Автоматика ликвидации асинхронного режима (АЛАР) на параллельных ЛЭП. Выбор типа АЛАР, краткое описание принципа действия

3.4.1. Общие сведения

В нормальном режиме генераторы, включенные на параллельную работу, работают синхронно, т.е. существует синхронный режим работы. Асинхронный режим (АР) возникает при нарушении устойчивости параллельной работы. Кроме того, этот режим может возникнуть при несинхронном включении линии, соединяющей электростанцию с энергосистемой. АР является серьёзным нарушением нормального режима работы, опасным для оборудования и потребителей электроэнергии. Предельная допустимая длительность АР составляет (15 ¸ 30) с. За это время должны быть приняты меры по восстановлению синхронизма, т.е. должна быть произведена ресинхронизация. Если синхронизм не восстанавливается, то энергосистемы должны быть разделены в заранее намеченных местах. Эти операции производятся с помощью противоаварийной автоматики ликвидации асинхронного режима.

При возникновении дефицита мощности в системе С2 деление сети целесообразно производить на подстанции “Б” путем отключения линии Л3. При этом потребители подстанции ”Б” и подстанции ответвления питаются от электрической станции ”А”.

При дефиците мощности в системе С1 деление сети целесообразно производить на электрической станции ”А”. Причем сначала отключаются автотрансформаторы, а потребители подстанции” Б” и подстанции” В” питаются от системы С2 и 2-х блоков генератор-трансформатор, установленных на электрической станции” А”. Если синхронный режим не восстановился, то отключаются блоки генератор-трансформатор, а потребители подстанции ”Б” и подстанции ”В” питаются от системы С2.

Таким образом, АЛАР устанавливается на электрической станции ”А” и подстанции ”Б”.

3.4.2. Выбор типа АЛАР. Краткое описание принципа действия

Согласно [1] для прекращения АР в случае его возникновения должны в основном применяться устройства автоматики, отличающие асинхронный режим от синхронных качаний, КЗ или других ненормальных режимов работы.

Микропроцессорное устройство автоматики ликвидации асинхронного режима АЛАР-М. разработанное в ОАО «Институт «Энергосетьпроект», предназначено для автоматического выявления и ликвидации асинхронных режимов в электрических сетях напряжением от 110 кВ и выше.

Принцип действия устройства базируется на использовании алго­ритма распознавания двухмашинного асинхронного режима и выявления наличия электрического центра качаний (ЭЦК) на контролируемом уча­стке электроэнергетической системы (ЭЭС) и реализует технические возможности прогнозирования развития асинхронного процесса на осно­ве граничных фазовых траекторий «угол - скольжение». Алго­ритм построен на расчетном определении векторов напряжений и углов между ними в двух узлах, ограничивающих контролируемую зону. Рас­чет векторов напряжений в контролируемых узлах ЭЭС осуществляется в реальном времени на основе использования векторов прямых последова­тельностей измеряемых токов и напряжений в месте установки устройст­ва и набора эквивалентных сопротивлений электропередачи. Одновре­менно с фиксацией углов между векторами напряжений устройство фик­сирует знак скольжения асинхронно движущихся частей энергосистемы. Функциональная схема устройства приведена на рис. 3.1.

Особенностями работы устройства являются:

- непосредственное определение угла между векторами напряжений по концам контролируемого участка энергосистемы и использование это­го угла для выявления АР;

- селективность действия, основанная на выявлении попадания ЭЦК в контролируемую устройством зону электропередачи при фиксации на­личия АР в ЭЭС.

Устройство функционирует в трехступенчатом режиме, обеспе­чивая на каждой ступени формирование выходных сигналов (с учетом знака скольжения).

Первая ступень обеспечивает выявление АР на его первом цикле. Если угол между векторами эквивалентных ЭДС превышает критическое значение, задаваемое уставкой, то устройство фиксирует наличие АР в ЭЭС. Дальнейшее действие первой ступени осуществляется на основе анализа значений векторов напряжений на границе контролируемой зоны и в месте установки устройства. Попадание значений взаимных углов и модулей указанных векторов в заданный уставками диапазон критиче­ских значений свидетельствует о нахождении ЭЦК в контролируемой зо­не. При одновременной фиксации АР в ЭЭС и попадании ЭЦК в контро­лируемую зону устройство выдает сигнал о срабатывании ступени в со­ответствии со знаком скольжения.

Рис. 3.1. Структурная схема АЛАР-М

Работа второй ступени заключается в подсчете суммарного угла проворота эквивалентных ЭДС и контроле заданного уставкой количества (N_2st) циклов АР за установленное время (), где - допустимое время од­ного проворота в АР. Действие третьей ступени аналогично действию второй, но с контролем другого числа циклов (N_3st). Ввод в действие каждой следую­щей ступени осуществляется с установленной выдержкой времени ( ).

В устройстве предусмотрен контроль длительности циклов АР для второй и третьей ступеней. Если время прохождения установленного чис­ла проворотов указанных ступеней превышает время, заданное уставкой, то происходит возврат устройства в исходное состояние. Возврат в ис­ходное состояние происходит также, если ЭЦК выходит за пределы кон­тролируемой зоны.

Устройство обеспечивает:

- задание уставок эквивалентных сопротивлений модели ЭЭС от 0 до 999,9 Ом с разрешением 0,1 Ом отдельно по вещественной и мнимой части;

- задание уставок угла между векторами напряжений от 0 до 360° с разрешением 1°;

- задание уставок безразмерных коэффициентов от 0 до 9 с разреше­нием 0,1.

В устройстве предусмотрена возможность работы с тремя комплек­тами уставок. Обеспечивается выбор рабочего комплекта уставок по дис­кретному входному сигналу и по команде от ЭВМ, а также возможность редактирования уставок посредством ввода с клавиатуры устройства и с верхнего уровня управления.

Основная относительная погрешность измерения токов и напряже­ний в месте установки устройства не превышает 2,5 % от номинального зна­чения. Дополнительная погрешность измерения токов и напряжений при изменении частоты в диапазоне от 45 до 55 Гц не превышает 1 %/Гц. По­грешность расчета углов между векторами напряжений при их величинах в пределах от 0,4 до 1,5 не превышает:

- в диапазоне критических углов от 150 до 210° - 5 %;

- в диапазоне от 30 до 150 и 210 до 330°- 10%;

- в диапазоне от -30 до +30° - не нормируется.

В устройстве предусмотрено формирование следующей информации:

- обобщенных сигналов «Срабатывание» и «Неготовность» для цен­тральной сигнализации на щите управления энергообъекта;

- информации на дисплее о неисправности устройства и выполнении функций в соответствии с задачами устройства;

- диагностической информации о состоянии устройства для персо­нала любого уровня.

Обеспечивается фиксация срабатывания, неисправности устройства с запоминанием до его квитирования и возможность передачи этой ин­формации через интерфейс на устройства высшего уровня.

Для формирования сигналов управления предусмотрены выходные реле:

- по 2 для каждой из ступеней (для разных знаков скольжения), обеспечивающие требуемые управляющие воздействия;

- для передачи во внешние цепи обобщенных сигналов «Неготов­ность», «Срабатывание»;

- для блокирования аналогичных устройств на смежных линиях.

Устройство может устанавливаться для защиты одной линии (пря­мая ветвь) или двух смежных линий (прямая и обратная ветви) и контро­лирует 3 напряжения и 3 тока прямой ветви и один ток обратной ветви. Допускается сохранение трех комплектов рабочих уставок. Эти комплек­ты могут переключаться вручную или автоматически при смене схемы защищаемого участка энергосистемы.

Программное обеспечение пользователя позволяет осуществлять удаленный доступ к устройству по последовательному каналу связи с ин­терфейсом типа RS-232 (RS-485), с помощью которого можно следить за его функционированием, изменять уставки, переключать рабочие ком­плекты, записывать собранные данные.

Обеспечивается фиксация срабатывания, неисправности устройства с запоминанием до его квитирования и возможность передачи этой ин­формации на устройства высшего уровня.

Исходные данные для настройки устройства должны быть получены на основе предварительного моделирования расчетных схем и динамиче­ских режимов защищаемой ЭЭС. При размещении АЛАР-М на удалении от узлов присоединения эквивалентных генераторов к протяженной элек­тропередаче устройство может работать с «двухплечевой» схемой включе­ния с соответствующим выбором уставок параметров передачи для работы каждого из плеч (тп и пk, рис. 3.2). На рисунке приняты следующие обо­значения: п — узел установки устройства; т, к - граничные узлы контроли­руемой устройством линии; В1, В2 - выключатели линий; , -век­торы ЭДС эквивалентных генераторов; , , - векторы контроли­руемых напряжений в узлах т, п, k; , - векторы контролируемых то­ков; , , - комплексные эквивалентные сопротивления ветвей; , - комплексные сопротивления контролируемых участков электропере­дачи. Устройство, установленное в узле п, периодически измеряет мгно­венные значения напряжений фаз в узле установки, трехфазных токов од­ной ветви и ток одной фазы другой ветви. По полученной выборке произ­водится расчет векторов основной гармоники напряжений и токов фаз.

Рис. 3.2. Схема подключения АЛАР-М

Алгоритм выявления АР базируется на расчете ЭДС эквивалентных генераторов, которые с учетом выбранных на рис. 3.2 положительных направлений токов равны:

	(3.9)
	(3.10)

где множители при напряжении и токах , , , , получают как коэффициенты матриц четырехполюсников ветвей.

Для выявления АР с учетом прогнозирования его развития исполь­зуется угол электропередачи:

(3.11)

где - эквивалентный угол передачи, являющийся параметром гранич­ной фазовой траектории «угол - скольжение»;

- угол, связанный с инерционными характеристиками энергосистемы:

(3.12)

где - постоянная инерции эквивалентируемой части ЭЭС, приведен­ная к базисной мощности;

- угол, дополняющий до 90° аргумент вза­имного эквивалентного сопротивления двухмашинной электропередачи.

Предельно допустимый по условиям устойчивой работы ЭЭС угол обозначается как .Выполненные условия служат при­знаком наличия АР в энергосистеме. В зависимости от того, опережаю­щим или отстающим является вектор относительно , определяют дефицитную и избыточную части ЭЭС.

Расчет векторов напряжений на границах контролируемых участков выполняется в устройстве по формулам:

	(3.13)
	(3.14)

где , , , - коэффициенты четырехполюсников, характери­зующих сопротивления контролируемых участков передачи;

, - уг­лы векторов напряжений на границах контролируемых участков.

Критерием наличия ЭЦК является выполнение хотя бы одного из соотношений:

(3.15)

где - угол вектора напряжения в месте установки АЛАР-М.

Критические значения углов , выбирают на основе пред­варительных расчетов режимов сети с учетом её неоднородности и влия­ния отборов мощности. Их рассматривают как предельные значения уг­лов между векторами напряжений на границах контролируемых участков сети, если в пределах контролируемой зоны в условиях наличия АР су­ществует точка, имеющая минимальное напряжение по передаче.

Программное обеспечение устройства предусматривает и возмож­ность работы в неселективном режиме. В этом случае устройство на­страивается на срабатывание первой ступени при фиксации АР по передаче ( ), но без контроля попадания ЭЦК на защищаемый участок. При этом уставки по углу определяются так же, как это делается для из­вестных аналоговых устройств САПАХ.

В ряде случаев, когда необходимо контролировать участок сети с одной стороны от места установки АЛАР, используется «одноплечевая» схема включения. В этом случае уставки сопротивления контролируемо­го участка отсутствующего плеча обнуляются.

Ввод и редактирование уставок, необходимых для функционирова­ния АЛАР-М, производится либо с панели управления, либо с персо­нального компьютера посредством прилагаемой программы уда­ленного управления. Ввод с персо­нального компьютера предпочтителен для начальной настрой­ки устройства, поскольку представляет более удобный интерфейс для из­менения большого количества данных. Ввод с панели управления целе­сообразен для текущего редактирования значений небольшого количест­ва изменяемых величин. Введенные уставки сохраняются в энергонеза­висимой памяти устройства.

Программное обеспечение АЛАР-М предусматривает наличие трех независимых комплектов уставок, каждый из которых содержит инфор­мацию о параметрах измерительных трансформаторов напряжения и то­ка, эквивалентных параметрах электропередачи, критических значениях режимных параметров, уставках проворотов и выдержек времени, пара­метрах блокировки устройства.

Используемые в устройстве условия блокировок реализуются при яв­лениях, которые в случае отсутствия АР сопровождаются изменением фаз­ных соотношений между контролируемыми величинами. В частности, усло­вие блокирования по допустимой скорости изменения угла между векторами ЭДС эквивалентных генераторов позволяет отличить сравнительно медлен­ное монотонное изменение угла в условиях АР от его скачкообразных изме­нений при возникновении КЗ или неисправностях в цепях напряжения.

Условия блокирования по максимально допустимому отношению на­пряжения обратной последовательности к напряжению прямой последова­тельности позволяют зафиксировать несимметричные режимы при возник­новении КЗ, а также при неисправностях в цепях напряжения устройства.

Условия блокирования по максимально допустимому отношению тока обратной последовательности к току прямой последовательности позволяют зафиксировать несимметричные режимы при возникновении КЗ, а также при неисправностях в цепях тока.

Условия блокирования по максимально допустимому отношению тока прямой последовательности к номинальному току фазы позволяют отличить АР от случая трехфазного КЗ.

Время блокирования устройства при выполнении любого из указан­ных условий равняется времени существования условия плюс время воз­врата блокировки t₂ (в устройстве принято t₂ = 0,2 с).

Система отображения, реализованная в устройстве АЛАР-М, вклю­чает в себя набор переключаемых окон отображения текущей информа­ции и набор окон меню. Окна изображения текущей информации предназначены для контроля состояния процессов ЭЭС, работы устройства и алгоритма. В частности, предусмотрены: основное рабочее окно, в кото­ром отображается текущее состояние работы, в т.ч. величина контроли­руемого угла, блокировка работы, паузы после срабатывания устройства; окно величин и углов напряжений основного направления; окно величин и углов токов в фазах основного направления; окно величины и угла тока фазы «А» дополнительного направления; окно симметричных состав­ляющих напряжений и токов основного направления; окно величины ак­тивной и реактивной мощностей основного направления; окно величины активной и реактивной мощностей дополнительного направления; слу­жебное окно отображения регистратора процесса.