АЧР. Краткое описание.

Согласно [1] автоматическое ограничение снижения частоты должно выполняться с таким расчетом, чтобы при любом возможном дефиците мощности в энергообъединении, энергосистеме, энергоузле возможность снижения частоты ниже уровня 45 Гц была исключена полностью, время работы с частотой ниже 47 Гц не превышало 20 с, а с частотой ниже 48,5 Гц - 60 с.

Устройства АЧР должны устанавливаться, как правило, на подстанциях энергосистемы.

Объемы отключения нагрузки устанавливаются, исходя из обеспечения эффективности при любых возможных дефицитах мощности; очередность отключения выбирается так, чтобы уменьшить ущерб от перерыва электроснабжения, в частности должно применяться большее число устройств и очередей АЧР, более ответственные потребители должны подключаться к более дальним по вероятности срабатывания очередям.

Устройства ЧАПВ используются для уменьшения перерыва питания отключенных потребителей в условиях восстановления частоты в результате реализации резервов генерирующей мощности, ресинхронизации или синхронизации по отключившейся электропередаче.

При размещении устройств и распределении нагрузки по очередям ЧАПВ следует учитывать степень ответственности потребителей, вероятность их отключения действием АЧР, сложность и длительность неавтоматического восстановления электропитания (исходя из принятого порядка обслуживания объектов). Как правило, очередность включения нагрузки от ЧАПВ должна быть обратной по сравнению с принятой для АЧР.

Требования, предъявляемые к устройствам АЧР:

- устройства АЧР должны успешно ликвидировать все многообразие возможных аварий с дефицитом мощности в энергосистемах (энергообъединениях), начиная от местных локальных и кончая общесистемными, независимо от предшествующего режима, состава оборудования и т.п.;

- при действии АЧР не должны допускаться снижения частоты ниже определенного уровня на время больше, чем некоторое предельное, т.е. должна обеспечиваться некоторая предельно-допустимая частотновременная зона (рис.3.4); это объясняется тем, что реакция отдельных агрегатов, узлов, энергосистемы в целом на снижение частоты проявляется, как правило, не мгновенно, а с некоторой постоянной времени;

- объем разгрузки, осуществляемой АЧР, должен быть по возможности минимальным при условии обеспечения нормальной работы ЭЭС и соответствовать возникшему дефициту мощности; устройства АЧР должны вступать в работу только после мобилизации резервов мощности на электростанциях за счет действия АРЧВ и АЧВР;

- действие АЧР, обеспечивающее ликвидацию аварии, должно удовлетворять требованию минимизации ущерба при отключении потребителей, что может быть достигнуто поочередным характером отключений с учетом ответственности и значимости потребителей;

- действие АЧР должно обеспечивать подъем частоты до значений, при которых ЭЭС может длительно работать нормально; подъем частоты до номинального значения возлагается на оперативный персонал энергосистемы (диспетчера);

- устройства АЧР не должны излишне срабатывать при процессах, отличных от переходных процессов в ЭЭС при дефиците мощности, но также сопровождающихся изменением частоты (синхронные качания, асинхронный ход).

Современная система АЧР включает в се­бя две категории: АЧР1 и АЧР2.

Категория АЧР1 быстродействующая, она предназначена для бы­строго прекращения процесса снижения частоты и включает в себя следующие очереди:

- спецочередь АЧР, предназначенную для предотвращения автоматической или оперативной разгрузки энергоблоков АЭС при снижении частоты ниже 49 Гц и срабатывания основного объема АЧР;

- очереди основного объема АЧР1, отличающиеся по частоте срабатывания и имеющие выдержку по времени 0,3 с, достаточную для отстройки от синхронных качаний.

Интервал по частоте срабатывания между очередями обыч­но принимается 0,1 Гц.

Категория АЧР2 предназначена для подъема частоты в энерго­системе до уровня, обеспечивающего нормальную ее работу, и вклю­чает в себя подкатегории:

- несовмещенную АЧР2, предназначенную для подъема частоты после действия АЧР1, а также при медленном снижении частоты пу­тем отключения выделенного объема мощности потребителей;

- совмещенную АЧР2, предназначенную для предотвращения за­висания частоты на недопустимо низком уровне путем отключения потребителей, возможность отключения которых также предусмотрена от устройств АЧР1 (совмещение).

Категория АЧР2 выполняется в виде нескольких очередей, отли­чающихся между собой либо по частоте и времени, либо только по времени срабатывания.

Интервалы по выдержкам времени очередей АЧР2 устанавлива­ются не более 5 с.

Для совмещенной АЧР2 очереди с более высокими уставками по времени совмещаются (по отключаемым потребителям) с очередями АЧР1, имеющими более низкие уставки по частоте срабатывания. Об­щая мощность совмещения с АЧР1 должна быть не менее 60% суммарной мощности нагрузки, подключенной к устройствам АЧР1, с последующим совмещением до 100 % .

Общая мощность подключенной к несовмещенной АЧР2 нагруз­ки должна быть не менее 10 %, а суммарная мощность подключенных к АЧР потребителей - не меньше 60 % от расчетного потребления.

Частота возврата измерительных органов частоты устройств АЧР2 принимается 49,2 Гц для несовмещенной и 49,1 Гц для совме­щенной подкатегории АЧР2.

Рис.3.4. Предельно-допустимая временная зона при работе АЧР:

1 – по требованиям стандарта; 2 – по требованиям ПТЭ

Реле частоты SPAF 340 С3 специально разработано для автоматического отключения нагрузок в ситуациях, когда нагрузки, подключенные к сети, превышают допустимое потребление мощности. Такой дефицит мощности вызывает понижение частоты сети, которое прямо пропорционально недостатку мощности и обратно пропорционально вращающимся массам генераторов, подключенных к сети.

Реле частоты SPAF 340 C3 позволяет выполнить 4-ступенчатую разгрузку и способно оперировать четырьмя группами выключателей. Восемь таймеров, свободно выбираемые выходы реле и функция df/dt реализуют логику разгрузки, которая также чувствует уровень изменения частоты сети.

Характеристики реле частоты:

- однофазное четырехступенчатое комбинированное реле понижения частоты;

- каждая ступень АЧР имеет функцию скорости изменения частоты (df/dt), которая может использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с функцией понижения частоты;

- каждая ступень АЧР включает два индивидуально настраиваемых таймера;

- функция восстановления или частотное автоматическое повторное включение;

- программируемая блокировка при понижении напряжения;

- четыре номинальных напряжения, выбираемые при помощи программного обеспечения;

- регулируемая номинальная частота;

- пять внешних входов управления для индивидуальной блокировки каждой ступени;

- восемь произвольно конфигурируемых выходных реле и одно выходное реле самоконтроля;

- регистрация измеренных данных, которые могут использоваться для анализа состояния сети;

- передача данных по последовательной шине связи;

- непрерывный самоконтроль с диагностикой внутренних сбоев.

Реле частоты SPAF 340С представляет собой вторичное реле, подключаемое к трансформаторам напряжения секции 10 кВ. Реле включает в себя один модуль - комбинированный модуль частоты и изменения скорости частоты типа SPCF 1D15.

Измерение частоты в этом модуле базируется на измерении времени между прохождениями сигнала через нуль. Число циклов, используемых для расчета, может выбираться в диапазоне 3 ... 20 циклов.

Кроме фильтра входных сигналов на время отключения реле оказывает влияние выбранная номинальная частота. Минимальное время отключения реле рассчитывается по формуле:

,

(3.24)

где n - это число используемых циклов;

f_n - номинальная частота.

Если время отключения, устанавливаемое для реле, меньше рассчитанного времени, уставка будет проигнорирована.

Когда значение частоты снижется ниже заданного уровня частоты, срабатывает соответствующая ступень АЧР. По истечению выдержки времени (t’), которая задается больше, чем выдержка времени (t), подается сигнал на отключения. Эта АЧР применяется в случаях, когда небольшой недостаток мощности и при этом медленное снижение частоты.

Если частота продолжает дальше снижаться то, опустившись ниже определенной уставки, срабатывает вторая ступень АЧР со своей выдержкой времени.

Согласно рекомендациям изготовителя на проектируемой подстанции используется реле частоты с функцией скорости изменения частоты вместе с функцией частоты. Эта комбинированная АЧР предназначена для использования, когда дефицит мощности растет быстро, и частота падает быстро.

Принцип данной комбинированной АЧР основывается на том, что если частота опускается ниже заданного уровня и срабатывает функция понижения частоты, скорость изменения частоты должна быть отрицательной для того, чтобы выполнилась функция df/dt. После чего, по истечения времени срабатывания, подается сконфигурированный сигнал отключения. Комбинированная АЧР имеет малое время срабатывания, что позволяет выполнить быстрое отключение в случае большого недостатка мощности. При дальнейшем снижение частоты срабатывают следующие ступени АЧР.

Кроме четырех ступеней АЧР модуль включает функцию восстановления. Данная функция восстановления может использоваться для управления выходным реле, когда после отключения ступени АЧР частота возвращается в нормальное положение и сохраняется в таком положении на протяжении всего диапазона уставок в течение всего времени срабатывания функции восстановления.

Допустимые пределы для восстановления определяются как окно частоты, центр которого расположен в заданной номинальной частоте модуля. Устанавливаемый предел представляет собой допустимое отклонение частоты от номинальной частоты (f_n ± f_r) модуля.

Принцип работы функции восстановления, после того как ступень АЧР произвела сигнал отключения, активируется функция восстановления. Когда частота возвращается к нормальному значению в пределах выбранного диапазона, запускается выдержка времени срабатывания ступени восстановления. Если частота остается в пределах разрешенного диапазона в течение заданного времени, функция восстановления срабатывает и замыкается соответствующий выход. Если частота отклоняется от установленного диапазона во время работы функции восстановления, таймер останавливается и продолжает работать, когда частота возвращается в установленный диапазон. Таймер функции восстановления сбрасывается на ноль, если одна из ступеней АЧР выдаст сигнал отключения во время работы.

Уставки для данного модуля приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4.