Глава пятая
ЧАСТОТНОЕ АПВ
- Задачи и основные принципы выполнения ЧАПВ
После срабатывания очередей АЧР1 и АЧР2 происходит восстановление частоты до уставок возврата АЧР2 или несколько выше. В ряде энергосистем и районов имеется возможность после работы АЧР ликвидировать возникший дефицит путем мобилизации резервной мощности ГЭС с помощью устройств частотного пуска генераторов или их перевода из режима СК в режим выдачи активной мощности. В этих условиях можно осуществить обратное включение потребителей, отключенных устройствами АЧР. Эти функции выполняют устройства автоматического включения нагрузки по частоте (ЧАПВ).
В процессе объединения энергосистем на параллельную работу число районов, получающих значительную часть мощности из ОЭС, существенно увеличивается, причем их питание часто осуществляется по одной-двум линиям электропередачи. Повреждения на этих линиях во многих случаях бывают неустойчивыми, что позволяет за короткое время ликвидировать дефицит мощности путем повторного включения линий с помощью несинхронного АПВ (НАПВ) или АПВ с улавливанием синхронизма (АПВУС) с последующим быстрым втягиванием районов в синхронизм. Возможны также случаи ресинхронизации дефицитного района после действия АЧР (если питающая линия не отключалась, а имеет место нарушение синхронизма района). В таких условиях также целесообразно использовать ЧАПВ вместе с комплексом других противоаварийных мероприятий для быстрого автоматического восстановления питания потребителей, отключенных устройствами АЧР.
На ЧАПВ также возлагаются функции восстановления питания потребителей после ложной или излишней работы отдельных устройств АЧР.
К устройствам ЧАПВ в первую очередь должны подключаться высокоответственные потребители (отключаемые последними очередями АЧР), потребители, вероятность отключения которых при возникновении дефицита мощности наиболее велика (отключаемые первыми очередями АЧР), и потребители, восстановление питания которых Вручную после отключения их устройствами АЧР требует значительного времени (на подстанциях без постоянного дежурного персонала и телеуправления, расположенных на большом расстоянии от пункта размещения оперативных выездных бригад, и т. п.)
В дефицитных районах и энергосистемах, питание которых может быть восстановлено путем включения межсистемной связи (или ресинхронизации по этой связи, если возникал асинхронный режим), целесообразно ориентироваться на постепенное увеличение числа устройств ЧАПВ вплоть до установки их на всех объектах, где есть АЧР. Это позволит при восстановлении параллельной работы района или энергосистемы с ОЭС полностью автоматически восстановить питание всех отключенных потребителей.
Доля нагрузки, подключаемой к ЧАПВ в изолированно работающих энергосистемах и в дефицитных энергосистемах или районах, которые могут на длительный период отделяться от остального энергообъединения, должна определяться исходя из конкретных местных условий (наличия резервной мощности, мобилизуемой на ГЭС, обслуживающего персонала на подстанциях и т. д.). Очередность подключения нагрузок к устройствам ЧАПВ обратна очередности подключения к АЧР, т. е. нагрузки, подключенные к последним очередям АЧР, должны подключаться к первым очередям ЧАПВ. Как и в АЧР, нагрузка, подключенная к ЧАПВ, может примерно равномерно распределяться по очередям.
Частота после действия АЧР, как правило, восстанавливается до значений, близких к частоте возврата АЧР2 (49—49,2 Гц) или более высоких (если осуществляется изменение уставки возврата реле частоты устройств АЧР2). Уставки по частоте устройств ЧАПВ должны быть несколько выше, чем значения, до которых восстанавливается частота после работы АЧР. Таким образом, подъем частоты до уставок ЧАПВ говорит о том, что кроме действия АЧР в результате тех или иных мероприятий ликвидируется дефицит мощности и возникают условия для обратного включения потребителей.
Диапазон уставок ЧАПВ по частоте в соответствии с [30,54]. принят равным 49,2—50 Гц.
При ориентации на ресинхронизацию и повторное включение отключившихся связей уставки ЧАПВ следует принимать большими, чем частота, при которой происходит ресинхронизация или допустимо АПВУС. При достаточно сильных связях дефицитного района с остальной энергосистемой, пропускная способность которых соизмерима с мощностью района, допустимая разность частот, обеспечивающая ресинхронизацию, составляет fдоп=0,5-1,5 Гц. При «слабых» связях, пропускная способность которых в несколько раз меньше мощности дефицитного района, эта величина составляет соответственно fдоg =0,05-0,2 Гц.
Устройства АПВУС позволяют осуществлять повторное включение линий при разности частот до 1,2—1,5 Гц. Таким образом, если считать, что дефицитный район работает параллельно с крупной энергосистемой или энергообъединением, частота в которых после отключения питающей линии не меняется, то при восстановлении питания районов по «сильным» связям допустимый диапазон уставок ЧАПВ по частоте может находиться в зависимости от конкретных условий в указанном интервале 49,2 —50 Гц, а при восстановлении питания по «слабым» связям уставки ЧАПВ по частоте должны быть близки к 50 Гц (49,8—50 Гц).
Последовательность срабатывания очередей ЧАПВ, как правило, обеспечивается с помощью различных уставок по времени при одной и той же уставке по частоте. Допустимо также и выполнение различных уставок по частоте очередей ЧАПВ, но при этом для обеспечения заданной последовательности включения потребителей очереди с более высокими уставками по частоте должны иметь и большие уставки по времени.
Начальная уставка по времени устройств ЧАПВ принимается в интервале 10 — 20 с, чтобы проконтролировать, что восстановление частоты длительное. Конечная уставка по времени ЧАПВ не лимитируется и может задаваться различной в зависимости от конкретных условий (исходя из возможности и длительности ликвидации дефицита мощности). Минимальный интервал по времени между смежными очередями ЧАПВ в пределах энергосистемы или отдельного района должен превышать время снижения частоты от установившегося значения после работы АЧР до уровня возврата ЧАПВ, чтобы исключить срабатывание последующей очереди ЧАПВ, если частота после включения нагрузки повторно стала снижаться. Эта величина, как правило, принимается не менее 5 с.
Процесс успешного действия ЧАПВ при ликвидации дефицита мощности иллюстрируется рис. 5.1. В момент восстановления частоты до уставки fЧАПВ устройств ЧАПВ (принята одинаковой для всех очередей) запускаются все очереди. Через время т1 срабатывает первая очередь, через τ2—вторая и т. д.
Установившееся отклонение частоты от исходной f0 после действия АЧР и ЧАПВ может быть рассчитано по формуле, Гц
(5.1)
Рис. 5.1. Переходный процесс изменения частоты при успешном ЧАПВ О—момент запуска очередей ЧАПВ, х — моменты срабатывания очередей ЧАПВ
Здесь РАЧР и РЧМШ—соответственно мощность нагрузки, отключенной очередями АЧР и включенной очередями ЧАПВ; значение дефицита Р должно быть взято с учетом мобилизации резервной генерируемой мощности.
При равномерном распределении объема нагрузки РЧАПВ по очередям ЧАПВ можно аналогично АЧР ввести понятие «плотности» ЧАПВ:
«Плотность» ЧАПВ характеризует темп повторного включения нагрузки. Чем меньше постоянная механической инерции района (энергосистемы) и чем быстрее мобилизуются резервы генерируемой мощности, тем больше может быть принята «плотность» ЧАПВ. При ликвидации дефицита за счет ввода резервной мощности агрегатов следует стремиться к тому, чтобы время обратного включения нагрузки после восстановления частоты было минимальным.
Несколько иные требования возникают при ликвидации дефицита за счет восстановления питания отделившегося (или выпавшего из синхронизма) района (энергосистемы). Если время T1 до момента срабатывания первой очереди ЧАПВ (рис. 5.1) таково, что обратное включение произошло раньше, чем дефицитный район синхронизировался с энергосистемой (в результате ручного несинхронного включения линии, НАПВ, АПВУС или ресинхронизации после нарушения устойчивости), то действие ЧАПВ приведет к повторному снижению частоты в этом районе, будет препятствовать ликвидации аварийной ситуации, а в ряде случаев может привести к ее развитию. Время τ1 зависит от условий ресинхронизации дефицитного района, типа автоматики (НАПВ, АПВУС) и может изменяться от нескольких секунд до нескольких десятков секунд.
Во избежание подобного явления ЧАПВ необходимо выполнить так, чтобы в результате его работы возможное снижение частоты не препятствовало осуществлению синхронизации. Другими словами, частота в результате действия ЧАПВ не должна снижаться ниже определенного значения, которое определяется конкретными условиями дефицитной энергосистемы (района). В частности, если передающая энергосистема в несколько раз превосходит по мощности приемную, то частота в ней после отделения или выпадения из синхронизма приемной системы остается практически неизменной (равной f0) и
(5.2)
Если передающая система соизмерима по мощности с приемной, то при подобных возмущениях частота в ней вырастет до значения fизб, и тогда
(5.3)
Таким образом, одна очередь ЧАПВ не должна приводить к понижению частоты более чем на
(5.4)
где f вост.— значение, до которого восстанавливается частота после действия АЧР.
Если подключить к ЧАПВ всю нагрузку, на которую действует АЧР, то тогда необходимо выполнить около 25—30 очередей ЧАПВ. Конечная выдержка времени устройств ЧАПВ при этом составит 1,5—2 мин.
Таким образом, как показывает пример, для выполнения указанного выше требования ЧАПВ должно выполняться большим числом малых по мощности очередей. Характер изменения частоты при таком принципе выполнения ЧАПВ иллюстрируется рис. 5.2. В момент t2 запускаются очереди ЧАПВ и начинается отсчет времени, первой очереди. Если за время t1 частота по каким-то причинам стала ниже fЧАПВ, все очереди отпадают. Если снижения частоты не произошло, то в момент t3 первая очередь сработает. Если к моменту t3 не произошла ресинхронизация, то в результате срабатывания очереди ЧАПВ частота упадет ниже fчапв и все последующие очереди ЧАПВ отпадут. Их срабатывание произойдет только после того, как осуществится ресинхронизация и частота восстановится. Такое протекание процесса имеет место, если срабатывание ЧАПВ не привело к тому, что частота снизилась ниже fконтр. В противном случае ресинхронизации вообще не произойдет и остальные очереди ЧАПВ не сработают.
Действие ЧАПВ, выполненного по такому принципу, наиболее эффективно, если может быть принято достаточно
низким (0,8ч-1,5 Гц), т. е. при ресинхронизации по «жестким» связям, пропускная способность которых соизмерима с мощностью приемного района. При этом для наиболее жестких связей удается конечные выдержки времени ЧАПВ ограничить 60—90 с, т. е. осуществить процесс восстановления питания потребителей достаточно быстро. При ориентации на ресинхронизацию по сравнительно «слабым» связям, когда допустимая разность частот, невелика (0,05—0,5 Гц), вероятность достижения частоты в результате действия первых очередей ЧАПВ возрастает, что исключает возможность ресинхронизации района. Этого можно избежать, существенно размельчая очереди ЧАПВ, однако в этом случае затягивается процесс восстановления питания потребителей.