АЧР энергосистем - Требования к АЧР

Анализ условий работы электростанций и потребителей при снижении частоты и особенностей возникновения и развития аварийных ситуаций с небалансом мощности в условиях современных крупных энергообъединений позволяет сформулировать требования к АЧР. Основные из них следующие.

1. Автоматическая частотная разгрузка должна успешно ликвидировать все многообразие возможных аварий с дефицитом мощности в энергообъединениях, начиная от локальных и кончая общесистемными. Она должна обеспечить нормальное функционирование энергосистем независимо от значения дефицита, характера развития аварии (простая авария или каскадная), значения и темпа мобилизации резервов мощности на электростанциях и т. д.; АЧР должна быть ориентирована на вероятностный характер возникновения и протекания аварий.

Как следствие первого требования, АЧР должна выполняться таким образом, чтобы ее уставки, объем и размещение не являлись функциями таких параметров энергосистемы, как постоянная механической инерции и регулирующий эффект нагрузки. Оба эти параметра не являются постоянными, а зависят от целого ряда случайных факторов. Как было показано в гл. 1, эти параметры различны для разных узлов, районов и энергосистем. Регулирующий эффект нагрузки в зависимости от состава нагрузки изменяется в различные периоды года, суток, существенно зависит от характера изменения напряжения в узлах нагрузки при аварии. Постоянная механической инерции также изменяется в различные периоды в зависимости от состава оборудования. Как регулирующий эффект нагрузки, так и постоянная механической инерции могут изменяться и в процессе аварии. Автоматическая частотная разгрузка должна обеспечивать успешную ликвидацию аварии независимо от того, каково значение этих параметров и каков характер их изменения в течение суток, недели, периода года и в процессе ликвидации аварии.

1. Автоматическая частотная разгрузка не должна допускать снижения частоты ниже определенного уровня на время t, большее, чем некоторое предельное для этого уровня, т. е. при работе АЧР должна обеспечиваться некоторая предельно допустимая частотно-временная зона. Требование обеспечения определенной зоны объясняется тем, что реакция отдельных агрегатов, узлов, энергосистемы в целом на снижение частоты проявляется, как правило, не мгновенно, а с некоторой постоянной времени, а накопление усталостных напряжений в лопатках турбин имеет интегральный характер.

Как было показано выше, предельно допустимая частотновременная зависимость определяется в основном работой
механизмов собственных нужд, лопаточного аппарата турбин и требованиями предотвращения массового хаотического отключения потребителей в узлах нагрузки из-за снижения напряжения. Различна допустимая длительность работы разных агрегатов при пониженной частоте в зависимости от типа электростанций (ГЭС, АЭС), наличия и вида их регуляторов и автоматики, тепловой схемы электростанции и т. д. С точки зрения надежности работы энергосистемы в целом к АЧР должны предъявляться требования исходя из наиболее тяжелых условий работы электростанций (наименьших допустимых длительностей работы при пониженной частоте).
В настоящее время на основании требований заводов-изготовителей оборудования, опыта эксплуатации и анализа экспериментальных данных по работе электростанций и потребителей при снижении частоты к АЧР предъявляется требование обеспечения частотно-временной зоны, показанной на рис. 2.5. Не допускается даже кратковременное снижение частоты ниже 45 Гц, время работы с частотой ниже 47 Гц не должно превышать 20, а с частотой ниже 48,5 Гц— 60 с. По мере накопления экспериментальных данных по работе электростанций при глубоких снижениях частоты (в первую очередь АЭС) требования к АЧР в этой части могут уточняться.

1. Объем потребителей, отключенных АЧР в процессе авария, должен быть по возможности минимальным при условии обеспечения нормального функционирования энергосистемы. АЧР должна выполняться таким образом, чтобы она, как правило, вступала в работу только после того, как полностью или хотя бы частично реализуются вращающиеся резервы на тепловых и атомных электростанциях в результате действия АРЧВ. Поскольку этот резерв реализуется достаточно быстро, такое выполнение АЧР позволит сократить объем отключаемых потребителей. В предельном случае (при отсутствии вращающихся резервов или невозможности их мобилизации) объем отключаемых потребителей не должен, как правило, превосходить дефицит, а в большинстве случаев должен быть меньше его.

Рис. 2.5. Предельно допустимая частотно-временная зона при работе АЧР

Это требование распространяется на все многообразие возможных аварий, т. е. АЧР должна обладать свойством «приспособляемости» к аварии, «самонастройки» с точки зрения объема отключаемой нагрузки.

1. Действие АЧР, обеспечивающее ликвидацию аварии, должно удовлетворять требованию минимизации ущерба при отключении потребителей. Это требование может быть обеспечено, если последовательность отключения потребителей будет такова, что в первую очередь отключаются менее ответственные потребители, а более ответственные остаются в работе.
2. Автоматическая частотная разгрузка должна обеспечивать подъем частоты до значений, при которых энергосистема может длительно работать нормально. К АЧР не предъявляется требование восстановления частоты до номинальной или исходной. Эта задача, как правило, решается после работы АЧР оперативным персоналом энергосистемы или энергообъединения (путем ограничения ряда потребителей, кратковременной перегрузкой оборудования, пуском резервных агрегатов и т. д.). Поскольку эти операции требуют достаточно большого времени (от нескольких минут до нескольких десятков минут), уровень частоты после работы АЧР не должен приводить к нарушениям режима работы энергосистемы.

Для восстановления нормальной работы дефицитных энергоузлов (частей энергосистем), отделившихся от крупного энергообъединения, резервов мощности в них может оказаться недостаточно. Снижать частоту в энергообъединении для синхронизации с дефицитным энергоузлом нецелесообразно. В этих условиях вытекает требование к АЧР ряда дефицитных энергоузлов—восстанавливать частоту до уровней синхронизации.
В тех случаях, когда восстановление нормального режима в дефицитном энергоузле (энергосистеме) обеспечивается автоматически (например, путем АПВ с улавливанием синхронизма отключившейся связи — АПВУС, ресинхронизации по оставшейся в работе связи при нарушении устойчивости узла с дефицитом мощности), к АЧР предъявляется требование восстановления частоты до значений, необходимых для срабатывания АПВУС или ресинхронизации.

1. Автоматическая частотная разгрузка не должна по возможности ложно срабатывать при процессах, отличных от переходных процессов в энергосистеме при дефиците мощности, но также сопровождающихся изменениями частоты (при синхронных качаниях, а также в асинхронных режимах, если нет необходимости в работе АЧР для обеспечения ресинхронизации).