Глава седьмая
ДЕЙСТВИЕ АЧР И ЧАПВ В АСИНХРОННЫХ РЕЖИМАХ И ПРИ СИНХРОННЫХ КАЧАНИЯХ
Постановка задачи
Нарушение синхронной работы приемной энергосистемы сопровождается как снижением частоты в ней, так и периодическими колебаниями напряжения в промежуточных точках электропередачи, связывающей приемную и передающую энергосистемы.
Анализ случаев нарушений нормальной работы энергосистем [2, 42] показывает, что значительная их доля приходится на дефицитные энергосистемы, при этом существенная часть нарушений связана с выпадением из синхронизма генераторов дефицитной энергосистемы по отношению к передающему энергообъединению (см. табл. 2.1). Наиболее частой причиной нарушения устойчивости дефицитной энергосистемы является отключение одной из параллельных линий связи с энергообъединением, в результате чего мощность не может быть передана в приемную энергосистему по оставшимся линиям в послеаварийном режиме по условиям статической устойчивости. Еще одной распространенной причиной нарушения синхронизма является внезапное возникновение дефицита активной мощности в приемной энергосистеме из-за отключения генератора, котла, турбины на электрической станции. Наблюдались также случаи нарушения статической устойчивости из-за медленного нарастания перетока до предела передаваемой мощности по связи с энергообъединением, возникновения дефицита реактивной мощности в приемной энергосистеме (потеря возбуждения генератора, отключения СК и т. д), случаи нарушения синхронной динамической устойчивости из-за тяжелых КЗ, отказа основных защит, неисправности оборудования (отказ выключателя с последующим действием УРОВ) и т. д.
Если кратковременный асинхронный режим дефицитной энергосистемы допустим, то быстрое восстановление ее нормальной работы может быть осуществлено путем ресинхронизации. При этом наиболее эффективным и быстрым мероприятием для осуществления ресинхронизации является АЧР. Действие АЧР является также весьма эффективным при применении несинхронных включений (как автоматических — НАПВ, так и ручных) отключившихся связей между дефицитной энергосистемой и энергообъединением.
Отключение части нагрузки с помощью АЧР после нарушения устойчивости или в процессе несинхронного АПВ позволяет поднять частоту, обеспечить ресинхронизацию дефицитной энергосистемы и тем самым восстановить ее нормальный режим за время от нескольких секунд до 20 — 30 с, в то время как при ее отделении и последующем действии АЧР синхронизация энергосистемы с энергообъединением занимает, как правило, 10 — 15 мин, а в ряде случаев и большее время. Кроме того, для обеспечения ресинхронизации необходимо отключить меньший объем потребителей, чем для синхронизации после отделения дефицитной энергосистемы, т. е. это мероприятие позволяет существенно сократить народнохозяйственный ущерб.
Безусловно, ориентация на ресинхронизацию возможна только в условиях, когда кратковременный асинхронный режим допустим. Анализ нарушений устойчивости, сопровождавшихся работой АЧР (см. табл 2.1), показывает, что в подавляющем большинстве случаев имел место асинхронный режим в сети 110 — 220 кВ, т. е. именно в тех условиях, при которых наиболее часто применяются кратковременные асинхронные режимы для быстрого восстановления нормальной работы энергосистемы. В среднем за год наблюдается примерно несколько десятков случаев нарушения синхронизма с работой АЧР. Даже если ориентация на ресинхронизацию с помощью АЧР целесообразна в 30 — 50% аварийных ситуаций, это может дать большой экономический эффект.
При применении АЧР как средства ресинхронизации возникает необходимость в методике расчета разгрузки по условиям результирующей устойчивости, т. е. в методике выбора уставок, места установки устройств, объемов разгрузки. Если же ресинхронизация обеспечивается и без применения АЧР, необходимо уметь выбрать параметры разгрузки так, чтобы она излишне не работала в асинхронном режиме.
Колебания частоты наблюдаются не только в асинхронном режиме, но и при синхронных качаниях при сохранении синхронизма между генераторами. Необходимо предотвратить возможность излишнего срабатывания устройств АЧР при синхронных качаниях.
7.5. Анализ действия устройств, выполненных на полупроводниковом реле частоты РЧ-1
В связи с тем что частота срабатывания реле РЧ-1 практически не зависит от значения контролируемого напряжения сети, при анализе работы этого реле в асинхронных режимах и при синхронных качаниях можно не учитывать изменения напряжения в точке подключения устройства, а оценивать работу реле только при периодическом изменении частоты. Аналитическое решение этой задачи представляет большие трудности, поэтому приходится ориентироваться на результаты экспериментальной оценки действия устройств.
Асинхронные режимы. По принципу действия реле РЧ-1 его срабатывание определяется только условием понижения частоты сети ниже его уставки, так как амплитуда импульса на исполнительном органе — поляризованном реле РП (см. рис. 6.7) не зависит от того, насколько частота сети ниже, она постоянна. При этом время срабатывания реле 0,15 — 0,5 с определяется постоянными времени заряда емкостей 6С — 8С, которые на порядок и более выше постоянных времени остальных элементов реле. Время возврата реле практически не зависит от значения этих емкостей и составляет 0,125 с, причем постоянная времени разряда емкостей 6С — 8 С. Проведенные на специализированной вычислительной машине «Дельта» эксперименты показали, что с достаточной для практических целей точностью анализ действия устройства может быть проведен при допущении безынерционности фильтра и фазосдвигающей цепочки реле частоты графически по зависимостям изменения мгновенного значения частоты во времени с учетом полного времени срабатывания и. возврата реле. Как показали исследования, такое допущение, будучи
приемлемым во всех случаях, менее точно при минимальном времени срабатывания реле 0,15 с и одновременно большой разности частот >5 Гц (в остальных случаях при 0,3 и 0,5 с).
На рис. 7.12 построены те же зависимости мгновенного значения частоты во времени, что и на рис. 7.12, в, но по оси абсцисс отложены доли одного периода Τаρ асинхронного режима, с:
Рис. 7.12. К анализу действия АЧР и ЧАПВ на реле РЧ-1 при асинхронном
режиме
(7.37)
Кривые на рис. 7.12 позволяют графически оценить работу реле частоты и всего устройства АЧР или ЧАПВ при асинхронном режиме в двухмашинной схеме.
Если реле замкнуло свои контакты, но время возврата реле ta больше времени t2, в течение которого мгновенное значение частоты становится выше, то реле не успеет разомкнуть свои контакты и будет держать их постоянно замкнутыми; если же tB<t2, то реле частоты будет периодически замыкать и размыкать свои контакты. При 0,5 реле сработает, если tр<t1, и будет держать свои контакты постоянно замкнутыми, если tB>2t2 и tB<t2 реле будет периодически замыкать и размыкать свои контакты. Естественно, что если в течение всего периода fA , то реле держит свои контакты постоянно разомкнутыми.
Если реле частоты в соответствии с приведенными выше условиями держит свои контакты постоянно замкнутыми, то все устройство АЧР сработает при любой выдержке времени, а устройство ЧАПВ срабатывать не будет; если же контакты реле частоты постоянно разомкнуты, срабатывания АЧР не происходит, а устройство ЧАПВ (на ранее уже сработавших очередях АЧР) будет работать; при периодических замыканиях и размыканиях контактов реле частоты срабатывание АЧР произойдет только в том случае, если 2t1>tр+tрв (при t<0,5) или (при L >0,5). Практически можно считать, что срабатывание ЧАПВ происходит только при постоянно замкнутых контактах реле частоты.
Реле частоты и устройства АЧР, установленные вблизи электрического центра качаний, в принципе могут срабатывать, если их уставка по частоте выше частоты в этой точке. Однако при снижении напряжения до 10 — 15 В возможно вступление в действие устройства блокировки о г его ложной работы при исчезновении напряжения, предотвращающего его срабатывание.
На рис. 7.13 построены экспериментальные области срабатывания устройств АЧР и ЧАПВ на базе реле РЧ-1, полученные при исследовании устройств на специализированной вычислительной машине «Дельта». Графические расчеты, выполненные по приведенной выше методике, дали удовлетворительное совпадение с результатами экспериментов. Полученные области как качественно, так и количественно близки к аналогичным областям для устройств на базе реле ИВЧ. В то же время в отличие от них при малых выдержках времени возможно срабатывание устройства АЧР. Это хорошо объясняется и кривыми рис. 7.12. Устройства ЧАПВ срабатывают только в тех зонах, где реле частоты держит, свои контакты постоянно замкнутыми (рис. 7.13).
Рис. 713. Области срабатывания АЧР при асинхронном режиме (полупроводниковое реле частоты РЧ-1)
В отличие от областей для устройств АЧР на базе реле ИВЧ в силу практической независимости уставки срабатывания реле
РЧ-1 от напряжения области на рис. 7.13 неизменны при любых U=U1 + U2>15 В. Как и для устройств на базе реле ИВЧ, можно практически не считаться с переменной составляющей скольжения генераторов и проводить графический анализ работы устройств на базе РЧ-1 по зависимостям на рис. 7.12, построенным только с учетом среднего скольжения генераторов.
Анализ действия устройств на базе реле РЧ-1 в многомашинных асинхронных режимах принципиально может быть также выполнен графически, однако для этого предварительно необходимо рассчитать и построить зависимость в точке подключения устройства.
Синхронные качания. Как и для асинхронных режимов, анализ работы устройств может быть выполнен графически по зависимостям, аналогичным изображенным на рис. 7.6 и 7.7 и построенным для конкретного значения Р12. Как и в асинхронном режиме, при данном местоположении устройства (значении и1) реле частоты будет срабатывать, если время t1, в течение которого мгновенное значение частоты будет ниже уставки, превосходит. Устройства АЧР2 и ЧАПВ, имеющие выдержки времени более 5 — 10 с, при любых периодах синхронных качаний срабатывать никогда не будут.
Эксперименты по анализу действия реальных устройств при синхронных качаниях дали результаты, близкие к тому, что были получены для устройств на базе реле ИВЧ, и приведены выше. Как и для устройств на базе реле ИВЧ, для отстройки от излишнего срабатывания устройств АЧР1 на базе реле РЧ-1 при синхронных качаниях достаточно выдержки времени не более 0,2 — 0,25 с.