Меню

Автоматика от наброса мощности



Что такое автоматическая частотная разгрузка и как она используется?

Электроснабжение потребителей предусматривает четкое соблюдение основных параметров сети. Так как их отклонение от нормативного значения вызывает сбои в работе высокоточных устройств, снижает срок эксплуатации оборудования или может привести к возникновению аварийного режима. Наиболее ощутимые нарушения и последствия возникают при снижении частоты, для борьбы с которой используется автоматическая частотная разгрузка (АЧР).

Понятие автоматической частотной разгрузки

Автоматическая частотная разгрузка представляет собой систему автоматического регулирования нагрузки, подключенной к энергосистеме в случае резкого снижения частоты. Регулирование осуществляется посредством отключения потребителей, в зависимости от категории их значимости. То есть сначала прекращается питание наименее значимой части потребителей.

Разделение потребителей по категориям

Всего в электрической сети выделяется три категории потребителей при наладке автоматической частотной разгрузки. Что и определяет требования к их питанию и возможным перерывам, в случае каких-либо аварийных процессов.

Питание потребителей, в зависимости от категории

  • 1 категория – это такие организации или предприятия, прекращение питания которых может привести к гибели людей, несет потенциальную угрозу государственным интересам или несет существенный финансовый ущерб.
  • 2 категория – это такие приемники, перерыв в снабжении которых, приводит к простою в различных технологических операциях, может снизить производительность и т.д.
  • 3 категория – это такие потребители, от обесточивания которых не возникает никакой потенциальной угрозы. Именно эта категория и является наиболее приоритетной для отключения автоматической частотной разгрузкой.

Рисунок 1 Питание потребителей, в зависимости от категории

Правила допускают перерыв в питании всех вышеперечисленных объектов при снижении частоты, но в соответствии с их категорией. Так, электроснабжение потребителей 1-ой категории может прерываться лишь на время переключения на второе питание, что составляет считанные доли секунд. Вторая и третья допускают более длительный перерыв – не более суток подряд.

Понятие дефицитной энергосистемы

В случае, когда электрическая система не способна обеспечить достаточное количество электрической энергии, возникает дефицит мощности. Такая ситуация может возникнуть при отключении одной из электростанций, подключении нового мощного потребителя или удаленного короткого замыкания. Из-за недостатка мощности для всех подключенных потребителей получается дефицитная энергосистема. А при отсутствии автоматической частотной разгрузки или при ее некорректной работе в системе возникают крайне плачевные последствия.

Последствия снижения частоты

В случае уменьшения частоты на 0,2 – 0,4 Гц изменения не будут ощутимыми. Но при снижении уровня до 48Гц и ниже возникают необратимые процессы, как в самой электрической сети, так и в приборах. Даже, казалось бы, незначительное снижение на 2 Гц влечет нарушения в работе потребителей электроэнергии: двигатели теряют частоту вращения, теряется управление станочным оборудованием, снижается производительность, могут возникнуть аварии и катастрофы.

Если не принимаются меры к восстановлению нормального режима, то дефицит приводит к лавинному процессу падения частоты. Затем происходит снижение напряжения, возрастание уровня электрического тока в электрических машинах, перегреву и разрушению изоляции. Генераторы электростанций, как и потребители, испытывают такие же перегрузки, которые могут привести к их выходу со строя или травмированию персонала. Реальное препятствие этим последствиям способна оказать автоматическая частотная разгрузка.

Назначение АЧР

В любой энергетической системе закладывается резерв мощности, что обеспечивает установленный уровень активной мощности при колебаниях количества приемников энергии и их аппетитов. Если этот резерв исчерпается, то для восстановления баланса срабатывает автоматическая частотная разгрузка. АЧР предназначена для удаления из схемы питания потребителей третей категории, что может предотвратить отключение генераторов и полную остановку электростанций. В зависимости от величины изменения частоты или длительности дефицита могут применяться различные виды автоматической частотной разгрузки.

Читайте также:  Потребляемая мощность холодильных камер

Классификация

На электростанциях и подстанциях для автоматической частотной разгрузки системы в аварийной ситуации может применяться один из четырех или сразу несколько видов защиты [ 1 ].

  • АЧР-1 осуществляет быстрое отключение в течении 0,3 – 0,5с, чтобы не допустить снижения частоты. Срабатывание отстраивается в пределах от 48,5 до 46,5 Гц. Диапазон уставки можно подбирать с шагом по 0,1 Гц. При этом потребители отключаются ступенчато, в зависимости от их мощности.
  • АЧР-2 характеризуется такими же пределами срабатывания, но отстраивается на более длительное время выдержки от 5 до 90с. В отличии от АЧР-1, нагрузки АЧР-2 отключаются с большей выдержкой, так как она восстанавливает частоту уже после остановки лавинообразного процесса.
  • ЗАЧР позволяет предотвратить инциденты из-за аварийного дефицита на атомных электростанциях. Время для вывода блоков АЭС по данной защите составляет 0,5с.
  • ЧАПВ – представляет собой частотное автоматическое повторное включение. Срабатывание ЧАПВ позволяет восстановить подачу электрической энергии потребителям, которых обесточили для выравнивания частоты.

Принцип действия

Принцип действия АЧР

Рисунок 2 Принцип действия АЧР

Посмотрите на рисунок, как видите, здесь представлена схема АЧР с частотным АПВ. В случае снижения частоты до уровня уставки или ниже срабатывает частотное реле KF. С него сигнал поступает на реле времени KT1, которое замыкает группы контактов промежуточных реле KL 1 и 2 . Именно они управляют отключением потребителей в соответствии с выстроенным приоритетом.

После этого измерительный элемент проверяет уровень частоты в сети. При достижении частотой величины в 50 Гц запускает сигнал от цепи измерительного блока к временному KT2. Затем, через промежуточное KL4 замыкаются контакты на обратное подключение потребителей к сети, чем и осуществляется ЧАПВ.

Схемы АЧР

В соответствии с предъявляемыми требованиями, все типы автоматической частотной разгрузки способны реализовать различные функции защиты. Поэтому для построения тех или иных характеристик устройств АЧР, ступеней в их работе применяются определенные схемы. Также устройство может собираться как на реле, так и на полупроводниковых приборах.

С одним реле частоты

Схема АЧР с одним реле

Рисунок 3 Схема АЧР с одним реле

Посмотрите на рисунок, здесь вы видите принципиальную схему автоматической частотной разгрузки, в которой используется одно частотное реле. Посредством контактов промежуточного реле РП к частотному реле РЧ1 подается сигнал от измерительного элемента. Которое при снижения уровня частоты сразу же замыкает контакты РП1 и РП2. От контактов реле РП2 поступает сигнал на отключение нагрузки.

В случае повышения уровня частоты выше уставок срабатывания схема возвращается в исходное положение. При этом от реле РП5 поступает сигнал на контакты РП5.1, которые отключают обмотки РВ1 и РП4. На тот случай, если работа по такой схеме не даст желаемого результата, здесь предусмотрено шунтирование РВ1.

С ЧАПВ

Обратите внимание, в данной схеме автоматической частотной разгрузки, объекты отключаются релейной защитой в том же порядке, что и в предыдущем примере. От Р4 подается сигнал на временное реле РВ1, через контакты которого возбуждаются обмотки промежуточного РП1. Контакты промежуточных РП1.1 и РП2.1 посылают сигнал на отключение. Об этом сигнализирует РУ1.

Читайте также:  Экстенсивный тип производства характеризуется увеличением производственных мощностей

После нормализации частоты сигнал проходит по контактам РП1.3 и РП3.2 возбуждается обмотка временного РВ2. Через его контакты сигналы возбуждают обмотку промежуточного РП4. А оно, в свою очередь, через контакты РП4.2 и РП4.3 посылает сигнал на частотный пуск потребителей. После чего указательное реле РУ 2 сигнализирует о срабатывании ЧАПВ.

Требования, предъявляемые к АЧР

Частотно-временная зона

  • Успешная ликвидация разнообразных аварий — автоматическая частотная разгрузка обеспечивает адекватную реакцию на локальные и общесистемные дефициты. Это означает, что противоаварийная автоматика срабатывает не зависимо от характера развития – единичной или каскадной, темпов нарастания или выходной мощности с электростанции.
  • Обеспечение частотно-временной зоны – автоматическая частотная разгрузка обязана обеспечить соблюдение зоны, указанной на рисунке.

Рис, 5 Частотно-временная зона

Как видите, на рисунке указана заштрихованная область, обозначающая границу, ниже которой частота не может опускаться в определенный момент времени. В противном случае, такая автоматическая частотная разгрузка не обеспечит достаточную защиту и лопасти турбины испытают колоссальную нагрузку, способную нарушить целостность металла.

  • Минимальное количество отключенных – выходное реле автоматической частотной разгрузки должно обеспечивать как можно меньшее число обесточенных потребителей во время срабатывания. Для этого применяется АВР, запускающаяся на электростанциях после снижения частотных характеристик, чтобы выдать дополнительную мощность.
  • Достаточное число ступеней – АЧР должна производить такое отключение категорий разгрузки, при котором будут обесточиваться наименее важные объекты в последовательности их значимости касательно возможного ущерба.
  • Достижение приемлемого значения – сама автоматическая частотная разгрузка не должна решать проблему с регулированием частоты до 50 Гц. Ее задача обеспечить такую частоту, при которой группы энергосистем смогут длительно обеспечивать нормальные условия работы. Пока персонал будет решать проблему.
  • Отсутствие ложных срабатываний – автоматическая частотная разгрузка не должна реагировать на процессы, схожие с падением частоты (асинхронные режимы, синхронные качания и прочие).

Таким образом, автоматическая частотная разгрузка должна отстраивать свою работу от постоянных параметров системы. При этом случайные факторы, влияющие на различные коэффициенты, не должны затрагивать работу релейной или полупроводниковой аппаратуры, запускающей автоматическую частотную разгрузку.

Видео по теме

Источник

Лекция. Виды противоавариной автоматики

Содержание лекции: виды противоаврийной автоматики на примере НЭС РК, размещение ПА по зонам НЭС.

Цель лекции: ознакомить с различными видами ПА на примере НЭС РК.

Противоаварийное управление НЭС РК предназначено для автоматической локализации аварийных режимов при отключении элементов сети и генерации, приводящих к протеканию быстротечных (до 10 секунд) электромеханических переходных процессов, которые могут привести к системным авариям и повреждению оборудования.

Противоаварийное управление предназначено для решения следующих задач:

— предотвращения каскадного развития аварии при аварийных отключениях элементов сети;

— предотвращения нарушения устойчивости энергосистем при нормативных аварийных возмущениях в соответствии с методическими указаниями по устойчивости энергосистем;

— ликвидации асинхронных режимов;

— предотвращения недопустимого снижения или повышения частоты;

— предотвращения недопустимого снижения или повышения напряжения;

— предотвращения недопустимых токовых нагрузок на электротехническое оборудование.

Ниже приведено описание принципов построения и функционирования систем противоаварийной автоматики установленных в НЭС РК.

Система автоматического предотвращения нарушения устойчивости

Система АПНУ представляет собой совокупность устройств ПА, обеспечивающих сохранение параллельной работы ЕЭС Казахстана с ОЭС Урала и с ОЭС Сибири, либо их отдельных регионов с одним из Объединений при возникновении различных аварийных возмущений в сети 500- 220 кВ.

Читайте также:  Мощность облучения при флюорографии

Система АПНУ осуществляет контроль режима района управления, фиксацию аварийных возмущений, выбор и реализацию необходимых управляющих воздействий.

Фиксацию аварийных возмущений осуществляют пусковые устройства.

Пусковыми устройствами для АПНУ являются устройства фиксации отключения линии (ФОЛ). Пускодозирующими устройствами для АПНУ являются устройства фиксации перегрузки ВЛ по активной мощности (УФПМ), имеющие также второе название: автоматика наброса мощности (АНМ).

В качестве управляющих воздействий АПНУ в Северной зоне ЕЭС Казахстана могут применяться:

— отключение генераторов (ОГ-1, ОГ-2);

— отключение нагрузки в дефицитных районах РК.

Для централизованного воздействия на отключение нагрузки в Северной зоне ЕЭС Казахстана выполнены укрупненные ступени САОН: «ОН-200» и «ОН-350».

Устройства АНМ

Устройства АНМ являются выявительными для комплекса автоматики предотвращения нарушения устойчивости. Они срабатывают при превышении мощностью защищаемой линии заданного значения с учетом направления перетока мощности.

Автоматика деления сети

АДС предназначена для недопущения параллельной работы различных энергосистем по связям 220 кВ при разрыве трех транзитов 500 кВ.

Автоматика ограничения снижения частоты (АОСЧ)

Подсистема АОСЧ состоит из следующих автоматик и устройств:

— автоматическая частотная разгрузка (АЧР);

— частотно-делительная автоматика тепловых электростанций (ЧДА);

— автоматический частотный пуск резервных гидрогенераторов (АЧПР);

— межсистемная ЧДА (МЧДА).

АЧР действует на отключение части потребителей для предотвращения глубокого снижения частоты при возникновении значительного дефицита мощности.

После восстановления частоты происходит обратное включение потребителей действием устройств ЧАПВ.

ЧДА действует на выделение турбогенераторов электростанций со сбалансированной нагрузкой и предназначена для сохранения собственных нужд станции при глубоком снижении частоты в энергосистеме.

Автоматика ограничения повышения частоты (АОПЧ)

Подсистема АОПЧ представляет собой совокупность устройств, действующих на отключение генераторов станций при повышении частоты на шинах.

Автоматика разгрузки оборудования (АРО)

Подсистема АРО представляет собой совокупность устройств, предназначенных для выявления и ликвидации опасной перегрузки оборудования.

Автоматика ограничения снижения напряжения (АОСН)

Подсистема АОСН представляет собой совокупность устройств, предназначенных для выявления и ликвидации опасного снижения напряжения в энергосистеме или её части в целях предотвращения лавины напряжения, перегрузки и отключения генерирующего оборудования электростанций и питающих линий электропередачи, распространения аварии на смежные энергосистемы.

Автоматика ограничения повышения напряжения (АОПН)

Подсистема АОПН представляет собой совокупность устройств, предназначенных для ограничения длительности воздействия опасного повышения напряжения на оборудование защищаемых линий.

В Северной зоне ЕЭС Казахстана подсистема АОПН представлена совокупностью устройств АОПН, установленных на линиях 500 кВ и действующих на отключение защищаемой линии и на включение реактора, если он установлен на защищаемой линии.

Автоматика ликвидации асинхронных режимов (АЛАР)

Подсистема АЛАР представляет собой совокупность устройств, предназначенных для выявления и ликвидации асинхронного режима в системе при условии попадания электрического центра качаний на защищаемый элемент. Подсистема АЛАР предназначена для выявления и прекращения асинхронного хода в энергосистеме, возникающего в результате нарушения устойчивости.

Система противоаварийной автоматики НЭС РК выполнена на базе локальных устройств, т.е. без образования централизованной системы противоаварийной автоматики (ЦС ПА).

На рисунке 6.1 представлена схема размещения устройств противоаварийной автоматики ЕЭС Казахстана.

Объединенная энергосистема Казахстана территориально разделена на 3 зоны: Северная, Южная и Западная. В каждой из перечисленных зон реализуется собственная система противоаварийной автоматики, выполняющий определенный круг задач.

Рисунок 6.1 -Структура размещения устройств противоаварийной автоматики

Источник