Понятие автоматической частотной разгрузки и ее назначение

Частота переменного тока определяется угловой частотой вращения синхронных генераторов и является одним из основных показателей качества электроэнергии. Отклонение частоты в нормальных режимах от номинального значения f_ном=50 Гц не должно превышать f= 0,1 Гц. Допускается кратковременное отклонение частоты не более чем на f= 0,2 Гц. Частота в энергосистеме поддерживается персоналом или автоматическим путём изменения впуска пара в турбины турбогенераторов и воды в турбины гидрогенераторов.

При установившейся частоте активная мощность Р_Г, вырабатываемая генераторами, равна активной мощности Р_Н, потребляемой нагрузкой. Успешное регулирование частоты тока возможно при наличии в энергосистеме резерва активной мощности, то есть до тех пор, пока генераторы будут загружены не полностью. При отсутствии в системе резерва активной мощности отключение части генераторов или включение новых потребителей сопровождается снижением частоты. Длительная работа с пониженной частотой (f<48 Гц) недопустима, так как при этом снижается скорость вращения электродвигателей, вследствие чего падает их производительность. На промышленных предприятиях это приводит к нарушению технологии производства и браку, а на электрических станциях - к снижению вырабатываемой генераторами мощности и их ЭДС. Дефицит активной мощности увеличивается и возникает дефицит реактивной мощности, что может привести не только к аварийному снижению частоты (лавина частоты), но и к лавинообразному снижению напряжения (лавина напряжения) и нарушению всей системы электроснабжения.

В таких случаях для восстановления заданного режима работы автоматически отключают часть наименее ответственных потребителей с помощью устройств автоматической частотной разгрузки (УАЧР). Принципиально УАЧР может выполняться реагирующим не только на изменение абсолютного значения частоты, но и на скорость её изменения. Устройство, реагирующее на скорость изменения частоты, обладает некоторыми преимуществами, однако из - за сложности широкого применения не находит.

Устройства АЧР должны удовлетворять ряду требований. Основные из них следующие:

а) обеспечить нормальную работу энергосистемы независимо от дефицита активной мощности, характера причин, вызывающих снижение частоты; не допускать даже кратковременного снижения частоты ниже f=45 Гц; продолжительность работы с частотой f<47 Гц не должна превышать 20 с, а с частотой f<48,5 Гц - 60 с;

б) обеспечить отключение потребителей в соответствии с возникшим дефицитом мощности и не допускать возникновения лавины частоты и напряжения; при этом последовательность отключений должна быть такая, чтобы в первую очередь отключались менее ответственные потребители; восстанавливать частоту до уровня, при котором энергосистема может длительно работать; дальнейший подъём частоты до номинальной возлагается на дежурный персонал энергосистемы;

в) если восстановление нормального режима после действия УАЧР возлагается на устройства автоматики, то УАЧР должно обеспечить подъём частоты до уровня, необходимого для их срабатывания;

г) действовать согласованно с устройствами АПВ и АВР;

д) не действовать при кратковременных снижениях частоты.

Устройства АЧР, как правило, должны находиться на объектах энергосистемы. Если по необходимости часть устройств АЧР находится на объектах потребителей, в том числе на тяговых подстанциях, то их состояние персонал энергосистемы должен систематически контролировать. Эту часть устройств АЧР по возможности следует резервировать на подстанциях энергосистемы устройствами с меньшей частотой и большим временем срабатывания.

Устанавливаются следующие три основные категории АЧР:

а) АЧР I - быстродействующая (с выдержкой времени, не превышающей 0,5 с), имеющая различные уставки по частоте, предназначенная для прекращения снижения частоты;

б) АЧР II - с общей установкой по частоте и различными установками по времени, предназначенная для повышения частоты после действия АЧР I, а также для предотвращения зависания частоты на недопустимо низком уровне и ее снижения при сравнительно медленном аварийном увеличении дефицита мощности;

в) дополнительная - действующая по возможности селективно только при местных дефицитах мощности, предназначенная для ускорения разгрузки и увеличении ее объема при особо больших местных дефицитах мощности.

С целью дальнейшего совершенствования разгрузки целесообразно по мере поступления дополнительной аппаратуры переходить от раздельного выполнения разгрузки (когда устройства АЧР I и АЧР II действуют на отключение разных потребителей) к совмещенному, при которых разгрузка, осуществляемая только АЧР I, дополняется вторым пуском от АЧР II. Совмещенное действие обоих категорий АЧР дает возможность лучше использовать объемы разгрузки и соответственно уменьшить принимаемые запасы, обеспечить заданную последовательность действия очередей при мгновенном возникновении дефицита мощности и при нарастании его в процессе аварии (каскадное развитие аварии, снижение мощности электростанций, принявших в начальный период дополнительную нагрузку, и т.д.).

При совмещении действия двух категорий разгрузки на отключение одних и тех же потребителей очереди АЧР I с более низкими уставками по частоте совмещаются с очередями АЧР II, имеющие большие уставки по времени. Кроме совмещенной разгрузки, следует выполнять несколько очередей с пуском только от АЧР II. Для них отводятся начальные уставки по времени АЧР II (устройства АЧР II, являющиеся вторыми пусками к устройствам АЧР I, должны иметь большие установки по времени). Назначение несовмещенных очередей АЧР II с начальными установками по времени - сокращение длительности повышения частоты после действия АЧР I при наиболее частых немаксимальных дефицитах мощности. Переход на совмещенную разгрузку особенно важен там, где трудно обеспечить необходимые запасы в объеме подключаемых потребителей при раздельном выполнении разгрузки. Появляется возможность обеспечить строгую последовательность отключения потребителей при различном характере аварий.

Мощность потребителей, подключаемых к АЧР, должна выбираться из условия ликвидации любых реально возможных дефицитах мощности и приниматься с некоторым запасом.

Действием АЧР не должны отключаться линии, питающие устройства сигнализации, централизации, блокировки и связи, а также трансформаторы собственных нужд подстанций.

Подсоединять потребителей к устройствам АЧР следует с учетом их ответственности. По мере возрастания ответственности потребителей их следует присоединять к более далеким по вероятности срабатывания очередям (имеющие более низкие установки по частоте очередям АЧР I и большие выдержки времени очередям АЧР II). Это относится к раздельному и совмещенному выполнению разгрузки.

Следует стремиться полностью использовать все имеющиеся и вновь устанавливаемые устройства АЧР для осуществления наиболее гибкой разгрузки, исходя из возможно большего приближения фактически отключаемой в каждом случае мощности потребителей к реально могущим возникать различным значениям дефицита мощности.

Для этого нужно по возможности равномерно распределять по очередям мощность нагрузки, присоединяемой к АЧР I и АЧР II, а также к ЧАПВ, и иметь возможно большее число равномерно распределенных соответственно по частоте и времени очередей с минимальными интервалами между ними. Минимальные интервалы для АЧР I по возможности следует принимать равными 0,1 Гц, для АЧР II - 3,0 сек, для ЧАПВ (частотное автоматическое повторное включение) - 5 сек.

В первую очередь ЧАПВ следует выполнять при следующих условиях: большой ответственности части потребителей, значительном времени, требующемся для восстановления питания некоторых потребителей после действия АЧР и ликвидации дефицита мощности (подстанции, не имеющие постоянного дежурства персонала, телеуправления, дежурств на дому, расположенные далеко от пункта размещения оперативно-выездных бригад и т.п.

Очередность подключения потребителей к ЧАПВ обратная очередности подключения к АЧР, т.е. потребители, подключенные к последним очередям АЧР, присоединяются к первым очередям ЧАПВ.

Оснащение энергосистем устройствами АЧР и ЧАПВ не снимает с оперативного персонала ответственности за правильное ведение режима энергосистемы. При возникновении в энергосистеме аварийной ситуации, приводящей к возможности опасного снижения частоты (например, в дальнейшем при росте нагрузки в часы максимума), заранее должны быть приняты меры по ограничению потребления. Если работа устройств АЧР оказалась неэффективной, оперативный персонал должен предпринимать решительные действия для предотвращения снижения и зависания частоты на низком уровне.

Должна быть исключена возможность переключения потребителей, отключенных устройствами АЧР, на другой питающий источник энергосистемы при помощи устройства АВР. Вместе с тем при восстановлении частоты и ликвидации аварийного положения, приведшего к снижению частоты в данном районе (например, после включения линий электропередачи), обратное включение потребителей должно быть произведено по возможности быстро.

На электростанциях при снижении частоты в энергосистеме внимание персонала должно быть обращено на работу устройств, позволяющих увеличить выработку активной мощности для ее выпуска в систему. Это прежде всего сохранение нормальной работы механизмов собственных нужд.

В необходимых случаях предусматривается автоматическое отделение питания шин собственного расхода от остальной энергосистемы при снижении в ней частоты или напряжения на время 5с и более. Действие этой делительной автоматики имеет место при затяжной аварии в энергосистеме, вызывающей длительное снижение частоты или напряжения (например, зависание К3 из-за отказа в отключении выключателя). Дежурный персонал в соответствующих случаях резервирует или дублирует работу этой автоматики. На многих электростанциях к шинам собственных нужд подключены линии 6-10 кВ, питающие особо ответственные установки ограниченной мощности, обеспечивающие "живучесть" потребителя и возможность восстановления его нормального функционирования после ликвидации аварийной ситуации в энергосистеме; поэтому правильное действие автоматики, выделяющей на раздельное питание собственные нужды станций при затяжной аварии в энергосистеме, является важным мероприятием, как для электростанции, так и для близко расположенного ответственного потребителя.

Обычно обратное включение выключателя, отключенного действием рассмотренной автоматики, персонал производит вручную и установка ЧАПВ не предусматривается.