Петров Н.В. Устройства автоматики электрических станций и подстанций

Подождите немного. Документ загружается.

- 21 -

контакт КА.1 и через замкнувшийся контакт KV.1 создается цепь на срабатывание реле

времени КТ, которое отключает рабочий источник питания. Замыкание только одного

контакта KV.1, когда контакт минимального реле тока КА.1 остается разомкнутым, не

приводит к отключению рабочего источника.

При отключении источника, к шинам которого подключен трансформатор T1, пуско-

вой орган минимального напряжения может приходить в действие не сразу, так как в те-

чение некоторого времени (0,2-1,5 с) синхронные и асинхронные электродвигатели мо-

гут поддерживать на шинах остаточное напряжение, превышающее напряжение сраба-

тывания минимального реле напряжения. Это обстоятельство задерживает действие

АВР.

Для ускорения в этих условиях действия устройства АВР пусковой орган целесооб-

разно дополнять реле понижения частоты, которое выявляет прекращение питания

раньше, чем минимальное реле напряжения. Это происходит потому, что после отклю-

чения источника питания электродвигатели резко снижают частоту вращения, благодаря

чему частота остаточного напряжения также быстро снижается. При уставке срабатыва-

ния реле понижения частоты 48 Гц оно сработает при снижении частоты вращения элек-

тродвигателей и синхронных компенсаторов всего на 4%, что происходит уже через

0,1—0,2 с после отключения рабочего источника питания. Схема пускового органа с ре-

ле понижения частоты KF приведена на рисунке 8д. В случае отключения источника пи-

тания (исчезло напряжение на шинах высшего напряжения, питающих T1) исчезнет ток

в рабочем трансформаторе и понизится частота остаточного напряжения на шинах А.

При этом сработают и замкнут свои контакты минимальное реле тока КА, включенного

в цепь трансформатора тока рабочего источника питания, и реле частоты KF, подклю-

ченного ко вторичной обмотке TV1, что приведет к созданию цепи на отключение вы-

ключателя рабочего трансформатора. Реле частоты KF может сработать и при общесис-

темном снижении частоты, но цепь на отключение рабочего источника при этом не об-

разуется, так как по рабочему трансформатору будет проходить ток нагрузки, под дей-

ствием которого контакт КА.1 останется разомкнутым. С помощью реле напряжения

KV1 и реле времени КТ, подключенных ко вторичной обмотке TV1, и реле напряжения

KV2, подключенного ко вторичной обмотке TV2, в рассматриваемой схеме выполняется

пусковой орган минимального напряжения. При наличии устройства АПВ трансформа-

тора рабочего источника питания выдержку времени АВР выбирают несколько боль-

шей, чтобы АВР действовало только в случае неуспешного АПВ.

3.4 АВР ТРАНСФОРМАТОРОВ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

На рисунке 9 приведена схема АВР трансформаторов собственных нужд блочных

тепловых электростанций. Показанный в этой схеме рабочий трансформатор T1 имеет

расщепленные обмотки и подключен отпайкой к генератору G1. Два резервных транс-

форматора T2 и ТЗ присоединены к магистралям резервного питания 6 кВ А и В. Вы-

ключатели высшего напряжения резервных трансформаторов Q1 и Q2 нормально от-

ключены, а выключатели стороны низшего напряжения Q3A и Q3B, Q4A и Q4B включе-

ны. В рассматриваемой схеме имеется возможность замены рабочего трансформатора

собственных нужд любого блока любым из двух резервных T2 и ТЗ. В зависимости от

того, какой из резервных трансформаторов используется, включаются выключатели

Q5A, Q5B или Q6A, Q6B (секционные выключатели устанавливаются через два блока).

В схеме на рисунке 9, показано АВР выключателей, обеспечивающих восстановле-

ние питания секции собственных нужд 1A, питающейся нормально от рабочего транс-

форматора Т1 через выключатель Q8. В случае аварийного отключения T1 будут вклю-

- 22 -

чены выключатель Q7A, а также выключатель Q1 или Q2 резервных трансформаторов

Т2 или ТЗ.

Команды на включение выключателей подаются реле KL1, которое срабатывает при

замыкании вспомогательного контакта SQ8.2 отключившегося выключателя Q8 через

размыкающийся контакт KQC8.1, обеспечивающий однократность действия АВР (кон-

такты KQQ8.1 реле фиксации положения ключа управления выключателем Q8 замкну-

ты). Плюс на включение выключателя Q7A подается непосредственно контактом KL1.1

через указательное реле КН1, а на включение выключателей Q1 и Q2 - через контакты

KL1.2 и KL1.3 соответственно.

Для выбора направления действия схемы АВР на рисунке 9 предусмотрены специ-

альные промежуточные реле (KL5 и KL6), контролирующие, от какого резервного

трансформатора питаются вводы резервного питания к секции собственных нужд соот-

ветствующего блока (в рассматриваемом случае блока G1).

В схеме АВР выключателя Q7A, показанной на рисунке 9, при использовании для ре-

зервирования T2 замкнуты контакты KV2.1 реле напряжения KV2, контролирующего на-

личие напряжения на питающей стороне трансформатора T2, и контакты реле положе-

ния «Включено» KQC3A выключателя Q3A. Реле KL3, KL5 находятся под напряжением

и контакты их в схеме АВР замкнуты. При использовании же для резервирования ТЗ под

напряжением будут находиться реле KL4 и KL6, при замкнутых KV3.1 и KQC4A соот-

ветственно.

Действие АВР запрещается в случае отключения выключателя Q8 вручную (при этом

размыкаются контакты реле фиксации положения выключателя KQQ8.1) и в случае по-

вреждения на шинах или присоединениях низшего напряжения, когда могут подейство-

вать резервные защиты питающего трансформатора (при этом через замкнувшийся кон-

такт выходного промежуточного реле резервных защит трансформатора KL сработает

реле блокировки KL2, которое контактом KL2.1 разомкнет цепь обмотки реле KL1, а че-

рез контакт KL2.2 будет самоудерживаться до размыкания контакта KQC8.1 и возврата

схемы АВР). При исчезновении напряжения на шинах

- 23 -

Q5A Q6A

Q7ATV1

Q3B

Q4A

Q3A

Q4B

Q7B

Q5B Q6B

T2 T1 T3

к ТСН других блоков

SQ8.1 YAT8A

SA.1

SA.2

SA.3

SA.4

KQC8

KT1.1 KT4.1

KL3.1

KL4.1

KL5.1

KL6.1

От защит T1, блока,

ключа управления

На включение Q7A

На включение Q1

На включение Q2

SQ8.2 KQQ8.1 KL2.1

KL2.2

KL5.2

KL6.2

KL1.2

KL1.3

KL.1

KV2.1

KV3.1

KQC3A.1

KQC4A.1 KQC5A.1 KQC6A.1

KL1.1

KL1

KL2

KL3

KL4

KL5

KH2

KH1

KH3

KL6

KQC8.1

KQC8.2

KQC8.3

1А 1Б

Рисунок 9 – Схема АВР трансформаторов собственных нужд блочной ТЭС

секции 6 кВ, когда выключатель рабочего трансформатор Q8 остается включенным,

вступит в действие пусковой орган минимального напряжения АВР, схема которого

приведена на рисунке 10. Аналогично схеме пускового органа минимального напряже-

ния, приведенной на рисунке 7б, для пуска схемы АВР в рассматриваемом случае необ-

ходимо срабатывание двух реле напряжения (КVI и KV4 на рисунке10) и реле времени

КТ1 и КТ4. В качестве реле KV4 и КТ4 используются соответствующие реле первой сту-

пени защиты минимального напряжения, предназначенной для отключения неответст-

- 24 -

венных электродвигателей в режиме самозапуска. На реле KV4 выполняется обычно ус-

тавка срабатывания 70 В, и оно срабатывает одновременно с реле KV1 при исчезновении

напряжения на шинах, обеспечивая пуск АВР.

KV1

KVZ

KV4

SQF

TV1

KVZ.1

KV1.1 KT1.2

KT1

KT4

KV4.1

Рисунок 10 – Схема пускового органа АВР

Для исключения ложного срабатывания пускового органа АВР и защиты минимального

напряжения электродвигателей при отключении автоматического выключателя SF, ус-

тановленного во вторичных цепях трансформатора напряжения, плюс на контакты на-

пряжения подается через его вспомогательный контакт SQF, замкнутый при включен-

ном автоматическом выключателе.

Предусмотренные в схеме на рисунке 10 блокировки не исключают возможности

ложного срабатывания пускового органа в случае перегорания предохранителя в сред-

ней фазе на стороне высшего напряжения TV1, когда могут одновременно сработать оба

реле напряжения KV1 и KV4. Для предотвращения в этом случае ложного срабатывания

пускового органа схемы АВР плюс на его схему подается через размыкающий контакт

фильтра-реле напряжения обратной последовательности KVZ (типа РНФ-1M), установ-

ленного в схеме защиты минимального напряжения электродвигателей, подключенных

к данной секции шин собственных нужд.

В цепи отключения соответствующего выключателя рабочего трансформатора от

пускового органа схемы АВР включены замыкающие контакты промежуточного реле

KL3 и KL4 (рисунок 9), замкнутые при наличии напряжение на резервном источнике пи-

тания. Промежуточные реле KL3 (KL4) приходят в действие от контактов максимально-

го реле напряжения KV2.1 (KV3.1) и служат для увеличения числа контактов последнего

с целью использования их в цепях других рабочих трансформаторов.

Реле времени КТ1 и КТ4 замыкают цепь отключения выключателя Q8 через замы-

кающие контакты реле KL3.1 (KL4.1) и KL5.1 (KL6.1) в зависимости от того, какой

трансформатор — Т2 или ТЗ — используется для резервирования рабочего трансформа-

тора T1.

3.5 СЕТЕВЫЕ АВР

В распределительных сетях находят широкое применение схемы АВР, обеспечи-

вающие при срабатывании восстановление питания нескольких подстанций сети, —

так называемые сетевые АВР. Схема такого АВР приведена на рисунке 11. Устройство

двустороннего действия обеспечивает восстановление питания участков сети, рас-

- 25 -

SSF1

SSF2

KQC.1

KL.1

KV1.1

KV2.1

KQ.1

KV1.1

KV4.1

KT1

KL.2

KT2

KV3.1

KV2.1

C1 C2

п/с В

п/с Ап/с Б

TV1

TV2

а)

б)

KV1

KV2

KV3

KV4

KV1

KV2

от TV1от TV2

SX1

SX2

SX3

KT1.1

KT2.1

ключение Q1

Рисунок 11 – Схема сетевого АВР: а) схема сети; б) цепи напряжения и оперативного

тока

положенных слева и справа от подстанции В, в случае нарушения питания от подстан-

ций А и Б соответственно. Пуск схемы АВР осуществляется контактами реле напряже-

ния KV1 или KV2, подключенных к трансформаторам напряжения TV1 и TV2 соответст-

венно. В цепи обмотки реле времени КТ1 пускового органа АВР включены замыкающие

вспомогательные контакты автоматических выключателей SSF1 и SSF2, благодаря чему

предотвращается ложное срабатывание пускового органа в случае неисправности цепей

напряжения, а также замыкающие контакты KV3.1 и KV4.1 реле напряжения, контроли-

рующих наличие напряжения со стороны резервного источника. В схеме пускового ор-

гана схемы АВР предусмотрено второе реле времени КТ2 для возможности осуществле-

ния двух различных уставок по времени в случае отключения источников питания от

подстанций А к Б. Однократность действий рассматриваемой схемы АВР обеспечивает-

ся двухпозиционным реле переменного тока KQ типа РП-9. В нормальном режиме замк-

нуты контакты реле KQ.1 и подготовлена цепь обмотки выходного промежуточного ре-

ле KL. После срабатывания этого реле, подающего команду на включение Q1, и замыка-

ния контактов реле положения «Включено» KQC.1, фиксирующего завершение процес-

са включения Q1, реле KQ срабатывает и переключает свои контакты, размыкая KQ.1 в

цепи обмотки KL. Возврат реле KQ и подготовка схемы АВР к новому действию осуще-

ствляются нажатием кнопки SB. Действие сетевого АВР согласуется с АПВ линий, что

обеспечивает наибольшую эффективность действия автоматики.

3.6 ВЫБОР УСТАВОК АВР

- 26 -

1. Выдержка времени срабатывания реле, обеспечивающего однократность действия

АВР (от момента снятия напряжения с его обмотки до размыкания контакта), должна с

некоторым запасом превышать время включения выключателя резервного источника

питания:

о.ввкл

tt t

∆

+ , (3.1)

где

вкл

t – время включения выключателя резервного источника питания;

t0,30,5c

∆

=÷

– время запаса.

2. Напряжение срабатывания минимального реле напряжения при выполнении пус-

кового органа (рисунок 8а) выбирается так, чтобы оно срабатывал только при полном

исчезновении напряжения и не приходил в действие при понижениях напряжения, вы-

званных КЗ или самозапуском электродвигателей. Напряжение срабатывания мини-

мального реле напряжения можно определить

с. рост.КЗ н U

UU (KK)

⋅ ; (3.2)

с. рсзнU

UU(KK)

⋅ , (3.3)

где

ост.КЗ

– наименьшее расчетное значение остаточного напряжения при КЗ;

сз

U – наименьшее напряжение при самозапуске электродвигателей;

– коэффициент

надежности, принимаемый 1,25;

– коэффициент трансформации трансформатора

напряжения.

Для определения наименьшего остаточного напряжения производятся расчеты при

трехфазных КЗ за реакторами и трансформаторами (точки

K2, K4, K6 на рисунке 12) и

расчет самозапуска электродвигателей. Принимается меньшее значение напряжения

срабатывания из полученных.

K-1

K-5

K-3

K-2

K-6

K-4

Рисунок12 – Расчетная схема к выбору уставок пусковых органов АВР

Как правило, обоим условиям удовлетворяет напряжение срабатывания, равное

с. рномU

U (0,25 0,4) U K

÷⋅ , (3.4)

- 27 -

где

ном

U – номинальное напряжение электроустановки;

K – коэффициент трансфор-

мации измерительного трансформатора напряжения.

В пусковых органах минимального напряжения применяются термически стойкие

реле РН-53/60Д, имеющие уставки срабатывания 15 – 60 В и допускающие длительное

включение на напряжение на напряжение 110 и 220 В.

Используемые в пусковых органах реле времени переменного тока ЭВ-215 – ЭВ-245,

ср ном. р

U(0,250,55)U=÷⋅ не имеют возможности регулирования их напряжения сра-

батывания, поэтому подбирать реле, удовлетворяющие условию (3.4). В пусковых орга-

нах минимального напряжения можно использовать любые реле времени типов ЭВ-

215К — ЭВ-245К, так как по паспортным данным их напряжение срабатывания

ср ном. р

U0,35U=⋅ .

Выдержка времени пускового органа минимального напряжения должна быть на

ступень селективности больше выдержек времени защит, в зоне действия которых оста-

точное напряжение при КЗ оказывается ниже напряжения срабатывания минимального

реле напряжения или реле времени. Расчетными точками при этом нужно принимать K1,

K3, K5 (рисунок 12).

Выдержка времени пускового органа минимального напряжения может быть опреде-

лена:

П . ОСЗ1

tt t

∆

; (3.5)

П . ОСЗ2

tt t

∆

, (3.6)

где

СЗ1

t ,

СЗ2

t – соответственно, наибольшие выдержки времени защиты присоединений,

отходящих от шин высшего и низшего напряжений подстанции; t

∆

– ступень селектив-

ности, равная

0,4 0,5÷

с.

3. Напряжение срабатывания минимального реле напряжения пускового органа ми-

нимального тока и напряжения выбирается по формулам (3.2 – 3.4). Отстраиваться нуж-

но только от КЗ в точке K2, так как при КЗ в точках K4, K6 через трансформатор прохо-

дит большой ток КЗ и реле KA (рисунок 8г) удерживает контакт разомкнутым.

Ток срабатывания реле минимального тока должен быть меньше минимального тока

нагрузки

ср нагр.min н I

II (KK)=⋅, (3.7)

где

нагр.min

– минимальный ток нагрузки трансформатора;

– коэффициент надежно-

сти, принимаемый равным 1,5;

– коэффициент трансформации измерительного

трансформатора тока.

Выдержка времени выбирается по (3.5) для согласования с защитой, действующей на

отключение при КЗ в точке K1. Согласование с временем срабатывания защит присое-

динений шин низшего напряжения не требуется.

4. Напряжение срабатывания реле контроля наличия напряжения на резервном ис-

точнике питания определяется по условию отстройки от минимального рабочего напря-

жения

ср раб .min нвU

UU (KKK)=⋅⋅, (3.8)

где

раб.min ном

U0,95U≈⋅ – минимальное рабочее напряжение;

– коэффициент надеж-

ности, принимаемый равным 1,2;

– коэффициент возврата реле.

5. Уставки срабатывания реле понижения частоты, используемых в пусковых орга-

нах АВР (рисунок 8д), выбираются на уровне 48 Гц. Еще одно реле понижения частоты

может блокировать действие устройства АВР при общесистемном понижении частоты.

Размыкающий контакт промежуточного реле, обмотка которого получает питание при

его срабатывании, включается последовательно с KA.1. Его уставка по частоте должна

быть выше частоты срабатывания устройства АЧР.

- 28 -

4. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЧАСТОТНАЯ РАЗГРУЗКА (АЧР)

При нормальных нагрузочных режимах в энергосистеме частота напряжения под-

держивается практически неизменной на уровне

≈

50 Гц, так как тормозной момент на-

грузки и потерь активной мощности в элементах электрической сети уравновешен вра-

щающим моментом всех генераторов.

Возникновение в электроэнергетической системе (ЭЭС) дефицитов активной мощно-

сти может быть обусловлено аварийным снижением вырабатываемой активной мощно-

сти при отключении мощного генерирующего узла, что вызывает общесистемное пони-

жение частоты, или при аварийной потере связи с системой энергодефицитного района,

где возникает локальный дефицит мощности и, соответственно, понижение частоты.

Понижение частоты на 1-2 Гц приводит к уменьшению частоты вращения и производи-

тельности электродвигателей собственных нужд электрических станций, что влечет за

собой снижение располагаемой мощности тепловых электростанций (особенно с котла-

ми высокого давления) и к дальнейшему понижению частоты. Этот процесс называется

«лавина частоты».

При некотором дефиците активной мощности, недостаточном для возникновения

«лавины частоты», частота будет понижаться и достигнет определенного значения, при

котором в энергосистеме вновь установится баланс мощностей. Это обусловлено нали-

чием регулирующего эффекта нагрузки по частоте, заключающегося в том, что часть

нагрузки, представленная электродвигателями, при понижении частоты уменьшает по-

требляемую активную мощность. Потребляемая активная мощность другой части на-

грузки, представленной в основном осветительными и нагревательными приборами, не

зависит от частоты. Регулирующий эффект нагрузки по частоте характеризуется коэф-

фициентом регулирующего эффекта (обычно

1,3 2,5

÷ )

н%

∆

где

н%

∆ – изменение мощности нагрузки, %;

∆

– изменение частоты в установив-

шемся режиме, %.

При снижении частоты напряжения часть нагрузки представленная асинхронными

электродвигателями увеличивает потребление реактивной мощности. Это приводит к

понижению напряжения на шинах приемников электрической энергии и еще большему

потреблению реактивной мощности. Возбудители, находящиеся на одном валу с основ-

ными генераторами, при понижении частоты снижают напряжение в цепях возбужде-

ния, что уменьшает вырабатываемую реактивную мощность и приводит к еще больше-

му понижению напряжения. При снижении частоты до уровня 43-45 Гц может начаться

неуправляемый процесс снижения напряжения – «лавина напряжения».

Процессы «лавина частоты» и «лавина напряжения» могут протекать достаточно бы-

стро (от нескольких секунд до десятков секунд) и могут привести к полной потере пита-

ния потребителями и к остановке всех или части электростанций энергосистемы. Де-

журный персонал электростанций не способен за это время успеть осуществить меро-

приятия по ликвидации аварийного режима и эту задачу выполняют устройства автома-

тической частотной разгрузки. Устройства АЧР должны устанавливаться там, где воз-

можно возникновение значительного дефицита активной мощности. Мощность потре-

бителей, отключаемых устройствами АЧР, должна быть больше величины максимально

возможного дефицита мощности, что необходимо для восстановления частоты после

действия АЧР до уровня 49,2 – 50 Гц. Устройства АЧР не должны допускать даже крат-

ковременного понижения частоты до 45 Гц. Время работы с частотой ниже 47 Гц не

должно превышать 20 c, а с частотой ниже 48,5 Гц – 60 с.

- 29 -

Устройства АЧР подразделяют на три основные категории:

а) АЧР I – быстродействующая (

АЧР I

t0,10,3c=÷ ), имеет ряд очередей с различны-

ми уставками по частоте в диапазоне от 49 до 46,5 Гц распределенными через равные

интервалы, величина которых не должна быть меньше 0,1 Гц. Отключаемая мощность

между очередями АЧР I распределяется равномерно. АЧР I предназначена для предот-

вращения глубокого понижения частоты в первое время развития аварии;

б) АЧР II – имеет ряд очередей с одинаковой частотой и разными временами сраба-

тывания. Частота срабатывания АЧР II может быть равной или несколько большей час-

тоты срабатывания первой очереди АЧР I, но не выше 49,2 Гц. Начинает действовать

после отключения части потребителей действием АЧР I и служит для подъема частоты

до нормального уровня. Выдержка времени первой очереди АЧР II – 5 с, а интервал ме-

жду остальными очередями – 3 с. Если доля ГЭС в энергосистеме значительна, то вы-

держки времени последних очередей АЧР II могут быть увеличены до 70-90 с, так как за

это время будут мобилизованы имеющиеся в энергосистеме резервы активной мощно-

сти: загружены до предела все работающие агрегаты (с учетом допустимой кратковре-

менной перегрузки), пущены и загружены резервные гидроагрегаты. Допускается несе-

лективное отключение нагрузки смежными очередями АЧР I из-за погрешности реле

частоты, а также отдельных очередей АЧР II при медленном снижении частоты до зна-

чения, близкого к уставке АЧР II;

в) дополнительная частотная разгрузка – применяется для местной разгрузки в энер-

годефицитных районах, когда суммарной мощности потребителей, подключенных к

АЧР I и АЧР II, оказывается недостаточно для ликвидации этого дефицита.

Наличие категорий АЧР I и АЧР II c большим числом очередей позволяет обеспечить

соответствие между суммарной мощностью отключенных АЧР потребителей и величи-

ной возникшего дефицита активной мощности.

4.1 СТАТИЧЕСКИЕ ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕ-

ТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Коэффициент регулирующего эффекта определяется статическими частотными ха-

рактеристиками генерирующей части энергосистемы и нагрузки, показывающими зави-

симость активной мощности от частоты при постоянстве напряжения. Для узла нагруз-

ки, содержащего все возможные виды потребителей, зависимость мощности от частоты

можно выразить

234

н 01 2 3 4

ном ном ном ном

ff f f

PPP P P P

ff f f

  

=+⋅ +⋅ +⋅ +⋅

  

  

где

– лампы накаливания, нагревательные и выпрямительные установки;

– металлорежущие станки, поршневые насосы, мельницы, компрессоры;

– потери в электрических сетях, специальные установки;

– центробежные насосы

и вентиляторы при малом статическом напоре;

– центробежные насосы и

вентиляторы при большом статическом напоре, собственные нужды ТЭС.

Незначительная кривизна характеристики нагрузки в диапазоне частот 45-50 Гц по-

зволяет заменить ее линейной функцией и записать

ном

н 1234

P2P3P4P const

∗∗∗∗



∂

= = +⋅ +⋅ +⋅ =



∂



Генерирующая часть может рассматриваться как один эквивалентный агрегат с неко-

торой обобщенной характеристикой при максимальном впуске энергоносителя. Харак-

- 30 -

теристика эквивалентного агрегата имеет вид квадратичной параболы с максимумом

при 50 Гц (обозначена

на рисунке 13).

45 50 55

, Гц

P =P

г0

г2,0

г1

г0 н0

г2

∞

Рисунок 13 – Статические частотные характеристики при отключении генерирующей

мощности

Новый установившийся режим с пониженной частотой возможен, если характеристики

генерируемой мощности и нагрузки пересекаются (рисунок 13), в любом другом случае

возникает «лавина частоты».

4.2 ДИНАМИЧЕСКИЕ ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕР-

ГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

В переходном процессе при наличии небаланса генерации и потребления активной

мощности частота будет меняться при постоянстве напряжения и впуска энергоносителя

в турбины. Характер изменения выражается динамическими частотными характеристи-

ками. При наличии дефицита активной мощности (

гн

PP0

∆

−<) на вал эквивалент-

ного агрегата действует тормозящий момент

∆

∆ω

и уравнение движения ротора

эквивалентного агрегата имеет вид

∆

⋅=

где

– суммарный момент инерции всех вращающихся масс (генераторов, синхронных

компенсаторов, турбин, двигателей, приводимых механизмов);

– текущее значение угловой частоты.

Допуская, что при малых отклонениях частоты вращения от номинальной

ном ном

ωω ω

⋅≈, можно определить постоянную времени механической инерции генера-

торов и нагрузки, отнесенную к мощности нагрузки в предшествуемом аварийному ре-

жиме

н0

, с,

ном

J ном

н0

⋅

≈⋅

Решение этого уравнения с учетом коэффициента регулирующего эффекта нагрузки

(

0> ) определяет экспоненциальное изменение частоты

21 а,

ff f 1e

∆

−

∞





=− ⋅−





- 31 -

где

– начальное значение частоты в момент возникновения дефицита активной мощ-

ности;

– конечное (пониженное) значение частоты, которое ус тановится после по-

крытия дефицита активной мощности за счет регулирующего эффекта нагрузки;

ном

а,12

н0 н

fff

∆

∞

⋅

=−=

⋅

– аварийное снижение частоты;

Ч J ном н

TT K

– постоянная

времени изменения частоты, с.

Изменение частоты при возникновении дефицита активной мощности показано на

рисунке 14. В момент времени

t происходит авария. В точке а к моменту времени

частота достигает уставок срабатывания первой очереди АЧР I и всех очередей АЧР II.

После срабатывания первой АЧР I (отключение части нагрузки) снижение частоты за-

медляется . Срабатывание последующих очередей АЧР I ведет к дальнейшему замедле-

нию снижения частоты до тех пор, пока снижение частоты не прекратится. К моменту

времени

t закончится выдержка времени первой очереди АЧР II и частота начнет по-

вышаться. В моменты времени

345

t,t,t

произойдут срабатывания последующих очере-

дей АЧР II и частота превысит уровень уставки срабатывания АЧР II.

, Гц

ttt

ttt t

АЧРI (1)

АЧРI (i)

АЧРII (1)

'''

АЧР II

2345

Рисунок 14 – Изменение частоты при возникновении дефицита мощности

Нужно отметить, что при отключении нагрузки действием АЧР, меняется постоянная

времени изменения частоты

T , но обычно этим пренебрегают во избежание усложне-

ния расчетов АЧР. Возможно определять мощность отключаемой нагрузки в процессе

снижения частоты (по скорости ее изменения). Но производная частоты определяет от-

носительный дефицит мощности, а не абсолютное значение и поэтому реализация оче-

редей АЧР затруднительна. Кроме этого такая АЧР принципиально не действует при за-

висаниях частоты, так как производная df dt 0= .

4.3 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ПОДКЛЮЧАЕМЫХ К АЧР НАГРУЗОК

Объем нагрузки, подключаемой к АЧР I, определяется по выражению:

ЧР Imax н0 рез

P0,05P P

∆∆

≥+⋅−

где

max

∆

– максимально возможный дефицит активной мощности;

н0

0,05 P

⋅

– запас

мощности (5%), учитывающий вероятностный характер возникновения аварии;

рез

∆

–

величина гарантированного резерва мощности на ТЭС.

С учетом рекомендаций директивных материалов мощность нагрузки отключаемая

АЧР II определяется по выражению:

АЧР II АЧР I

P0,4P≥⋅ ,

- 32 -

но не менее

н0

0,1 P

⋅

Совмещение устройств АЧР I и АЧР II позволяет более эффективно использовать

устройство АЧР. При этом одни и те же потребители подключаются как к очередям АЧР

I, так и к АЧР II. Такая реализация АЧР обладает рядом преимуществ по сравнению с

несовмещенным способом выполнения АЧР:

1. обеспечивается оптимальная последовательность отключения потребителей с учетом

их ответственности при различных по характеру авариях (большой или малый дефи-

цит активной мощности);

2. уменьшается суммарная мощность нагрузки, подключаемой к АЧР.

Это особенно важно при отсутствии запаса отключаемой нагрузки (значительна доля

ответственных потребителей, отключение которых не допустимо). Для сокращения вре-

мени подъема частоты после действия АЧР I при достаточно частых немаксимальных

дефицитах мощности необходимо выполнять некоторое число очередей с пуском только

от АЧР II, суммарная отключаемая мощность которых должна составлять

ЧР II несовм. н0

P0,1P≥⋅,

с временем срабатывания начальных уставок по времени АЧР I.

4.4 АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ ПОСЛЕ АЧР (ЧАПВ)

Назначением ЧАПВ является быстрое восстановление питания потребителей, отклю-

ченных действием АЧР путем повторного включения выключателей после восстановле-

ния частоты в энергосистеме. Установка ЧАПВ рекомендуется на всех объектах, где ус-

тановлены устройства АЧР.

Необходимость установки ЧАПВ обуславливается следующими причинами:

1. высокой ответственностью электроснабжения потребителей, отключаемых послед-

ними очередями АЧР;

2. при значительном времени, необходимом для восстановления электроснабжения по-

требителей отключенных действием АЧР (подстанции без обслуживающего персона-

ла и т.п.);

3. исправление ложных действий АЧР при кратковременных снижениях частоты в слу-

чае возникновения коротких замыканий или в циклах АПВ и АВР.

ЧАПВ выполняется несколькими очередями, имеющими практически всегда единую

уставку по частоте 49,5 – 50 Гц. Минимальное время действия первых очередей ЧАПВ

10 – 20 с. Максимальные выдержки времени последних очередей ЧАПВ выбираются с

учетом конкретных условий работы энергосистемы и возможности ликвидации дефици-

та мощности за счет восстановления параллельной работы. Минимальный интервал

времени между смежными очередями ЧАПВ рекомендуется принимать равным 5 с. По

возможности нагрузка распределяется между очередями равномерно. Для уменьшения

перерывов электроснабжения ответственных потребителей очередность подключения

нагрузки обратна очередности подключения к устройствам АЧР. В случае повторного

снижения частоты или увеличении времени ее восстановления в результате действия

устройства ЧАПВ, последнее выполняют однократным.

4.5 СХЕМЫ АЧР И ЧАПВ

На рисунке 15а приведена схема совмещенных АЧР I и АЧР II. Действие АЧР осуще-

ствляется с помощью реле частоты

KF1 промежуточного реле KL1 и выходного реле

KL2. Устройство АЧР II выполняется с помощью реле частоты KF2 и реле времени KT1.

Сигнализация срабатывания АЧР I и АЧР II выполняется с помощью указательных реле

KH1 и KH2 соответственно. При выполнении АЧР только одного вида (АЧР I или АЧР

II) соответствующая часть реле исключается из схемы.

- 33 -

С целью экономии реле частоты во многих случаях для осуществления совмещенно-

го АЧР используются специальные схемы, в которых предусматривается переключение

уставки одного реле частоты. Одна из таких схем приведена на рисунке 15б

. В схеме

АЧР используется одно реле частоты

KF типа РЧ-1, на измерительных элементах кото-

рого настроены уставки, соответствующие АЧР I и АЧР II. В нормальном режиме до

срабатывания

KF замкнут контакт KL2.1 двухпозиционного реле типа РП8, чем обеспе-

чивается готовность к действию обоих измерительных элементов реле, настроенных на

уставки АЧР I и АЧР II.

При снижении частоты до уставки АЧР II замкнется контакт

KF1 и реле KL1 контактом

KL1.1 подаст плюс на верхнюю обмотку реле KL2, которое, переключив свои контакты,

выведет из действия измерительный элемент с уставкой АЧР II. Если частота понизится

до уставки АЧР I, контакт

KF1 при этом не разомкнется или, разомкнувшись кратковре-

менно, замкнется вновь, после чего с небольшим замедлением сработает промежуточное

реле

KL3 и контактом KL3.1 подаст импульс через указательное реле КН1 на выходное

промежуточное реле

KL5.

Если частота не снизится до уставки АЧР I, схема будет продолжать работать. Реле

времени

KT1, сработав при замыкании контакта KL2.3, будет самоудерживаться через

свой мгновенный замыкающий контакт

KT1.1. Спустя выдержку времени, установлен-

ную на проскальзывающем контакте

KT1.2, будет подан плюс на нижнюю обмотку реле

KL2, и оно переключит свои контакты, вновь вводя в действие измерительный элемент с

уставкой АЧР II. В течение всего времени, пока не замкнется проскальзывающий кон-

такт

КТ1.2, схема будет готова к действию на отключение без выдержки времени в слу-

чае снижения частоты до уставки АЧР I. После замыкания проскальзывающего контакта

KT1.2

и переключения контактов реле KL2 цепь отключения от АЧР I будет выведена и

в работе останется только АЧР II. После переключения

KL2 сработают вновь KF (если

частота в энергосистеме будет ниже уставки срабатывания АЧР II) и реле

KL1 и запус-

тится реле времени

KT2, которое, доработав, через указательное реле KH2 подаст плюс

на выходное реле схемы

KL5. Промежуточное реле KL4, обмотка которого включена

параллельно обмотке

KT1, будет держать своим контактом KL4.1 разомкнутой цепь

верхней обмотки реле

KL2, предотвращая его повторное срабатывание.

Возврат схемы в исходное положение осуществляется после срабатывания выходно-

го реле KL5, которое разомкнет контакт KL5.1 в цепи обмоток реле KT1 и KL4. Если

схема не подействует на отключение вследствие восстановления частоты в энергосисте-

ме выше уставки АЧР II и возврата реле KF, возврат схемы будет осуществлен шунти-

рованием обмотки KT1 по цепи: упорный контакт KT1.3 — размыкающий контакт KL1.3

— размыкающий контакт KL2.4. Выдержка времени АЧРII в рассматриваемой схеме оп-

ределяется суммой выдержек времени, установленных на КТ2 и на проскальзывающем

контакте КТ1.2.

На рисунке 15в приведена схема одной очереди АЧР с ЧАПВ. В этой схеме исполь-

зуется одно реле частоты, уставка срабатывания которого автоматически переключает-

ся. При снижении частоты до уставки срабатывания соответствующей очереди АЧР

сработает реле частоты KF и запустит реле времени KT1. После того как замкнется кон-

такт реле времени KT1.1, сработают промежуточные реле KL1 и KL2 и отключат группу

потребителей. Одновременно замыкающий контакт KL1.2 введет в работу измеритель-

ный элемент реле частоты типа РЧ-1 с уставкой, соответствующей уставке ЧАПВ. Те-

перь после ввода в работу указанного измерительного элемента контакт реле частоты

разомкнется лишь после того, как частота в энергосистеме восстановится до значения

новой уставки, равного 49,5—50 Гц. Реле KL1 при срабатывании замыкает также своим

контактом KL1.2 цепь обмотки промежуточного реле KL3, которое срабатывает и само-

удерживается. После восстановления частоты в энергосистеме реле KF и KT1 разомкнут

свои контакты. При этом реле KL1 возвратится и замкнет контакт KL1.3 в цепи обмотки

реле времени KT2. Поскольку контакт KL3.2 уже замкнут, реле KT2 начинает работать,

и, спустя выдержку времени, установленную на проскальзывающем контакте KT2.2,

замкнет цепь обмотки промежуточного реле KL4. Реле KL4 самоудерживается через

- 34 -

свой замыкающий контакт KL4.1 и подает импульсы на включение выключателей по-

требителей, отключавшихся действием АЧР. Возврат схемы осуществляется после за-

мыкания упорного контакта реле времени KT2.3, выдержка времени на котором отлича-

ется от выдержки времени на проскальзывающем контакте KT2.2 примерно на 1 с. По-

сле замыкания упорного контакта KL3.2 реле KL3 возвратится и разомкнет контактом

KL3.2 цепь обмотки реле времени KT2. Указательные реле KH1 и KH2, установленные в

рассматриваемой схеме, предназначены для сигнализации срабатывания АЧР и ЧАПВ.

С помощью накладки SX1 может быть полностью выведена из действия вся схема авто-

матики,

KF1.1

KL1.2

KL2.3

KT1.1

KL2.2

KL1

KT1

KL1

KL1.2

KL3.1

KL3.2

KL1

KL3

KT1

KH1

KH2

KL2

KT2

KH1

KL2

KL3

KT2

KL4

KL4.1

KH2

KL2.1

KL2.2

KF2.1

KT1.1

KT2.1

KT2.3

KL1.1

KL2.5

KL1.1

KT2.1

KL3.1

KT2.1

KT1.1

На отключение

На отклю-

чение

На отклю-

чение

Включение

потребителей

К измери-

тельному

органу РЧ

К измери-

тельному

органу РЧ

KL4.1

KL1.3

KL2.4

KL2.1

KL1.3

KL1.4

KL5.2

KL1.1 KL4.2

KL5.3

KL2.1 KL4.3

KL5.1

KL3.1

KT1.3

KT1 KL2.4

KL4

KH2

KH1

KL5

KT1.4

SX1

SX2

а)

в)

б)

Рисунок 15 – Схемы: а) АЧРI и АЧРII с двумя реле частоты; б) АЧРI и АЧРII с одним

реле частоты; в) АЧР с ЧАПВ

- 35 -

а с помощью накладки SX2 — только ЧАПВ.

По схемам, приведенным на рисунках 15б и 15в, может быть выполнена также схема

совмещенного АЧР с ЧАПВ. При этом на реле частоты должны быть выполнены три ус-

тавки по частоте, соответствующие АЧР I, АЧР II и ЧАПВ. На линиях, оснащенных уст-

ройствами электрического АПВ, последние могут быть использованы для осуществле-

ния ЧАПВ. При этом пуск АПВ должен осуществляться после восстановления частоты,

соответствующей уставке ЧАПВ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Барзам А.Б. Системная автоматика. М.: –Энергоатомиздат, 1989.

2. Алексеев О.П., Казанский В.Е., Козис В.Л. и др. Автоматика электроэнергетических

систем. – М.: Энергоиздат, 1981.

3. Беркович В.А. и др. Автоматика энергосистем. – М.: Энергоиздат, 1991.

4. Дроздов А.Д., Засыпкин А.С., Аллилуев А.А., Савин М.М. Автоматизация энергети-

ческих систем.– М.: Энергия, 1977.

5. Овчаренко Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических сис-

тем. – М.: «Издательство НЦ ЭНАС», 2000.

О Т З Ы В

на методические указания по выполнению контрольных работ студентами со-

кращенной формы обучения специальности «Электрические станции»

Методические указания «Устройства автоматики электрических станций и

подстанций» содержат достаточно полные сведения об устройствах автоматиче-

ского повторного включения, автоматического ввода резерва и автоматической

частотной разгрузки. Хорошо представлено взаимодействие этих устройств авто-

матики между собой, а также с устройствами релейной защиты. Подробно рас-

смотрено действие этих устройств при различных нарушениях нормального ре-

жима работы энергосистемы и электроснабжения потребителей. Методические

указания содержат большое количество графического материала. Это позволяет в

доступной форме проиллюстрировать принципы построения схем устройств ав-

томатики.

Представленные методические указания могут быть рекомендованы для из-

дания в ВятГТУ.

к.т.н., доцент кафедры «Электроэнергетические системы» А.В. Вычегжанин