Назначение, принцип выполнения. Категория АЧР

Автоматическая частотная разгрузка АЧР

Пока в энергосистеме имеется вращающийся резерв активной мощности, системы регулирования частоты и мощности будут поддерживать заданный уровень частоты. После того как вращающийся резерв будет исчерпан, дефицит активной мощности, вызванный отключением части генераторов или включением новых потребителей, повлечет за собой снижение частоты в энергосистеме.

Небольшое снижение частоты, на несколько десятых герца, не представляет опасности для нормальной работы энергосистемы, хотя влечет за собой ухудшение экономических показателей. Снижение же частоты более чем на 1—2 Гц представляет серьезную опасность и может привести к полному расстройству работы энергосистемы.

Это в первую очередь определяется тем, что при понижении частоты снижается частота вращения электродвигателей, а следовательно, снижается и производительность приводимых ими механизмов собственного расхода тепловых электростанций. Вследствие снижения производительности механизмов собственного расхода резко уменьшается располагаемая мощность тепловых электростанций, особенно электростанций высокого давления, что влечет за собой дальнейшее снижение частоты в энергосистеме. Таким образом, происходит лавинообразный процесс—“лавина частоты”, который может привести к полному расстройству работы энергосистемы. Следует также отметить, что современные крупные паровые турбины не могут длительно работать при низкой частоте из-за опасности повреждения их рабочих лопаток.

Процесс снижения частоты в энергосистеме сопровождается также снижением напряжения, что происходит вследствие уменьшения частоты вращения возбудителей, расположенных на одном валу с основными генераторами. Если регуляторы возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов не смогут удержать напряжение, то также может возникнуть лавинообразный процесс —“лавина напряжения”, так как снижение напряжения сопровождается увеличением потребления реактивной мощности, что еще более осложнит положение в энергосистеме.

Аварийное снижение частоты в энергосистеме, вызвается внезапным возникновением значительного дефицита активной мощности

Этот процесс протекает очень быстро — в течение нескольких секунд. Поэтому дежурный персонал не успевает принять каких-либо мер, вследствие чего ликвидация аварийного режима должна возлагаться на устройства автоматики. Для предотвращения развития аварии должны быть немедленно мобилизованы все резервы активной мощности, имеющиеся на электростанциях. Все вращающиеся агрегаты загружаются до предела с учетом допустимых кратковременных перегрузок.

При отсутствии вращающегося резерва единственно возможным способом восстановления частоты является отключение части наименее ответственных потребителей. Это и осуществляется с помощью специальных устройств — автоматической частотной разгрузки (АЧР), срабатывающих при опасном снижении частоты.

Следует отметить, что АЧР всегда связана с определенным ущербом у потребителя, из-за недовыработки продукции, появление брака и т. п. Несмотря на это, АЧР широко используется в энергосистеме как средство предотвращения значительно больших убытков из-за полного расстройства работы энергосистемы, если не будут приняты срочные меры по ликвидации дефицита активной мощности.

Глубина снижения частоты зависит не только от дефицита мощности в первый момент аварии, но и от характера нагрузки.

Потребление мощности одной группой потребителей, к которой относятся электроосветительные приборы и другие установки, имеющие чисто активную нагрузку, не зависит от частоты и при ее снижении остается постоянным.

Потребление же другой группы потребителей — электродвигателей переменного тока — при уменьшении частоты снижается. Чем больше в энергосистеме доля нагрузки первой группы, тем больше понизится частота при возникновении одинакового дефицита, активной мощности. Нагрузка потребителей второй группы будет в некоторой степени сглаживать эффект снижения частоты, поскольку одновременно будет уменьшаться потребление мощности электродвигателями.

Уменьшение мощности, потребляемой нагрузкой при снижении частоты, или, как говорят, регулирующий эффект нагрузки, характеризуется коэффициентом k _нагр, равным отношению

Коэффициент регулирующего эффекта нагрузки показывает, на сколько процентов уменьшается потребление нагрузкой активной мощности на каждый процент снижения частоты. Значение коэффициента регулирующего эффекта нагрузки должно определяться специальными испытаниями ипринимается при расчетах равным 1,5—2,5.

Устройства АЧР должны устанавливаться там, где возможно возникновение значительного дефицита активной мощности во всей энергосистеме или в отдельных ее районах, а мощность потребителей, отключаемых при срабатывании устройств АЧР, должна быть достаточной для предотвращения снижения частоты, угрожающего нарушением работы механизмов собственного расхода электростанций, что может повлечь за собой лавину частоты.

Устройства АЧР должны выполняться с таким расчетом, чтобы была полностью исключена возможность даже кратковременного снижения частоты ниже 45 Гц, время работы с частотой ниже 47 Гц не превышало 20 с, а с частотой ниже 48,5 Гц— 60 с.

При выполнении АЧР необходимо учитывать все реально возможные случаи аварийных отключений генерирующей мощности и разделения энергосистемы или энергообъединения на части, в которых может возникнуть дефицит активной мощности. Чем больший дефицит мощности может возникнуть, тем на большую мощность должно быть отключено потребителей. Для того чтобы суммарная мощность нагрузки потребителей, отключаемых действием АЧР, хотя бы примерно соответствовала дефициту активной мощности, возникшему при данной аварии, АЧР, как правило, выполняется многоступенчатой, в несколько очередей, отличающихся уставками по частоте срабатывания.

На рис. 8.1 приведены кривые, характеризующие процесс изменения частоты в энергосистеме при внезапном возникновении дефицита активной мощности. Если в энергосистеме отсутствует АЧР, то снижение частоты, вызванное дефицитом активной мощности, будет продолжаться до такого установившегося значения, при котором за счет регулирующего эффекта нагрузки и действия регуляторов частоты вращения турбин вновь восстановится баланс генерируемой и потребляемой мощностей при новом, сниженном значении частоты (кривая 1).

Рис. 8.9. Изменение частоты при возникновении дефицита активной мощности: I - при отсутствии АЧР; II - при наличии АЧР

Иначе будет протекать процесс изменения частоты при наличии АЧР (кривая 11). Пусть, например, АЧР состоит из трех очередей с уставками срабатывания 48; 47,5 и 47 Гц. Когда частота снизится до 48 Гц (точка 1), сработают устройства АЧР 1-й очереди и отключат часть потребителей: дефицит активной мощности уменьшится, благодаря чему уменьшится и скорость снижения частоты. При частоте 47,5 Гц (точка 2) сработают устройства АЧР 2-й очереди и, отключая дополнительно часть потребителей, еще больше уменьшат дефицит активной мощности и скорость снижения частоты. При частоте 47 Гц (точка 3) сработают устройства АЧР 3-й очереди и отключат потребителей на мощность, которая достаточна не только для прекращения частоты, но и для ее восстановления от номинального или близкого к номинальному значения.

Устройства АЧР, используемые для ликвидации аварийного дефицита мощности в энергосистемах, подразделяются на три основные категории.

АЧР1 – первая категория автоматической частотной разгрузки быстродействующая (1 = 0,1—0,3 с) с уставками срабатывания от 48,5 Гц до 46,5 Гц. Назначение очередей АЧР1—не допустить глубокого снижения частоты в первое время развития аварии. Уставки срабатывания отдельных очередей АЧР1 отличаются одна от другой на 0,1 Гц. Мощность, подключаемая к АЧР1, примерно равномерно распределяется между очередями.

АЧРII – вторая категория автоматической частотной разгрузки —— предназначена для восстановления частоты до нормального значения, если она длительно остается пониженной, или, как говорят, “зависает” на уровне около 48 Гц. Вторая категория АЧРII работает после отключения части потребителей от АЧР1, когда снижение частоты прекращается и она устанавливается на уровне 47,5—48,5 Гц.

Верхний уровень уставок по частоте устройств АЧРII принимается в пределах 48,8—48,6 Гц на 0,2 Гц выше верхнего уровня уставок по частоте АЧР1. При этом диапазон уставок АЧРII по частоте должен быть 0,3 Гц с интервалом по очередям 0,1 Гц. Весь объем разгрузки АЧРII разделяется на три-четыре части (например, 40, 30 и 30 % общего объема).

Уставки по времени устройств АЧРII устанавливаются возрастающими от АЧРII с максимальными уставками по частоте к A4PII с минимальными уставками. Наиболее ответственные потребители при этом следует подключать к АЧРII с минимальными уставками по частоте (максимальными уставками по времени). Выдержки времени АЧРII отличаются друг от друга на 3 с и принимаются равными 5—90 с. Большие выдержки времени АЧРII принимаются для того, чтобы за это время были мобилизованы резервы активной мощности, имеющиеся в энергосистеме: загружены все работающие агрегаты, пущены и загружены резервные гидроагрегаты. При этом наибольшие выдержки времени 70—90 с следует принимать в условиях возможной мобилизации мощности ГЭС.

Спецочереди АЧР. В дефицитных энергосистемах, получающих мощность от соседних энергосистем, применяется также быстродействующая специальная очередь АЧР с уставкой срабатывания 49 Гц. Эта очередь предназначена для предотвращения снижения частоты в ЕЭС до верхних уставок АЧР11 в случаях, когда не удается реализовать оперативные ограничения потребителей, а также для разгрузки межсистемных связей при возникновении дефицита мощности в энергообъединении. Потребители, отключенные действием, должны быть включены в работу не позже чем через 2 ч после их отключения.

Дополнительная разгрузка. Такие устройства АЧР применяются для осуществления местной разгрузки при возникновении большого дефицита активной мощности в районе энергосистемы или на отдельной подстанции, когда суммарной мощности потребителей, подключенных к очередям АЧР1 и AЧPII, оказывается недостаточно для ликвидации возможного дефицита активной мощности в этом районе.

Действие устройств АЧР должно сочетаться с другими видами противоаварийной автоматики. Так, например, для того чтобы АЧР было эффективным, нагрузка потребителей, отключенных при аварийном снижении частоты, не должна подхватываться устройствами АПВ и АВР. Поэтому АПВ линии, отключенной действием АЧР, должно блокироваться (не следует путать с АПВ после АЧР, т. е. с особым видом автоматики, принципы выполнения и схемы которой рассмотрены ниже). Линии и трансформаторы, обеспечивающие резервное питание в схемах АВР, должны отключаться теми же очередями АЧР, что и основные питающие линии и трансформаторы.

Дата добавления: 2014-01-03