Описанная выше разгрузка, осуществляемая с помощью двух категорий — АЧР1 и АЧР2, каждая из которых состоит из большого числа очередей, позволяет решить основную задачу, стоящую перед ней,—ликвидировать все многообразие возможных аварийных ситуаций с дефицитом активной мощности. Однако она не свободна от некоторых недостатков, которые заключаются в следующем.
При таком выполнении разгрузки возможно нарушение необходимой последовательности отключения потребителей в соответствии с их ответственностью. При малых и средних значениях дефицитов, когда примерно обеспечивается пропорциональность в срабатывании очередей АЧР1 и АЧР2, отключается ряд наименее ответственных потребителей (первые очереди АЧР1 и АЧР2) и ряд более ответственных потребителей (последующие очереди АЧР1 и АЧР2) Однако среди возможных аварийных ситуаций есть такие, которые сопровождаются возникновением или больших дефицитов, или же медленно нарастающих или повторно возникающих небольших дефицитов. Как было показано ранее, из-за наличия естественного запаздывания в отключении потребителей быстродействующими очередями АЧР1 и запасов в объеме АЧР1 при больших дефицитах мощности как предотвращение снижения частоты, так и ее восстановление почти полностью происходят за счет очередей АЧР1, и очереди АЧР2 практически не работают. С другой стороны, при медленно нарастающих и повторно возникающих небольших дефицитах мощности предотвращение глубокого снижения и восстановление частоты происходят почти целиком за счет очередей АЧР2, причем срабатывают все или почти все очереди этой категории разгрузки, а у АЧР1 срабатывает только несколько первых очередей. Таким образом, в обоих крайних случаях происходит нарушение пропорциональности в срабатывании очередей обеих категорий разгрузки, причем в первом случае сработает большая часть очередей АЧР1 и незначительная часть очередей АЧР2, а во втором случае — наоборот. Следствием такого характера работы разгрузки является то, что в первом случае оказываются отключенными ответственные потребители, присоединенные к последним очередям АЧР1, и останутся в работе менее ответственные потребители, присоединенные к начальным и средним по времени очередям АЧРИ, во втором случае имеет место аналогичная картина с той лишь разницей, что отключаются ответственные потребители очередями АЧР2 и останутся в работе менее ответственные потребители, присоединенные к очередям АЧР1.
Как указывалось выше, для успешной ликвидации многообразия возможных аварий возникает необходимость в создании запасов в объеме разгрузки, причем этот запас в соответствии с (2.7) и (2.8) закладывается в обе категории разгрузки. Таким образом, требуемый суммарный объем АЧР, как видно из (2.9), существенно превышает значение возникшего дефицита. В ряде энергосистем и районов, где аварийные ситуации могут сопровождаться большими дефицитами мощности, к АЧР приходится подключать до 70—90% нагрузки. Часто решение этой задачи связано с большими трудностями как из-за высокой ответственности ряда потребителей, так и из-за нехватки аппаратуры. В таких условиях встает задача снижения запасов объема разгрузки при сохранении ее гибкости и эффективности.
Указанные выше задачи решаются полностью или частично (в зависимости от характера аварии) при переходе от раздельного действия очередей АЧР1 и АЧР2 на отключение различной нагрузки к совмещению действия этих очередей на отключение одной и той же нагрузки.
Смысл этого мероприятия состоит в том, что на отключение одной и той же нагрузки заводится импульс как от быстродействующей очереди (АЧР1), так и от очереди с выдержкой времени (АЧР2), т. е. на одну и ту же нагрузку действуют два пусковых органа.
Рассмотрим различные варианты совмещения разгрузки, при этом для простоты будем считать, что очередь АЧР1 действует мгновенно. Для большей наглядности также примем, что конечная уставка по частоте выше начальной уставки АЧР. В первом варианте (рис. 2.15) очереди АЧР1 с более низкими уставками по частоте совмещены на одних и тех же нагрузках с очередями АЧР2 с меньшими уставками по времени.
Рис. 2.15. Вариант совмещения действия очередей АЧР1 и АЧР2 на отключение
нагрузки.
1—9'—очереди АЧР1: 1'—9'— очереди АЧР2, А — И—нагрузки, х—срабатывание очередей; 1—изменение частоты при медленно нарастающем дефиците мощности, 2—изменение частоты при небольшом или среднем по значению дефиците мощности
Рис. 2.16. Вариант совмещения действия очередей АЧР1 и АЧР2 на отключение
нагрузки:
1—9' — очереди АЧР1: I"—9" — очереди АЧР2; А—Я—нагрузки; х—срабатывание очередей; 1—изменение частоты при медленно нарастающем дефиците мощности; Я—изменение частоты при небольшом или среднем дефиците мощности; III—изменение частоты при дефиците, близком к максимальному расчётному
Подключим наиболее ответственных потребителей (нагрузки А, Б, В, Г) к последним очередям АЧР1 (и соответственно они оказываются подключенными к первым очередям АЧР2), а наименее ответственных (нагрузки И, 3, Ж, Е) — к первым очередям АЧР1 (и соответственно к последним очередям АЧР2). При возникновении большого или среднего по значению дефицита ликвидация аварии будет происходить следующим образом (кривая II). При достижении частотой уставок АЧРИ все очереди этой категории разгрузки запустятся, при этом по мере снижения частоты сработает ряд первых очередей АЧР1 (1, 2', 3'), которые отключат нагрузки И, 3, Ж, и ряд первых очередей АЧРИ (1, 2", 3", 4"), которые отключат нагрузки А, Б, В, Г. Таким образом, в результате окажутся отключенными более ответственные потребители А, Б, В, Г, в то время как менее ответственные нагрузки Д и Е, подключенные к несработавшим очередям 4'—6", 5'-5", останутся в работе. Аналогичная ситуация создастся и при аварии с медленно нарастающим дефицитом мощности ( кривая Г), когда сработают только очереди АЧРИ 1", 2", 3" и отключат наиболее ответственных потребителей А, Б, В. Если при данном варианте совмещения очередей АЧР (индексация нагрузок в скобках) наиболее ответственных потребителей (нагрузки А, Б, В, Г) подключить к последним очередям АЧРИ (и соответственно к первым очередям АЧР1), а менее ответственных (нагрузки И, 3, Ж, Е) к первым очередям АЧРИ (и соответственно к последним очередям АЧР1), то в аварийной ситуации с небольшим или средним дефицитом (кривая II) окажутся отключенными ответственные потребители (нагрузки А, Б, В, присоединенные к первым очередям АЧР1), и останутся в работе менее ответственные потребители (нагрузки Г, Д), присоединенные к несработавшим очередям 4'—6, 5'—5". Таким образом, при данном варианте совмещения не соблюдается последовательность отключения потребителей по мере роста их ответственности, и он является неприемлемым.
В другом варианте (рис. 2.16) очереди АЧР1 по мере снижения их уставок по частоте совмещаются на одних и тех же нагрузках с очередями АЧР2, имеющими все большие уставки по времени (Г с I”, 2' с 2" и т. д.). Подключим наиболее ответственных потребителей (нагрузки А, Б, В, Г) к последним очередям АЧР1 (и соответственно они оказываются подключенными к последним очередям АЧРН), а менее ответственных (нагрузки И, З, Ж)— к первым очередям АЧР1 (и соответственно они оказываются подключенными к первым очередям АЧРН). В этом случае при небольшом или среднем дефиците мощности (кривая II) запустятся все очереди АЧРН, затем по мере снижения частоты последовательно сработают очереди АЧР1 I', 2', 3' и отключат нагрузки И, 3, Ж, Е. Через время tB с момента возникновения дефицита сработает очередь АЧР, а затем через соответствующие интервалы времени—очереди 2", 3", 4" этой категории разгрузки. Однако поскольку нагрузки, подключенные к этим очередям АЧРН, уже отключены соответствующими очередями АЧР1, это не приведет к восстановлению частоты. Частота начнет восстанавливаться после того, как сработает сначала очередь АЧРИ 5", а за ней очереди 6", 7", 8". При медленно нарастающих дефицитах мощности (кривая I) срабатывают одна за другой очереди АЧРИ 1, 2", 3", 4", 5" и отключают нагрузки И, З, Ж, Е, а очереди АЧР1 не работают совсем,
И в том, и в другом случае, т. е. независимо от характера протекания аварии, соблюдается строгая последовательность отключения потребителей по мере роста их ответственности— сначала отключаются менее ответственные нагрузки, а более ответственные остаются в работе. Таким образом, данный вариант совмещения позволяет решить основную задачу обеспечения строгой последовательности отключения потребителей.
Как видно из рис. 2.16 (кривые I и II), при малых и средних, а также при медленно нарастающих дефицитах мощности этот вариант совмещения позволяет также обеспечить необходимую частотно-временную зону.
Рис. 2.17. Оптимальный вариант совмещения действия очередей АЧР1 и АЧРН
на отключение нагрузки:
1—7—очереди АЧР1, 1“—10"—очереди АЧР2; А — К— нагрузки, х—срабатывание очередей, I изменение частоты при медленно нарастающем дефиците мощности; 2—изменение частоты ври небольшом или среднем дефиците мощности, III—изменение частоты при дефиците, близком к максимальному расчетному
Вместе с тем при авариях, сопровождающихся возникновением дефицитов, близких к максимальному расчетному (кривая III, рис. 2.16), когда срабатывает большая часть очередей АЧР1 (1'—7'), из-за того что нагрузки, присоединенные к первым и последующим очередям АЧР2 (нагрузки И, З, Ж, Е, Д, Г, В), уже оказываются отключенными быстродействующими очередями, восстановление частоты происходит за счет последних очередей АЧР2 (8", 9"), действующих с большими (конечными) выдержками времени, в результате этого частота на низком уровне находится длительное время, и процесс подъема частоты затягивается. Переходный процесс может в этом случае не удовлетворять требованию обеспечения допустимой частотно-временной зоны.
Чтобы исключить такое протекание переходного процесса и обеспечить подъем частоты за приемлемое время, наряду с совмещенными очередями часть первых (с более высокими уставками по частоте и начальными уставками по времени) очередей АЧР2 (например, 1', 2", 3") следует оставлять несовмещенными (рис. 2.17). К ним подключаются менее ответственные нагрузки (К, И, З). В остальном порядок совмещения и распределения потребителей по очередям остается прежним. В таком варианте выполнения совмещения при большом, близком к расчетному дефиците мощности (рис. 2.18, кривая III) ликвидация аварии будет происходить следующим образом. По мере снижения частоты последовательно сработают очереди АЧР 1, 2‘, 3', 4', 5' и отключат нагрузки Ж, Е, Д, Г, В. Но после их работы частота не останется длительное время на низком уровне, а будет восстановлена первыми несовмещенными очередями АЧР2 1", 2", 3" и совмещенными очередями 9", 10". (Очереди АЧР2 5", 6", 7", 8" тоже сработают, но, поскольку подключенные к ним нагрузки уже отключены очередями АЧР1, это не будет способствовать подъему частоты.) Аналогично быстрый подъем частоты за счет действия несовмещенных очередей АЧР2 1", 2", 3" будет происходить и при небольшом или среднем (значении) дефиците мощности (кривая II). При медленно нарастающем дефиците мощности, как и в предыдущем варианте совмещения, последовательно одна за другой будут работать очереди АЧР2 1", 2", 3", 4", 5", 6" (кривая1).
Таким образом, рассмотренный вариант совмещения позволяет по-прежнему обеспечить гибкость разгрузки—одни и те же нагрузки в зависимости от характера переходного процесса отключаются различными категориями разгрузки: при авариях со значительными дефицитами они отключаются в основном очередями АЧР1, при медленно нарастающих и повторно возникающих небольших дефицитах — в основном АЧР2, при наиболее вероятных немаксимальных дефицитах — как очередями АЧР1, так и очередями АЧР2.
В то же время этот вариант совмещения дает возможность за счет несовмещенных очередей быстро восстановить частоту после работы АЧР1. Он позволяет также в подавляющем большинстве случаев обеспечивать последовательность отключения потребителей по мере роста их ответственности, хотя следует указать, что необходимость не совмещать первые очереди АЧР2 для обеспечения быстрого подъема частоты может в некоторых случаях приводить к нарушению строгой последовательности отключения потребителей.
Такое положение может складываться при авариях с большими дефицитами мощности, когда работают в основном очереди АЧР1 и из-за естественного запаздывания в отключении потребителей быстродействующими очередями и наличия запасов в объеме разгрузки как предотвращение глубокого снижения частоты, так и ее подъем обеспечиваются за счет действия этих очередей, а первые (несовмещенные) очереди АЧР2 или не работают вообще, или срабатывают частично. Таким образом, остаются в работе менее ответственные потребители, подключенные к этим несовмещенным очередям, в то время как более ответственные потребители, присоединенные к последним очередям АЧР1 (и соответственно к последним очередям АЧР2), оказываются отключенными. Учитывая, что в большинстве случаев максимальный расчетный дефицит в энергосистемах не превосходит 30—40%, когда этот эффект проявляется, а также то, что даже при максимальных расчетных дефицитах, превышающих это значение, наиболее частые реальные дефициты чаще всего не достигают предельных значений, можно считать, что такие варианты протекания переходного процесса достаточно редки.
Выполнение совмещения действия АЧР1 и АЧР2 не исключает необходимости создания запасов в объеме разгрузки. Однако если при раздельном выполнении АЧР1 и АЧР2 запасы в объеме необходимо закладывать в каждую категорию разгрузки в отдельности, то, поскольку при совмещении АЧР1 и АЧР2 ликвидация аварий с различным характером переходного процесса обеспечивается за счет одного и того же объема разгрузки, суммарный запас может быть снижен. Это особенно важно для тех энергосистем, где обеспечение требуемых запасов при раздельном выполнении АЧР1 и АЧР2 связано с большими трудностями.
При выполнении совмещенной разгрузки требования к объему АЧР1 остаются такими же, как и в случае раздельного действия АЧР1 и АЧР2, и объем рассчитывается по выражению (2.7). Учитывая, что эти же нагрузки будут подключены и к совмещенным очередям АЧР2, под несовмещенные первые очереди АЧР2 достаточно подключить такой объем нагрузки, который оказался бы достаточным для подъема частоты от значений fmin до значений примерно 49 Гц, при которых энергосистема может длительно функционировать нормально. Для этого, как это следует из кривых рис. 2.8, практически достаточно выполнение условия, т. е. к несовмещенным очередям АЧР2 должно быть подключено не менее 10% нагрузки района, энергосистемы, энергообъединения.
На основании (2.7) и (2.15) суммарный объем разгрузки с учетом необходимых запасов при совмещении действия очередей АЧР1 и АЧР2 должен быть не менее [30, 54]
(2.16)
Таблица 2.3. Соотношение объемов нагрузки
В табл. 2.3 приводится рассчитанное но (2.9) и (2.15) примерное соотношение минимально необходимых объемов нагрузки, подключаемых к АЧР1 и АЧР2, при различных максимальных расчетных дефицитах мощности (в относительных единицах, где за базисную принята мощность нагрузки района, энергосистемы, энергообъединения в исходном режиме).
Как видно из табл. 2.3, выполнение совмещенной разгрузки позволяет при больших расчетных дефицитах мощности сократить суммарный объем нагрузки, подключенной к АЧР.
Переход к совмещенной разгрузке требует дополнительной аппаратуры (прежде всего реле частоты), поскольку на нагрузку, подключенную ранее к очереди одной категории разгрузки, необходимо заводить второй пуск от очереди другой категории разгрузки.
Как указывалось выше, выполняются несколько очередей АЧР2, отличающихся уставками по частоте и времени (очереди с более высокими уставками по частоте имеют меньшие выдержки времени). При этом несовмещенные очереди АЧР2 имеют наиболее высокие уставки по частоте и начальные уставки по времени. Вся нагрузка, подключенная к очередям АЧР2 (включая несовмещенные и совмещенные очереди), разделяется между ними на три-четыре части в соответствии с числом очередей АЧР2, отличающихся уставками по частоте. Распределение нагрузки по отдельным очередям АЧР2 определяется конкретными условиями и режимами работы энергосистемы или энергообъединения. Допустимо примерно равномерное распределение нагрузки по очередям АЧР2 с различными уставками по частоте при условии обязательного выполнения требования (2.15). Также примерно равномерно может распределяться нагрузка по отдельным очередям АЧР2, имеющим одну и ту же уставку по частоте и различные уставки по времени.
В настоящее время практически во всех энергосистемах страны осуществлен переход на совмещение действия АЧР1 и АЧР2, что, как указывалось выше, в большинстве случаев обеспечивает минимизацию ущерба при отключении нагрузки и позволяет сократить суммарный объем АЧР.