Управление энергосистемами для обеспечения устойчивости - Особенности выбора противоаварийной автоматики слабых связей

Особенности выбора противоаварийной автоматики на слабых связях обусловлены приведенными выше специфическими характеристиками таких электропередач. Разработка режимных требований к противоаварийной автоматике слабых связей и ее принципов начинается с определения значений нерегулярных колебаний, от которых требуется отстроиться при ведении режима электропередачи. Если из-за этих колебаний существенно уменьшается максимальная передаваемая мощность, то определяются требования к автоматическому ограничению нерегулярных колебаний, в состав которых входит выбор регулирующих электростанций, диапазонов и скоростей регулирования, точек измерения передаваемой мощности или угла. Значения нерегулярных колебаний сравнительно легко определяются для существующих межсистемных связей, их можно пересчитать на несколько лет вперед для проектируемых электропередач. Например, при проектировании объединения энергосистем Закавказья и Юга по линии 220 кВ нерегулярные колебания по электропередаче 110 кВ были определены и пересчитаны на новый уровень нагрузок. Аналогичная работа выполнена для объединения энергосистем стран- членов СЭВ с ЕЭС СССР и т. д. Если энергосистемы, для которых проектируется межсистемная электропередача, еще не связаны между собой, то нерегулярные колебания мощности могут быть оценены по колебаниям частоты или по ориентировочным данным, приведенным в § 4-2.
Прежде чем приступить к основным расчетам, следует провести анализ экспериментальных данных или выполнить работы для многомашинной схемы, чтобы убедиться в допустимости представления энергообъединения в виде простой структуры.
Определение областей устойчивой работы межсистемных слабых связей производится как для нормальных, так и для ремонтных схем электропередачи и таких изменений схем соединяемых энергосистем, которые могут существенно повлиять на ее предельные режимы. При наличии нескольких параллельных линий разных напряжений иногда бывает нецелесообразно сохранить параллельную работу при отключении линии высшего напряжения. Например, если рассмотреть одноцепную связь 500 кВ с параллельно включенными двумя цепями 110 кВ, то при ремонте линии 500 кВ обычно целесообразнее раздельная работа энергосистем, чем обеспечение устойчивой работы по оставшимся в работе линиям.
Расчетные режимы работы слабых связей охватывают весь диапазон мощностей между их предельными значениями. Предельные значения мощности определяются условиями статической устойчивости с учетом нерегулярных колебаний мощности, необходимым запасом, уровнями напряжения на промежуточных нагрузках и длительно допустимыми токами оборудования. Для этих режимов в зависимости от значения электропередачи с помощью противоаварийной автоматики обеспечивается тот или иной уровень синхронной динамической устойчивости. При этом, в основном, могут использоваться БАПВ, аварийная разгрузка турбогенераторов, отключение гидрогенераторов, отключение нагрузки. Расчетные режимы для обеспечения синхронной динамической устойчивости определяются предельными средними значениями перетока мощности, увеличенными на 2—Зр. При автоматическом регулировании (ограничении) перетока мощности величина р может быть принята примерно равной 0,3 ее значения при отсутствии регулирования.
Далее по условиям работы промежуточных нагрузок определяется допустимость применения кратковременных асинхронных режимов. Если они допустимы, то на всех линиях, где не может быть применено БАПВ, устанавливается НАПВ. Делительная автоматика в этом случае выбирается с временем, достаточным для ресинхронизации. В случае большой промежуточной нагрузки делительная автоматика может устанавливаться на обоих концах электропередачи и вводиться в действие по направлению мощности. При необходимости обеспечения результирующей устойчивости предусматривается автоматика, которая при возникновении асинхронного хода разгружает генераторы в передающей энергосистеме или отключает часть нагрузки в приемной. Если несинхронные режимы недопустимы, то предусматривается делительная автоматика с минимальным временем действия, определяемым условиями ее отстройки от синхронных качаний и к. з. При наличии одной или Двух линий следует применять ОАПВ, БАПВ, АПВУС. Если же параллельных линий несколько, то на них можно применять НАПВ при условии, что отключение одной из линий не приводит к нарушению устойчивости.
Расчеты электромеханических переходных процессов на слабых связях целесообразно выполнять на АВМ или ЭВМ. В последнем случае энергосистемы могут быть представлены более детально, и на основании этих расчетов принимается эквивалентная схема простой структуры. Проведение расчетов имеет следующие цели: определение пределов статической устойчивости для нормальной и ремонтных схем: определение пределов синхронной динамической устойчивости и эффективности их повышения с помощью противоаварийной автоматики; анализ условий ресинхронизации, характера асинхронного режима и эффективности делительной автоматики и автоматики, обеспечивающей результирующую устойчивость. Моделирование производится по уравнениям движения с обязательным учетом демпфирующих свойств энергосистем. При этом мощность нагрузки в соединяемых энергосистемах балансируется с мощностью турбин. Может быть учтено регулирование скорости турбин по наиболее простым уравнениям, но с учетом ограничений.
Экспериментальное определение устойчивости слабых межсистемных связей имеет некоторые особенности, заключающиеся в том, что по балансу мощностей здесь практически всегда имеется возможность определить пределы устойчивости. При этом электроснабжение основных потребителей чаще всего не нарушается, так как изменение напряжения у этих потребителей вследствие значительной электрической удаленности их от центра качаний бывает незначительным даже при асинхронном ходе по этой слабой связи. Вместе с тем при наличии промежуточных нагрузок асинхронный ход может неблагоприятно отразиться на работе потребителей, питающихся от подстанций, расположенных вблизи центра качаний. Определение предельной мощности может быть проведено как путем постепенного утяжеления режима, так и при несинхронном включении. При этом второй способ часто оказывается предпочтительнее, так как режим с пониженными напряжениями и большими токами в этом случае длится всего лишь несколько секунд. При определении предела первым способом после нарушения устойчивости производится ресинхронизация путем быстрого увеличения мощности генераторов приемной части системы и уменьшения мощности в передающей системе.
Экспериментальное определение синхронной динамической устойчивости слабых связей производится в тех случаях, когда необходимо выяснить, как влияют на устойчивость отключение части генераторов в одной из соединяемых систем, отключение или нарушение устойчивости соседней электропередачи, или проверить эффективность автоматики. Расчет этих режимов для слабых связей без проведения контрольных экспериментов, как правило, дает слишком малую точность, так как без экспериментов невозможно учесть скрытый резерв мощности в системах и различные демпфирующие факторы. Иногда для проверки и уточнения расчета определяется синхронная динамическая устойчивость при к. з., хотя устойчивость слабых связей при к. з. нарушается редко.
Экспериментальное определение результирующей устойчивости производится с помощью опытов несинхронного АПВ. Такие опыты выполняются, в частности, с целью выяснения влияния кратковременного асинхронного режима на работу потребителей, подключенных к промежуточным подстанциям, и на устойчивость соседних электропередач.
При проведении опытов производится НАПВ при различных потоках мощности и определяется предельное значение мощности, при котором обеспечивается ресинхронизация. При этих опытах может определяться также эффективность различных средств автоматической ресинхронизации и разгрузочной автоматики, обеспечивающих устойчивость соседних электропередач при асинхронных режимах. Опыты несинхронного включения при различных разностях частот и углах позволяют определить предельные значения этих величин для АПВУС и несинхронных включений вручную.
Характер и значения нерегулярных колебаний мощности могут быть достоверно определены лишь в результате испытаний. Эти испытания следует производить в дневные и ночные часы, в часы максимума и минимума нагрузки, а также при ее подъеме и спаде.