Автоматика энергосистем
Указанные в разделе 1.1 особенности энергетического производства определили необходимость широкой автоматизации энергосистем. Системная автоматика нормального режима обеспечивает регулирование частоты и перетоков активной мощности (АРЧМ), напряжения на шинах станций и подстанций и т.п. При нарушениях нормального режима используются устройства, обеспечивающие предотвращение и эффективную локализацию аварий: устройства форсировки возбуждения генераторов, автоматической частотной разгрузки (АЧР), противоаварийной автоматики. К системной автоматике относят также устройства автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического ввода резерва (АВР). Автоматика регулирования частоты и перетоков активной мощности рассматривается в главе 2. Здесь же кратко остановимся на некоторых других устройствах.
Устройства автоматического повторного включения (АПВ) используются для борьбы с неустойчивыми короткими замыканиями (к.з.) на линиях электропередачи (ЛЭП), в трансформаторах, открытых распределительных устройствах (ОРУ) станций и подстанций. Замыкания могут быть вызваны перекрытием изоляции, схлестыванием проводов и другими причинами. При достаточно быстром отключении поврежденного участка релейной защитой повреждения самоустраняются, электрическая дуга, возникшая в месте к.з., гаснет, не успев вызвать сколь-либо существенных повреждений. Такие самоустраняющиеся повреждения называют не устойчивыми. Статистика повреждаемости воздушных ЛЭП показывает, что доля неустойчивых повреждений составляет от 50 до 90 %, трансформаторов и шин - 70-90 %.
Поскольку отыскание места повреждения на ЛЭП путем ее обхода требует длительного времени, а многие повреждения носят неустойчивый характер, для ликвидации аварии производят опробование линии путем ее повторного включения под напряжение, обычно автоматического. Если нарушение действительно было неустойчивым, линия остается в работе. В обратном случае автоматика опять ее отключит. Время АПВ зависит от вида к.з., конкретных характеристик объекта защиты, элементов автоматики и составляет от десятых долей секунды до нескольких секунд.
Автоматическое включение резервного питания и оборудования (АВР) используется для повышения надежности энергоснабжения потребителей при использовании схемы одностороннего питания. АВР широко используется как в технологических схемах электростанций (в том числе АЭС), схемах питания собственных нужд их, так и в схемах питания потребителей в энергосистемах. Простейший пример представлен на рис. 1.5.
Питание подстанции А осуществляется на рис. 1.5 по линии Л1 от ОРУ станции Б. Линия Л2, связывающая подстанцию А со станцией В, играет роль резерва - она находится под напряжением, но выключатель В3 отключен (на рис. 1.5 показано зачернением). Однако при отключении линии Л1 он автоматически включается, подавая энергию потребителям. Принципиально любая из линий Л1 и Л2 может быть рабочей, а вторая - резервной.
Время срабатывания АВР рассчитывается исходя из конкретных условий, но обычно составляет от десятых долей до 2-3 с.
Автоматическая частотная разгрузка (АЧР) служит для сохранения работоспособности системы при аварийном снижении частоты, вызванном возникновением значительного дефицита 37 мощности. Глубина снижения зависит в первую очередь от величины дефицита. Снижение частоты на ~2 Гц уже представляет опасность и может привести к полному расстройству работы энергосистемы. Снижение протекает очень быстро, поэтому ликвидация аварийного режима возлагается на автоматику. Для предотвращения развития аварии немедленно мобилизуются все резервы активной мощности, имеющиеся на станциях. Но при исчерпании или отсутствии вращающегося резерва единственным возможным способом восстановления частоты в сети является отключение части наименее ответственных потребителей. Оно и осуществляется устройствами АЧР, срабатывающими при достижении заданного снижения частоты в сети. Отключение потребителей всегда связано с определенным экономическим ущербом, но на него приходится идти, чтобы предотвратить существенно больший ущерб из-за развала системы.
Чтобы суммарная нагрузка потребителей, отключаемых действием АЧР хотя бы приблизительно соответствовала возникшему дефициту, АЧР делается многоступенчатой. Очереди отличаются уставками по частоте срабатывания.
Иллюстрационный пример изменения частоты при действии АЧР представлен на рис. 1.6 [16]. Если АЧР отсутствует, то снижение частоты идет по кривой I и будет продолжаться до значения, при котором за счет регулирующего эффекта нагрузки и действия автоматики тзфбин не б}гдет восстановлен баланс генерируемой и потребляемой мощности. Для восстановления частоты 50 Гц необходимо вручную отключить часть потребителей.
При наличии АЧР процесс протекает по иному (кривая II).
Пусть, например, АЧР состоит из трех ступеней с уставками срабатывания 48, 47,5 и 47 Гц.
Тогда при снижении частоты до 48 Гц сработает первая ступень (точка 1 на рис.) и отключит часть потребителей; дефицит мощности уменьшится и скорость падения частоты тоже. Аналогично точка 2. После срабатывания третьей ступени (точка 3) генерируемой мощности уже достаточно не только для прекращения снижения, но и восстановления частоты.
При восстановлении режима системы потребители вновь включаются в порядке, обратном отключению. Используются также автоматические устройства АПВ после АЧР, называемые частотным автоматическим повторным включением (ЧАПВ).
Противоаварийная автоматика (ПА) предназначена для ограничения развития и прекращения аварийных режимов в энергосистеме. Важнейшей ее задачей является обеспечение стабильности работы системы, предотвращение возможности развития общесистемных аварий, сопровождающихся нарушением электроснабжения потребителей на значительной территории, и минимизации последствий аварии, если она все же произошла.
Для решения этих задач применяют современные системы ПА, построенные на базе микропроцессорной техники и современных информационных технологий, что позволяет использовать весь потенциал быстродействия, точных расчетов места повреждения и т.д.
ПА находится во взаимодействии с релейной защитой и другими средствами автоматического управления в энергосистеме, включая АПВ, АВР, автоматическое регулирование возбуждения, автоматическое регулирование частоты и активной мощности (вместе с автоматическим ограничением перетока), и выполняет следующие автоматические функции:
• предотвращение нарушения устойчивости энергосистемы;
• ликвидацию асинхронного режима;
• ограничение снижения частоты;
• ограничение снижения напряжения;
• ограничение повышения частоты;
• ограничение повышения напряжения;
• ограничение перегрузки оборудования.
Некоторые из этих функций будут обсуждаться ниже.
