.5.1 Автоматика управління потужністю для збереження стійкості і спеціальна автоматика відключення навантаження

Основною функцією даних видів автоматики є забезпечення статичної, синхронної динамічної і результуючої стійкості ЕЕС. Заходи, що здійснюються з цією метою (ОГ, APT, ЕТ, ВН, ДС, а також ФЗ, ФК і ОР), були розглянуті в § 5.3. Автоматика управління активною потужністю для збереження стійкості (АУПЗС) являє собою, як вказувалося, балансуючу автоматику, що поєднує ОГ, APT, ЗТ в передаючій частині ЕЕС і ВН в приймальні. Відключення навантаження в приймальній частині ЕЕС здійснюється спеціальною автоматикою відключення навантаження (САВН).

Пристрої САВН є складовою частиною АУПЗС. Ці пристрої при виникненні аварійних ситуацій (див. § 5.2) забезпечують відключення частини навантаження шляхом передачі управляючих телесигналів. При цьому відключаються великі споживачі, що допускають перериви електропостачання.

На рис. 5.13 приведена узагальнена схема комплексної АУПЗС, що складається з пускових пристроїв ПП, пристроїв автоматичного дозування дій УЛДВ, пристроїв розподілу дій ПРД і виконавчих пристроїв протиаварійної автоматики ВППА.

Пускові пристрої. Пускові ПО і вимірювальні ВО органи при порушенні нормального режиму фіксують: відключення ділянки електропередачі — по відключеннях вимикачів, спрацьовуванні релейного захисту, скиданні передаваної потужності, різниці струмів і потужностей в пошкодженій і непошкодженій частинах мережі; успішне і неуспішне АПВ (в умовах, коли електропередача не має шунтуючих зв'язків)—по тим же ознакам; тягар короткого замикання—по зниженню напруги прямої послідовності, скиданню активної потужності, затягуванню відключення к. з. через відмову вимикача або швидкодійного захисту; аварійне перевантаження электропередачі—по змінам активної потужності або кута зсуву фаз між напругами на початку і кінці електропередачі; перевантаження елемента ЕЕС — по струму.

Крім того, ПУ визначають тягар початкового режиму, фіксуючи початкові (доаварійні) значення активної потужності різних елементів ЕЕС (електропередач, генераторів, електростанцій) — по дії вимірювальних органів потужності ВОП і початковий стан схеми ЕЕС — за станом реле положення вимикачів РПВ (або допоміжних контактів вимикачів).

Таким чином, використовуються два види інформації в системі ПА: доаварійна (передається до виникнення аварії) і аварійна (передається при виникненні аварії). При цьому, як правило, використовується телепередача інформації. Для передачі сигналів аварійної інформації і команд використовується п’ятикомандна апаратура ВЧТО-М (телевідключення по високочастотному каналу).

В даний час введена нова досконаліша апаратура, що складається з високочастотної частини, що входить до складу каналу, що організовується на лініях електропередачі, і тональної частини. Така апаратура забезпечує передачу по одному каналу зв'язку 14 аварійних сигналів-команд. Час передачі команди

Рисунок 5.13 - Узагальнена функціональна схема комплексного пристрою АУПЗС

становить15-З0мс. Для телепередачі інформації про нормальний режим використовується апаратура типу ТМ-800А, яка може використовуватися з управляючою ЕВМ типу ТА-100, на базі якої можуть бути реалізовані функції УАДВ.

Фіксація аварійного виключення одної з паралельних ліній електропередачі використовується електромеханічним пристроєм, яку включає реле положення виключеного виключателя і реле блокіровки від багатократних включень. У якості допоміжного пускового пристрою використовуються реле струму чи реле активної потужності , яких включають на різні струми паралельних ліній. Фіксація виключення ліній з протилежної сторони проводиться з допомогою телепередачі.

Розрив електропередачі (виключення двох паралельних ліній) також фіксують реле положення й реле блокіровки від багатократних включень відповідних виключателів чи мінімальні реле активної потужності, спрацьовуючі при зникненні потужності в електропередачі. Фіксація аварійного виключення ліній може бути здійснена з використанням контактів вихідних реле захисту ліній.

Протиаварійна автоматика при виключенні (ослабленні) ліній, втраті потужності в передавальній частині ЕЕС, дефіциті потужності в приймальній частині (дів. § 5.2) діє на розгруження при визначеному до аварійному значенні потужності, починаючи з якого виникає небезпека порушення стійкості.

Крім того, дозування управляючих дій здійснюється в залежності від ваги як вихідного режиму (значення переданої потужності), так й аварійного збурення ─ к. з. (скидання потужності, зниження напруги прямої послідовності, години відключення к. з.). Для цієї мети використовуються пускові пристрої, реагуючі на кількісні зміни параметрів режиму ЕЕС, на швидкість неперервних змін й на значення скачкоподібних (дискретних) змін параметрів.

Фіксація ваги к. з. здійснюється по значенню скидання активної потужності електропередачі (див.рис. 5.3). Для цього використовується реле скидання потужності, розроблене у ВНІІР.

Реле скидання потужності містить вимірювальні перетворювачі міцності , операційні підсилювачі і вимірювальне реле напруги і дозволяє фіксувати значення активної потужності і її похідну.

Функціональна схема реле скидання потужності приведена на рис.5.14,а. Реле містить операційний підсилювач А, сумуючий сигнал від трьох односистемних вимірювальних перетворювачів потужності UWl–UW3 трьох фаз контролюючого ланцюга , виповнених на діодно-резисторній схемі з лінійно-кусковою апроксимацією квадратичних характеристик, елемент порівняння напруг на виході диференційного D і аперіодичного AL ланок (див. гл. 6) із заданим значенням напруги U_пр~∆P_пр (нуль-індикатор ЕА) і реле KL.

При стрибкоподібній зміні потужності електропередачі (чи іншого елемента ЕЕС) у момент часу t₁ (рис. 5.14,6) на виході диференційної ланки D з'являється імпульс 1 напруги U_и, максимальне миттєве значення якого пропорційне значенню скидання потужності ∆P. Нуль-індикатор ЕА і вихідне реле KL спрацьовують за умови ∆P ≥ ∆P_пр ~ U_пр(крива 2) і не спрацьовують при ∆P < ∆P_пр (кривие 1' і 2'). Реле скидання потужності, як правило, повинне мати характеристику, що залежить від вхідного значення потужності Pо. Для цього й служить аперіодична ланка з постійною часу T, значно перевищуючи тривалість перехідного процесу, і коефіцієнтом передачі k. Таке реле спрацьовує, якщо ∆Ρ ≥ ∆P_пр─ kP_0.

Рисунок 5.14 - Реле скидання активної потужності:

а - функціональна схема ; б - характерні сигнали в схемі реле

Вага к. з. може бути також зафіксована по значенню ∆U₁ і тривалості t_к,з. зниження напруги прямої послідовності на шинах електростанції, до яких приєднана електропередача. Для цього використовується реле напруги прямої послідовності.

Тривалість к. з. зіставляється з витримкою часу реле часу з тимчасово замикаючим контактом. У залежності від ∆U_l і t_к,з східчасто фіксується інтенсивність збурення (к. з.).

Фіксація перевантаження електропередачі, викликана дефіцитом потужності в приймальній частині ЕЕС

(див. § 5.2), здійснюється побічно по збільшенню переданої потужності чи кута δ_1,2 між векторами напруг передавальної й приймальної частин ЕЕС.

Перевантаження фіксується максимальними реле активної потужності чи у випадку застосування схеми на рис. 5.14, а максимальними реле напруги, включеннями на вихід сумуючого підсилювача А. Оскільки активна потужність лише приблизно характеризує кут δ_1,2 між векторами напруг Ù₁ і Ù₂ на початку і на кінці електропередачі і близько до граничного по стійкості режиму, то використовуються більш точніші пристрої, що фіксують безпосередньо значення кута δ_1,2 , наприклад моделююча фантомна схема, подібна елементу зустрічного регулювання в АРКТ (див. гл. 8), що моделює вектор Ù₂ напруги протилежного кінця лінії :

Ù₂=Ù₁─Ζ_лІ_л , (5.8)

Де Ζ_л-опір і струм електропередачі.

Відповідне реле різниці фаз дозволяє фіксувати кут між напругами і швидкість його зміни.

Широко розповсюджені в практиці експлуатації також схеми, що використовують струм лінії Ι_л як аналог кута δ_1,2. У таких схемах, як правило, використовуються три максимальних реле струму, включених на струми фаз. Контакти реле струму включаються послідовно для виключення роботи пристрою при к. з. (трифазне к. з. вважається мало імовірним).

Пристрій автоматичного дозування впливів служать для формування й визначення інтенсивності керуючих впливів.

Керуючі впливи виробляються в залежності від інтенсивності аварійного збурення і параметрів вихідного (до аварійного) режиму, інформація про них поступає від пускових пристроїв.

При цьому пристрій АДВ (див. рис. 5.13) оцінюють після аварійний стан ЕЕС безпосередній у момент виникнення збурення, тобто прогнозують цей стан, що дозволяє збільшити швидкодії ПА і знизити тим самим інтенсивність керуючих впливів. Після появлення аварії керуючі впливи виробляються з використанням пристрою автоматичного запам’ятовування дозувань (А3Д), у які введені результати попередніх розрахунків, що утворюють масив керуючих впливів.

Раніше, коли вузли ЕЕС були не настільки розвинутими , цей масив удавалося зберігати за допомогою релейно-контактних схем й комутаторів. На рис. 5.15 приведена схема релейно-контактного пристрою АДВ, у який введена інформація про вихідний стан ЕЕС, що включає значення активної потужності P_0,Σ , переданої по електропередачі

( див. рис. 5.2), й інформація про схему електропередачі. Схема електропередачі може бути нормальною(включені

Рисунок 5.15 - Спрощена схема релейно-контактного пристрою АДВ

обидві лінії) чи ремонтною (один з ділянок однієї з ліній відключений). Пристрій АДВ одержує сигнали від пускових органів 7707 і 7702 про відключення тієї чи іншої ділянки електропередачі і має чотири ступені виміру вихідного значення потужності.

Вимір (фіксація) вихідних значень потужності P_0,Σ. виробляється аналого-релейним перетворювачем тобто набором максимальних реле активної потужності й ланцюгів запам'ятовування вихідного стану їхніх контактів, оснащених відповідним числом проміжних реле повторювачів KL1─KL4.

У найпростішому випадку за умови, що потужність приймальної частини ЕЕС значно перевищує потужність її передавальної частини, можна визначити потужність вимикаючих генераторів ∆P₀,_г у відповідності з вимогою 8%-ного запасу статичної стійкості:

∆P₀,_Г=P₀,_∑─0,92P₁,_2,||’ (5.9)

де P₁,_2,|’ - гранична по умові статичної стійкості потужність електропередачі в після аварійному режимі.

У більш важких випадках при визначенні ∆P_0,Γ приходиться виповняти більш складні розрахунки, при чому для визначення P₀,_∑ необхідно спочатку здійснити сумування потужностей декількох електропередач. Для ЕЕС з двома частинами порівнянної потужності враховуються значення скидання активної потужності при короткому замиканні.

З алежності ∆P₀,_Γ від P₀,_∑ для нормального 1 і ремонтного 2 режимів електропередачі роботи приведені на рис. 5.16, де вказані потужності вимикаючих генераторів ∆P₀,_Γ,₁÷∆P₀,_Γ,4 і

Рисунок 5.16. Залежність потужності відключаючи генераторів від початкового електропостачання згідно рис.5.2.

потужності електропередачі у вихідному режимі , фіксовані реле потужності для нормального (потужність спрацювання реле P_C,_P,₁÷P_C,_P,₃) і ремонтного (P'_C,_P,₁÷P'_C,_P,4 ) режимів.

Ці залежності у виді їх лінійно-частинної апроксимації (функціонального перетворення) і реалізуються за допомогою комутатора К вертикальні (вихідні) і горизонтальні (вхідні) шинки якого з’єднані (місця з'єднань вказані точками). Комутатор виконує функції запам'ятовуючого пристрою, що зберігає результати заздалегідь проведених розрахунків.

Таким чином, при спрацюванні пускових. органів ПО1 чи ПО2 у залежності від місця (чи виду) аварійного збурення, схеми електропередачі (режим 1 - замкнутий контакт SА 1.1 перемикача SА1, режим 2 - замкнутий контакт SА 1.2) і вихідної потужності визначається керуючий вплив (УВ1-УВ4) на електростанцію у виді визначеного значення потужності вимикаючих генераторів.

Якщо в мостах з'єднання вхідних й вихідних шин комутатора встановити діоди, то утворяться пристрої, що одержали назву діодно-матричних комутаторів (КДМ) і здатні не тільки зберігати інформацію, але й виповнювати логічні операції І і ЧИ. Ці пристрої в порівнянні з релейно-контактними АДВ вимагають меншого числа реле й комутаторів менших розмірів.

Релейно-контактні й діодно-матричні пристрої АДВ застосовуються для об'єктів малої й середньої складності чи в якості резервних, установлених додатково до пристроїв АДВ із цифровими ЄВМ для складних вузлів. Пристрої АДВ із цифровими ЄВМ можуть реалізувати чотири основних способи дозування. При способі До (до аварії) розрахунок дозувань виконується неперервне (циклічно), у результаті чого в кожнім циклі , триваючому 3-5 с, пристрою АЗД (див. рис. 5.13) видається ціла серія дозувань (ОГ, АРТ, ДС, ВІт.п.) для всіх аварій , можливих у даному поточному режимі.

Пристрій АЗД зберігає інформацію, вироблену АДВ, і видає її при спрацюванні відповідного пускового органу. У способі Після цифрова ЕВМ безпосередньо приймає сигнали від пускових органів що спрацювали, розраховує за 0,02-0,5 с дозування і видає команди управління виконуючим пристроям.

Спосіб До має велику надійність й перешкодостійкість, тому що розрахунки ведуться до аварій і крім того, пристрій АДВ завжди знаходиться в робочому положенні, яке відповідає визначеному режиму ЕЕС. У способах До й Після при розрахунках використовується або програма, складена на основі рівнянь, які описують ЕЕС у доаварійному, аварійному й після аварійному режимах зі збереженням усіх стосовно до них констант, чи програма, складена на основі таблиць рішень, одержаних більш потужними розрахунковими засобами (поза пристроями АДВ) й описуючих межі стійкості ЕЕС з урахуванням керуючих впливів.

При спрацюванні пускового пристрою (при виникнення аварійного збурення) пристрій АДВ (див. рис. 5.13) видає завдання на розвантаження ТЕС і ГЕС - задані значення а на ТЕС додатково імпульсні (амплітудою А_і та тривалістю τ_і) впливу на АРТ і команди управлення на ОГ або ДС. Вони надходять до пристрою розподілення впливів УРВ, які мають різне виконання в залежності від виду керованого впливу і у зв'язку з технологічними особливостями ГЕС й ТЕС.

Пристрої розподілення впливів на ГЕС, на яких виробляється ОГ, вибирають номера генераторів, які відключаються , відповідно до заданого значення і установленої черговості відключення. В аналого-цифровому пристрої ,враховується, що крім ОГ пристрій може одержати й команду ДС. Тому на комутаторах пристрою встановлюється належність кожного з генераторів до тієї чи іншої групи стосовно точки розподілу, а також мінімального числа генераторів, що повинне залишитися в роботі кожної групи.

Крім того, цей пристрій враховує нерівномірність завантаження генераторів, що вимагає задання діапазонів потужностей, при яких генератори використовуються в ОГ.

Для електростанцій з рівномірним завантаженням генераторів використовуються пристрої, зроблені на базі діодно - матричних комутаторів, що дозволяють визначити число генераторів що виключаються з врахуванням їх завантаження. Завантаження генераторів контролюється встановленим на одному з генераторів реле потужності.

Аналогічно виповняються і пристрої розподілення впливів спеціальної автоматики відключення навантаження (САОН).

На ТЕС розвантаження агрегатів реалізується через ЄГП (див. § 5.3), а ОГ здійснюється тільки при не можливості знизити потужність агрегатів на запропоноване значення . Обмеження по припустимій глибині розвантаження залежать від типу устаткування й виду палива й для сучасних енергоблоків зі дуже критичними параметрами пари й прямоточними парогенераторами при вихідній номінальній потужності Р_г,_ном складають 0,3 Р_г,_ном при роботі на порохокутовому паливі, 0,5Р_г,_ном при роботі на мазуті й 0,7Р_г,_ном при роботі на газі.

На ТЕС функції пристрою розподілу впливів виконує загально станційна частина системи автоматичного управління потужністю (САУМ), що приймає завдання на розвантаження станції і розподіляє його по агрегатах із врахуванням обмежень по глибині розвантаження кожного з них.

Виконавчі пристрої ІУ ПА (пристрою реалізації впливів) на ГЄС, а також подібні пристрої САОН являють собою ланцюг відключення вимикачів (на рис. 5.13 не показані). На ТЕС функції ІУ ПА здійснює агрегатна частина САУМ,

Виробляюча АРТ подачею імпульсів великої амплітуди ( див.