Противоаварийная автоматика

 

 

 

 

4. АОСЧ

Автоматическое ограничение снижения частоты (АОСЧ) предназначено для обеспечения живучести ЕЭС России при возникновении значительного дефицита активной мощности в отдельных ее частях (регионах) с их аварийным отделением и глубоким (ниже 49,0 Гц) снижением частоты (и напряжения, как следствие снижения частоты), создающих угрозу повреждения оборудования электростанций, безопасности работы АЭС, нарушения нормальной работы энергопринимающих установок потребителей, а также возникновения лавины частоты и напряжения с полным прекращением электроснабжения.

 АОСЧ должно обеспечивать  прекращение процесса аварийного снижения частоты и подъем ее до уровня, при котором энергосистема по условиям работы оборудования и собственных нужд электростанций может работать длительное время (выше 49,0 Гц), а также частичное или полное восстановление электроснабжения отключенной нагрузки потребителей при

нормализации частоты.

Для выполнения этих функций АОСЧ осуществляет:

• автоматический частотный ввод резерва (АЧВР) при снижении частоты ниже минимально допустимых значений, до верхних уставок АЧР;
• автоматическую частотную разгрузку (АЧР) при снижении частоты ниже 49,0 Гц;
• дополнительную автоматическую разгрузку (ДАР) при местных дефицитах активной мощности с большой скоростью снижения частоты;
• выделение электростанций (энергоблоков) на питание собственных нужд или на сбалансированную нагрузку (частотная делительная автоматика – ЧДА) в случае неэффективности действия АЧР;
• частотное автоматическое повторное включение (ЧАПВ) отключенных потребителей при нормализации частоты.

Настройка устройств, входящих в АОСЧ, должна быть такой, чтобы глубина и длительность цикла снижения и подъема частоты не приводили к нарушению технологического режима работы ТЭС и требований действующих ГОСТ по эксплуатации турбин.

Исходя из этих требований АОСЧ должна выполняться на основании следующих расчетных условий работы энергосистемы:

• с частотой ниже 49,0 Гц – не более 40 с;
• с частотой ниже 47,0 Гц – не более 10 с;
• с частотой ниже 46,0 Гц – не допускается.

 

 АОСЧ обеспечивает  выполнение требований  за счет использования резервов генерирующей мощности и отключения нагрузки потребителей. При этом мощность отключаемой нагрузки не должна превышать возникший аварийный дефицит мощности.

 Для выполнения своих  функций устройства, входящие в  АОСЧ, контролируют:

• величину, продолжительность и/или скорость снижения частоты;
• факторы, характеризующие возникновение местного дефицита активной мощности без контроля изменения частоты: отключение генерирующего оборудования, питающей линии электропередачи или трансформаторного оборудования (с контролем величины и направления мощности в предшествующем режиме) и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. АЧР

Автомати́ческая часто́тная разгру́зка (АЧР) — один из методов противоаварийной автоматики, направленный на повышение надежности работы электроэнергетической системы путем предотвращения образования лавины частоты и сохранения целостности этой системы. Метод заключается в отключении наименее важных потребителей электроэнергии при внезапно возникшем дефиците активной мощности в системе.

Основное назначение АЧР - путем отключения части менее ответственных потребителей сохранить в работе электрические станции и в той мере, в какой это возможно, — наиболее ответственных потребителей. Сохранение в работе электрических станций дает возможность после ликвидации аварийной ситуации достаточно быстро восстановить питание потребителей.

Отсутствие или недостаточный объем АЧР могут привести к остановке всех или значительной части электрических станций, вследствие чего будет нарушено питание существенной доли или всех потребителей, Восстановление их электроснабжения потребует значительного времени.

В последние годы основная задача АЧР стала формулироваться более широко - не только предотвратить снижение частоты ниже соответствующих уровней на время больше допустимого, но и обеспечить подъем частоты до уровня, дающего возможность автоматически быстро восстановить нормальную работу энергосистемы.

Задача ликвидации аварийной ситуации с дефицитом мощности и восстановления электроснабжения потребителей наряду с АЧР решается также такими мероприятиями, как пуск резервных гидроагрегатов при снижении частоты (частотный пуск), перевод по этому же фактору гидрогенераторов из режима синхронного компенсатора в режим выдачи активной мощности, автоматическое повторное включение потребителей, отключенных устройствами АЧР, при повышении частоты (ЧАПВ), различные виды АПВ линий.

Первая категория (АЧР1) быстродействующая, с уставками срабатывания по частоте от 48,5 до 46,5 Гц. Назначение очередей АЧР1 — не допустить глубокое снижение частоты в первое время развития аварийного нарушения режима. Уставки срабатывания очередей АЧР1 отличаются одна от другой на 0,1 Гц. Мощность нагрузки, подключаемой к АЧР1, примерно равномерно распределяется между очередями.

Вторая категория (АЧP2) предназначена для восстановления частоты до нормального значения, если она длительно остается пониженной или, как говорят, “зависает” на уровне около 48 Гц. Вторая категория вступает в действие после отключения части потребителей от АЧP1, когда снижение частоты прекращается и она устанавливается на уровне 47,5 — 48,5 Гц. Верхний уровень уставок по частоте устройств АЧР2 принимается в пределах 48,8 — 48,6 Гц, на 0,2 Гц выше верхнего уровня уставок по частоте АЧР1. При этом диапазон уставок AЧP2 должен быть 0,3 Гц с интервалом по очередям 0,1 Гц. Весь объем разгрузки АЧP2 разделяется на три-четыре части (например, 40, 30 и 30 % общего объема).

Уставки по времени очередей AЧP2 устанавливаются возрастающими от AЧP2 с максимальными уставками по частоте к AЧP2 с минимальными уставками. Наиболее ответственных потребителей при этом следует подключать к AЧP2 с минимальными уставками по частоте (максимальными уставками по времени). Выдержки времени АЧР2 отличаются на 3 с и принимаются 5 - 90с. Большие выдержки времени AЧP2 принимаются для того, чтобы за это время были мобилизованы резервы активной мощности, имеющиеся в энергосистеме: загружены все работающие агрегаты, пущены, включены в сеть и загружены резервные гидроагрегаты.

Действие устройств АЧР должно сочетаться с другими видами автоматики энергосистем. Так, для того чтобы АЧР была эффективной, нагрузка потребителей, отключенных при аварийном снижении частоты, не должна подхватываться устройствами АПВ и АВР. Поэтому АПВ ЛЭП, отключенной действием АЧР, должна. Линии электропередачи и трансформаторы, обеспечивающие резервное питание в схемах АВР, должны отключаться при срабатывании тех же очередей АЧР, что и питающие ЛЭП и трансформаторы.

Развитие энергосистем страны идет по пути их объединения на параллельную работу. В этих условиях, по мнению некоторых специалистов, роль АЧР как средства противоаварийной автоматики уменьшается, поскольку в таких крупных энергообъединениях менее вероятна глубокое снижение частоты. Это ошибочное утверждение. Роль АЧР еще более возрастает в силу следующих причин.

Во-первых, с объединением энергосистем на параллельную работу существенно увеличивается число узлов и районов, получающих мощность по связям с энергообъединением, т. е. возрастает вероятность локальных дефицитов мощности.

Во-вторых, в условиях крупных энергообъединений существенно возрастает число возможных аварийных ситуаций с дефицитом мощности. Такие аварии могут быть вызваны самыми разными причинами: отключением линий, генераторов, выпадением из синхронизма отдельных генераторов или электростанций, нарушениями работы собственных нужд электростанций, неправильными действиями персонала и т. д. Значительное число аварийных ситуаций c дефицитом мощности является следствием наложения ряда таких событий. Возможность возникновения дефицитов мощности в отдельных частях ЕЭС и ОЭС усугубляется наличием длинных линий электропередачи с большим транспортом электроэнергии, возрастающей вероятностью как заранее предусмотренного, так и случайного разделения энергообъединения на части при возникновении аварийной ситуации. На практике имели место случаи, когда нарушение, сопровождавшееся возникновением избытка мощности, в силу тех или иных причин развивалось в конечном итоге в аварийную ситуацию с отключением генераторов и понижением частоты. Опыт эксплуатации показывает, что в условиях современных энергообъединений аварии могут развиваться так сложно, что заранее предусмотреть характер их развития не представляется возможным, они определяются большим числом случайных факторов. Задача определения места возникновения нарушения, характера аварии в условиях современных энергообъединений становится задачей вероятностной.

В-третьих, условия работы энергосистем с точки зрения возможности развития лавины частоты в последние годы стали более тяжелыми из-за того, что основная часть мощности сейчас вырабатывается агрегатами блочных ТЭС высокого и сверхвысокого давления и АЭС, допустимая длительность работы которых при пониженной частоте меньше, чем у агрегатов ТЭС низкого и среднего давления с общим паропроводом.

В-четвертых, как указывалось выше, на АЧР часто возлагается задача создания условий для автоматического восстановления нормального режима энергосистемы, района и, в частности, обеспечения ресинхронизации, работы АПВ с улавливанием синхронизма и т. д.

Таким образом, в условиях современных крупных по мощности и сложных по конфигурации энергообъединений роль АЧР по-прежнему велика, но существенно меняются требования, предъявляемые к ней.

 

 

 

 

 

 

6. АРО

Автоматическая разгрузка оборудования (АРО). Устройство АРО устраняет опасную перегрузку оборудования для предотвращения его повреждения при значительной перегрузке по току. Как правило, АРО, реагирующее на опасное повышение тока в контролируемом электрооборудовании, выполняет следующие функции:

• срабатывает, если ток превосходит допустимое значение в течение более 20 мин;
• снижает ток в контролируемом электрооборудовании, воздействуя на разгрузку ЭС (разгрузку турбин, отключение генераторов), а также отключение нагрузки, деление электрической сети либо отключение перегруженного оборудования;
• может иметь ступенчатое исполнение по контролируемому току и выдержкам времени.

Подсистема АРО предназначена для защиты оборудования от повреждений, вызываемых перегрузкой по току. В то же время должны исключаться излишние действия этой подсистемы, так как они могут привести к каскадному развитию аварии в энергосистеме вследствие перегрузки других элементов электрической сети и нарушения устойчивости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. АОСН

Подсистема АОСН предназначена для предотвращения нарушения устойчивости нагрузки и расстройства технологических процессов собственных нужд электростанций при аварийных возмущениях, сопровождающихся снижением напряжения.

Устройства АОСН предназначены для предотвращения снижения в послеаварийных режимах напряжений в контролируемых точках электрической сети до значений, недопустимых по условиям устойчивости нагрузки и возникновения лавины напряжения. В качестве ПО в устройстве АОСН используются два реле напряжения с высоким коэффициентом возврата, включенных на разные ТН, и реле времени. Автоматика, отстроенная по выдержке времени от действия АПВ и АВР, для ликвидации дефицита реактивной мощности воздействует на:

• форсировку емкостной компенсации;
• отключение шунтовых реакторов;
• отключение нагрузки или питающих ее ЛЭП.

Кроме того, для ликвидации потерь реактивной мощности от транзитных перетоков, которые вызывают снижение напряжения, может применяться деление сети. Отключение нагрузки допускается в случае невозможности или неэффективности применения других мероприятий. При отсутствии в данном узле потребителя, который может быть отключен, возможно отключение менее ответственных потребителей в смежных узлах. Как правило, устройство АОСН выполняется с пуском при напряжении ниже 0,85 Uном ступенями с разными выдержками времени в диапазоне 5 — 15 с.

Меньшая выдержка времени должна обеспечить отстройку автоматики от действия АПВ и АВР, при этом следует свести к минимуму вероятность неправильного срабатывания устройств при полной потере напряжения вследствие неуспешных АПВ, отключений ЛЭП и т. п. Допускается АОСН с более высокими уставками по напряжению для остродефицитных районов или в случае воздействия устройства только на ОШР.

Обоснование применения устройства АОСН следует производить с учетом зависимости потребления от напряжения, наличия АРН на понижающих трансформаторах, наличия конденсаторных батарей, длинных и сильно загруженных ЛЭП.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Аварии в энергосистемах, сопровождающиеся возникновением дефицита активной мощности и глубоким снижением частоты, имеют, как правило, наиболее тяжелые последствия. Снижение частоты, происходящее в результате отключения источников генерации, аварийного разделения энергосистемы на части, отключения питающих энергорайон линий электропередачи, приводит прежде всего к нарушению нормальной работы собственных нужд тепловых электростанций или снижению их производительности, вследствие чего уменьшается мощность электростанций. При снижении частоты возможно также отключение некоторых блочных агрегатов тепловых электростанций технологическими защитами. Вследствие такого снижения генерации в энергосистеме увеличивается первоначальный дефицит мощности и происходит еще более глубокое снижение частоты. При определенных условиях, начиная с некоторого момента времени, темп процесса снижения частоты может резко возрасти, и возникает так называемая лавина частоты, приводящая к развалу энергосистемы, полной остановке электростанций и отключению всех потребителей. Аварии с лавиной частоты являются самыми тяжелыми по своим последствиям и связаны с большим народнохозяйственным ущербом.

Другой опасностью снижения частоты является возможность развития так называемой лавины напряжения, приводящей к массовому отключению потребителей, или массовая саморазгрузка потребителей при снижении напряжения в результате снижения частоты. Лавина напряжения может возникать в результате увеличения потребления реактивной мощности в узлах нагрузки из-за снижения частоты и уменьшения генерируемой реактивной мощности (вследствие реакции некоторых систем возбуждения и регуляторов возбуждения генераторов на снижение частоты).