Разбиение разгрузки на две категории АЧР1 и АЧР2 приводит к тому, что при некоторых авариях пропорциональность в срабатывании очередей разгрузки этих категорий не обеспечивается и нарушается последовательность отключения потребителей по мере возрастания их ответственности. Этот недостаток в значительной степени устраняется при совмещении действия АЧР1 и АЧР2 на отключение одних и тех же нагрузок.
Рис. 2 18 Кривые изменения частоты при действии АЧР с зависимой характеристикой
Рис. 2 19. Изменение частоты в переходном процессе при различных вариантах выполнения разгрузки (расчет на ЭВМ).
Однако, поскольку и в этом случае часть нагрузки, подключенной к первым очередям АЧР2, остается несовмещенной, исключить его в полной мере не удается, и в некоторых (достаточно редких) аварийных ситуациях возможно отключение более ответственных потребителей, подключенных к последним очередям АЧР2, в то время как несовмещенные первые очереди АЧР2 не работают.
Указанный недостаток полностью устраняется при выполнении АЧР с зависимой характеристикой (АЧРЗХ), позволяющей совместить функции АЧР1 и АЧР2 в одном устройстве. Такая разгрузка была предложена в [25, 26].
Принцип действия АЧРЗХ иллюстрируется рис. 2.18. Устройство состоит из нескольких очередей. Все очереди запускаются, если частота в энергосистеме снизится до уставки запуска. С этого момента уставки по частоте очередей АЧР начинают изменяться во времени в соответствии с характеристиками 1—1, 2—2, 3—3 и т. д. (например, по экспоненте—в общем случае с разными постоянными времени или по линейному закону—в общем случае с разными наклонами). Линия обе иллюстрирует изменение частоты с учетом работы АЧР. По мере того как частота снижается, срабатывают очереди 1—1, 2—2, выполняющие в данном случае функции АЧР1. Скорость снижения частоты постепенно падает, и при некотором новом установившемся значении частоты наступает баланс мощности генераторов и мощности нагрузки, снизившейся за счет ее регулирующего эффекта по частоте. На уровне fy частота будет находиться только лишь в течение времени, необходимого для достижения следующей очередью 3—3 этого значения.
После срабатывания очереди 3—3 возможны два варианта протекания процесса. Если дефицит ликвидируется, частота начинает повышаться быстрее (вгд), чем растет уставка последующей несработавшей очереди, так что больше ни одна очередь разгрузки не сработает. Если срабатывание очереди 3—3 не приводит к ликвидации дефицита и частота стремится установиться ниже частоты возврата устройства, произойдет отключение нагрузки последующей очередью (вгд) или последовательно несколькими очередями. Таким образом, очереди, с помощью которых восстанавливается частота, выполняют функции АЧР2.
При другом дефиците мощности ликвидация аварии принципиально будет протекать аналогично, но в зависимости от характера изменения частоты одни и те же очереди в различных аварийных ситуациях будут выполнять функции или АЧР1, или АЧР2, так же как это происходит и при обычной АЧР с совмещением действия АЧР1 и АЧР2 на отключение одной и той же нагрузки.
Если в процессе ликвидации аварии происходит увеличение дефицита (каскадное развитие аварии), он может ликвидироваться всеми неработавшими очередями разгрузки независимо от того, как изменялась частота до развития аварии (кривая веж на рис. 2.18). При этом чем больше дополнительный дефицит мощности, тем быстрее он ликвидируется.
Таким образом, как бы ни развивалась авария, каким образом ни изменялся дефицит в процессе аварийной ситуации (увеличивался в результате отключения генераторов или уменьшался за счет мобилизации резервной мощности), частота при работе АЧР с зависимой характеристикой изменяется в пределах зоны и. При этом обеспечивается строгая последовательность отключения потребителей, поскольку каждая последующая очередь отличается от предыдущей и более низким значением уставки по частоте в одинаковый момент времени, и большим временем срабатывания при одинаковой частоте. Следовательно, при работе такой разгрузки всегда будет соблюдаться порядок отключения потребителей по мере роста их ответственности, что является ее основным достоинством.
Рис. 2.20. Зависимость изменения частоты во времени при различных параметрах энергосистемы и АЧР.
Поскольку после запуска устройства уставки очередей по частоте начинают с течением времени увеличиваться, отключение потребителей при работе очередей, действующих как АЧР1, произойдет быстрее, нежели это происходит в обычных устройствах АЧР1, когда уставки очередей остаются неизменными. Эта разница несущественна при больших дефицитах мощности и резких снижениях частоты и в большей степени проявляется при малых и средних (по значению) дефицитах мощности.
Такое ускорение действия очередей, приостанавливающих снижение частоты, позволяет в переходном процессе несколько повысить минимальное значение частоты по сравнению со случаем работы обычной АЧР1 (рис. 2.19).
Поскольку ступень по времени между соседними очередями в устройствах АЧРЗХ может быть выбрана небольшой в отличие от обычной разгрузки, где начальные уставки АЧР приходится выбирать равными не менее 5 с, восстановление частоты в этом случае может происходить более быстро.
Таким образом, АЧРЗХ позволяет несколько сократить частотно-временную зону по сравнению с АЧР с совмещением действия двух категорий разгрузки на отключение одних и тех же нагрузок.
В принципе, при действии АЧРЗХ, как и обычной АЧР, возможно некоторое излишнее отключение нагрузки. Оно может быть сведено до минимума соответствующим выбором начальных уставок очередей по частоте (при ta) и скорости их изменения. Начальные уставки выбираются в узком диапазоне, например 48—46 Гц, а ступени по частоте 0,1—0,2 Гц. Постоянные времени (наклон) характеристик 1—1, 2—2, 3—2 и др, должны быть больше максимально возможной постоянной времени изменения частоты энергосистемы.
На рис. 2.20 показаны зависимости изменения частоты во времени при авариях с различными начальными дефицитами в энергосистемах с разными постоянными механической инерции [25,26]. Кривые построены для различных времен At отключения нагрузки действием АЧР. Уставки очередей по частоте изменялись по экспоненте с постоянной времени. В переходном процессе отсутствовали излишние отключения нагрузок во время подъема частоты при любых постоянных времени изменения частоты в энергосистеме и начальных дефицитах мощности и. как в обычной АЧР, наблюдались незначительные излишние срабатывания очередей, действующих как АЧР1, при больших начальных дефицитах из-за наличия определенного дельта t.
Производя расчет АЧРЗХ, необходимо выполнить только два условия: как и в обычной АЧР, суммарная мощность нагрузки, подключенной к устройствам разгрузки, должна быть не меньше максимально возможного дефицита мощности энергосистемы (узла), а постоянная времени изменения уставок очередей АЧР должна быть не меньше максимально возможной постоянной времени изменения частоты в энергосистеме (узле).
Таким образом, АЧРЗХ обладает преимуществами по сравнению с применяемой разгрузкой, но требует специальной аппаратуры. В настоящее время в энергосистемах страны установлено более 15 тыс. устройств АЧР на базе реле ИВЧ и РЧ. Естественно, что при внедрении устройств АЧРЗХ может стоять вопрос только о сочетании работы таких устройств с уже установленными. При этом должен быть проработан вопрос выбора уставок такой комбинированной разгрузки и обеспечения ее эффективного действия при различных аварийных процессах в энергосистемах.