Принцип выполнения устройств автоматической ликвидации асинхронного режима

В энергосистемах применяется большое количество различных устройств автоматической ликвидации асинхронного режима, отличающихся способом выявления асинхронного режима и параметрами, на которых они реагируют.

В соответствии с характерными признаками асинхронного режима, применяются устройства, реагирующие на изменение тока, активной мощности в линии электропередачи, напряжения на шинах подстанции, сопротивления на зажимах реле сопротивления. Часто применяются комбинированные устройства, с помощью которых осуществляется контроль изменения не одного, а нескольких режимных параметров. К устройствам, выявляющим асинхронный режим, предъявляются следующие основные требования: селективность, чувствительность к асинхронному режиму, быстрота срабатывания, способность определения знака скольжения.

На рис. 5.1 показана структурная схема устройства АЛАР. Устройство имеет трехступенчатое исполнение. Первая ступень (I) выявляет асинхронный режим на первом его цикле, вторая ступень (II) действует по истечении двух-четырех циклов асинхронного режима, третья ступень (III) действует с дополнительной выдержкой времени t₂, после срабатывания второй ступени. Асинхронный режим выявляется путем фиксирования изменения сопротивления на зажимах реле сопротивления, а также знака мощности электропередачи в этом режиме. Для этой цели в устройстве используется комплект реле сопротивления, содержащий три направленных реле сопротивления KZ1-KZ3. Для фиксирования изменения знака мощности используется максимальное реле мощности KW1.

Рис. 5.1 Структурная схема устройства автоматической ликвидации асинхронного режима

KZ1-KZ3 – минимальные реле устройства сопротивления; KW1 – максимальное реле мощности; t₁, t₂ – элементы выдержки времени; Запрет – логический элемент, в котором сквозной сигнал блокируется сигналом со знаком минус; И – логический элемент; n_ц – счетчик циклов; Т_S > T_кр – элемент контроля периода асинхронного режима Т_S, срабатывающий в условии, что значение T_S превышает критическое значение Т_кр; I.У, I.T, II.T, IIIУ, III – выходные цепи трех ступеней устройства с фиксацией ускорения (У) или торможения (Т) генераторов энергосистемы.

Первая ступень устройства. Необходимость действия устройства на первом цикле возникает при нарушении устойчивости, которое сопровождается глубоким снижением напряжения, грозящим серьезным расстройством потребителей или дополнительным выходом из синхронизма генераторов в другом узле энергосистемы. Принцип действия первой ступени устройства, выявляющей асинхронный режим на первом цикле, основан на изменении скорости изменения сопротивления на зажимах реле сопротивления. Эта скорость фиксируется с помощью двух реле сопротивления KZ1 и KZ2, имеющих различные характеристики срабатывания. При нарушении синхронизма годограф сопротивления на зажимах реле сопротивления Z_р последовательно входит сначала в зону срабатывания чувствительного реле сопротивления KZ1, а затем грубого реле KZ2 (рис. 5.2). При срабатывании KZ1 пускается элемент времени t₁, имеющий выдержку времени 0,1-0,2 с. Дальнейшее изменение Z_р приводит к срабатыванию реле KZ2 и появлению логического сигнала на выходе первого элемента И. Чтобы этот сигнал не исчезал вследствие срабатывания элемента Запрет, предусмотрено удерживание сигнала с помощью обратной связи, соединяющий вход элемента И с входом элемента t₁. Поочередное срабатывание двух реле сопротивления означает, что происходит процесс снижения сопротивления при коротких замыканиях или неисправности в измерительных цепях напряжения. Однако поочередное срабатывание двух реле сопротивления недостаточно для селективного определения нарушения синхронизма, это срабатывание может иметь место при синхронных качаниях. Вторым условием срабатывания первой ступени устройства является прохождение угла между векторами ЭДС двух частей энергосистемы через критическое значение. Сигнал о прохождении угла через критическое значение поступает от выявительного органа второй ступени устройства на выходы элементов И первой ступени, причем этот сигнал существует в одном из двух видов в зависимости от того, ускоряются (I.У) или тормозят (I.Т) генераторы той части энергосистемы, в которой установлено устройство.

Рис. 5.2 Характеристики срабатывания реле сопротивления

При коротком замыкании, сопровождающемся срабатыванием реле KZ1 и KZ2, элемент времени t₁ не успевает сработать, так как реле KZ2 с помощью элемента Запрет снимает сигнал с его входа, в результате сигнал на выходе устройства не создается.

Следует отметить, что первая ступень устройства может отказать в действии при быстром выпадении генераторов из синхронизма, когда реле KZ2 срабатывает раньше, чем элемент t₁. В этом случае асинхронный режим должен быть прекращен действием второй ступени устройства.

Вторая ступень устройства. Во второй ступени устройства используется комбинированный выявительный орган, реагирующий на изменение сопротивления на зажимах реле сопротивления и знака мощности электропередачи. Характеристика срабатывания реле мощности KW1 выбирается такой, чтобы переориентация реле KW1 происходила при максимальном значении критического угла , что свидетельствует о нарушении синхронизма. Для того чтобы отличить переориентацию реле KW1 при от переориентации при , осуществляется контроль положения реле сопротивления: при реле сопротивления KZ1 и KZ3 должны находиться в положении срабатывания, а при - в положении возврата. Таким образом, сочетанием поведения реле мощности и реле сопротивления можно проконтролировать изменение угла в цикле асинхронного режима и переход его за критическое значение.

Выходное реле выявительного органа KL3 управляет работой счетчика циклов (СЦ) асинхронного режима n_ц. По истечении двух-четырех циклов производится контроль положения ЭЦК. Если ЭЦК располагается в контролируемом сечении энергосистемы, то срабатывают реле сопротивления, фиксирующие ЭЦК. В результате с помощью счетчика циклов, реле фиксации ЭЦК и реле фиксации ускорения или торможения генераторов формируются выходные сигналы второй ступени устройства II.У и II.Т. По цепям II.У и II.Т производится действие, направленное на ресинхронизацию, или, если ресинхронизация недопустима, на разделение энергосистемы на несинхронно работающие части. В последнем случае допустимо не фиксировать знак скольжения.

В процессе работы счетчика циклов осуществляется контроль длительности каждого цикла. Если длительность цикла превышает некоторое критическое значение, при котором наступает ресинхронизация, устройство блокируется: производится сброс счетчика циклов и отключение выявительного органа.

Третья ступень устройства применяется в том случае, если первая или вторая ступени действует на ресинхронизацию. В этих условиях третья ступень резервирует действие первых двух. Если в результате управляющих воздействий, направленных на ресинхронизацию, асинхронный режим не ликвидирован, третья ступень устройства с выдержкой времени t₂ действует на разделение энергосистемы на несинхронно работающие части. Выдержка времени t₂ должна превышать возможную продолжительность ресинхронизации и должна быть меньше допустимой продолжительности асинхронного режима. Обычно эта выдержка времени составляет приблизительно 10-20 с. Наличие асинхронного режима по истечении выдержки времени t₂ проверяется по факту повторного срабатывания второй ступени устройства со счетчиком циклов.

Автоматика управления мощности для сохранения устойчивости (АУМСУ)

АУМСУ служит для предотвращения нарушения устойчивости параллельной работы энергосистем, обеспечение статической, синхронной, динамической устойчивости.

Устройства АУМСУ выявляют возникновение опасных перегрузок или набросов мощности, внезапные отключения участков электропередач или их полные разрывы, возникновение неполнофазных режимов и другие аналогичные нарушения нормального режима работы. Во всех случаях, когда возникшее нарушение нормального режима угрожает нарушением устойчивости, устройства АУМСУ производят быструю дозированную разгрузку электропередачи межсистемных связей.

Для разгрузки используются следующие основные виды воздействий: отключение гидро- и турбогенераторов (ОГ), быстрая разгрузка паровых турбин (РТ), деление энергосистем или ОЭС (ДС), электрическое торможение турбогенераторов (ЭТ), механическое торможение гидрогенераторов (ЭМ) в передающей части ЭС отключение нагрузки (ОН) в приемной части ЭЭС. Осуществляется специальной автоматикой отключения нагрузки САОН. Устройства САОН, являются составной частью АУМСУ. Эти устройства при возникновении аварийных ситуаций обеспечивают отключение части нагрузки путем передачи управляющих телесигналов. При этом отключаются крупные потребители, допускающие перерывы электроснабжения.

Кроме этого, применяются дополнительные воздействия, способствующие повышению пределов передаваемой мощности: принудительная форсировка возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов (ФВ), форсировка установок продольной емкостной компенсации (ФК) и отключение шунтирующих реакторов (ОР).

Устройства АУМСУ состоят из следующих элементов:

- пусковые и измерительные устройства, которые дают информацию об исходной схеме и режиме, а также об аварийном возмущении или переходном процессе;

- устройства дозировки, в которых по информации об исходном режиме по возмущению определяется интенсивность управляющего воздействия;

- исполнительные органы, которые реализуют управляющее воздействие;

- устройства телепередачи сигналов автоматики, по которым передается информация от пусковых и измерительных органов к органам дозировки или команды от последних к исполнительным органам;

- устройства телеизмерения активной мощности, фазного угла, тока, предназначенные для питания измерительных, дозирующих или исполнительных органов.

Обощенная функциональная схема комплексного устройства АУМСУ показана на рис. 5.3.

Пусковые устройства. Пусковые ПО и измерительные ИО органы при нарушении нормального режима фиксируют: отключение участка электропередачи, успешное и неуспешное АПВ, тяжесть к.з. аварийную перегрузку электропередачи, перегрузку элемента ЭЭС.

Кроме того, ПУ определяют тяжесть исходного режима, фиксируя исходные (доаварийные) значения активной мощности различных элементов ЭЭС – по действию измерительных органов мощности ИОМ и исходное состояние схемы ЭЭС – по состоянию реле положения выключателей РПВ. Таким образом используются два вида информации в системе ПА: доаварийная и аварийная. При этом применяется телепередача информации (ВЧТО-М, ТМ-800А)

Устройства автоматической дозировки воздействий служат для формирования и определения интенсивности управляющих воздействий. Управляющие воздействия вырабатываются в зависимости от интенсивности аварийного возмущения и параметров исходного (доаварийного) режима, информация о которых поступает от пусковых устройств. При этом устройства АДВ оценивают послеаварийное состояние ЭЭС непосредственно в момент возникновения возмущения, т.е прогнозируют это состояние, что позволяет увеличить быстродействие ПА и снизить тем самым интенсивность управляющих воздействий. После возникновения аварии управляющие воздействия вырабатываются с использованием устройства автоматического запоминания дозировок (АЗД), в которые введены результаты предварительных расчетов.

При срабатывании пускового устройства (при возникновении аварийного возмущения) устройство АДВ выдает задание на разгрузку ТЭС и ГЭС – предписанные значения ; ; , а на ТЭС дополнительно импульсные (амплитудой А_И и длительностью ) воздействия на АРТ и команды управления на ОГ или ДС. Они поступают к устройствам распределения воздействий УРВ, которые имеют различное исполнение в зависимости от вида управляющего воздействия и в связи с технологическими особенностями ГЭС и ТЭС.

Устройства распределения воздействий на ГЭС, на которых производится ОГ, выбирают номера отключаемых генераторов в соответствии с предписанным значением и установленной очередностью отключения. Поэтому на коммутаторах устройства устанавливается принадлежность каждого из генераторов к той или иной группе по отношению к точке деления, а также минимальное число генераторов, которое должно остаться в работе в каждой из групп. Кроме того, это устройство учитывает неравномерность загрузки генераторов, что требует задания диапазонов мощностей, при которых генераторы участвуют в ОГ.

Аналогично выполняются и устройства распределения воздействий САОН. На ТЭС разгрузка агрегатов реализуется через АГП, а ОГ осуществляется только при невозможности снизить мощность агрегатов на предписанное значение . На ТЭС функции устройства распределения воздействий выполняет общестанционная часть системы автоматического управления мощностью (САУМ), которая принимает задание на разгрузку станции и распределяет его по агрегатам с учетом ограничений по глубине разгрузки каждого из них.

Исполнительные устройства ИУ ПА (устройства реализации воздействий) на ГЭС, а также подобные устройства САОН представляют собой цепи отключения выключателей. На ТЭС функции ИУ ПА осуществляет агрегатная часть САУМ, производящая АРТ подачей импульсов большой амплитуды по условиям динамической устойчивости, и одновременно АОМ.

Задача АОМ, как указывалось, состоит в том, чтобы снизить мощность турбины до значения, определяемого условиями статической устойчивости послеаварийного режима: