АЧР энергосистем - Лавина частоты

Динамическая характеристика энергосистемы по частоте при возникновении небаланса активной мощности рассматривалась выше при условии, что мощность турбин остается постоянной (при отсутствии вращающихся резервов мощности) или изменяется под действием АРЧВ (при наличии вращающихся резервов). В действительности, если резерв мощности оказывается недостаточным, не реализуется или отсутствует вообще, возникновение дефицита активной мощности приводит к снижению частоты, в результате которого снижается производительность механизмов собственных нужд тепловых электростанций и, как следствие, механическая мощность турбин и электрическая мощность генераторов.
При определенном сочетании характеристик нагрузки и генерации даже в этом случае может наступить длительный установившийся режим энергосистемы при пониженной частоте. Однако при неблагоприятном сочетании этих характеристик из-за снижения мощности турбин дефицит нарастает, и процесс может приобрести лавинообразный характер, когда небольшое начальное отклонение частоты постепенно увеличивается и начиная с некоторого момента частота резко снижается, что приводит к полной остановке электростанций и отключению всех потребителей. Проиллюстрируем качественно картину этого явления, рассматривая различные набросы нагрузки на агрегаты энергосистемы, имеющие некоторый резерв мощности.

Рис. 1.33 Иллюстрация процесса лавины частоты:
а—статические характеристики, 1—2—характеристика генератора (турбины) при действии автоматического регулятора частоты вращения, 2—3— характеристика генератора (турбины) при полиом открытии регулирующих органов; 2—3'—то же, но со снижением мощности турбины из-за уменьшения производительности механизмов собственных нужд электростанции при снижении частоты, мощность нагрузки и генератора в исходном режиме, Р1, Р2, Р3, Р4, Р5 — характеристики нагрузки при различных набросах, А, В, С—точки устойчивого режима, D—точка неустойчивого режима, 0—точка критического режима; 6—развитие процесса лавины частоты
Ограничимся при этом статическими характеристиками нагрузки и генерации (рис. 1.33, а). В исходном режиме, которому соответствует характеристика нагрузки Рн1, установившееся значение частоты определяется точкой пересечения этой характеристики с характеристикой генерации 1—2 (точка А). При набросах нагрузки (характеристики Рн2 и Рн3) новому установившемуся состоянию соответствуют устойчивые точки В и С (установившиеся значения частоты f" и в которых балансируются мощности нагрузки и генерации. При больших набросах нагрузки (характеристика Рн5) и соответственно больших отклонениях частоты характеристика генерации 2—3', деформированная из-за снижения производительности или расстройства работы механизмов собственных нужд, уже не имеет точки пересечения с характеристикой нагрузки, т. е. установившийся режим не существует. Предельный критический режим, при котором еще возможно существование баланса нагрузки и генерации энергосистемы, соответствует точке 0 и частоте fкр (характеристика нагрузки Р*а)· Таким образом, если наброс нагрузки превышает величину, определяемую характеристикой РнА, начиная с некоторого момента времени дальнейший процесс снижения частоты будет развиваться лавинообразно (рис. 1.33, б).
Аналогичное явление может происходить и в том случае, если суммарная генерация мощности в энергосистеме снижается за счет не только уменьшения производительности механизмов собственных нужд электростанции, но и отключения части блоков ТЭС и АЭС из-за срабатывания технологических защит (например, защиты от понижения уровня воды в барабане котла), действия режимной системной автоматики, разделения энергосистем на части, приводящего к увеличению дефицита, и т. д. Таким образом, вопрос о том, разовьется ли лавина частоты и каков отрезок времени до развития этого процесса, определяется большим числом различных факторов, природа которых носит в значительной степени случайный характер. Положение усугубляется также тем, что снижение частоты, как указывалось выше, может также приводить к развитию лавины напряжения, массовому хаотическому отключению потребителей. Это часто приводит к развитию аварийной ситуации и способствует в свою очередь развитию лавины частоты. Взаимосвязь лавины частоты и лавины напряжения и возможность перерастания одной лавины в другую еще раз свидетельствует о вероятностном характере развития аварийной ситуации и необходимости выбора таких принципов аварийной разгрузки, которые в этих условиях позволили бы обеспечить восстановление нормальной работы энергосистем.
Это особенно важно, так как лавина частоты является наиболее опасной и серьезной аварией, приводящей к полному нарушению работы всей энергосистемы или района, в котором возник дефицит. Лавина частоты сопровождается большим народнохозяйственным ущербом, поскольку восстановление питания потребителей после такой аварии требует, как правило, большого времени (особенно в энергосистемах с тепловыми электростанциями).