Назначение и общий принцип выполнения АЧР

В любой объединенной энергосистеме должен быть резерв активной мощности, при этом в системе поддерживается номинальное напряжение и номинальная частота.

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.

Снижение же частоты более, чем на 1-2 Гц представляет серьезную опасность и может привести к полному расстройству работы энергосистемы. Это в первую очередь объясняется тем, что при понижении частоты сети снижается частота вращения электродвигателей, а значит и производительность механизмов, которые они вращают.

Представим себе тепловую электростанцию. Снижение частоты на 3-5 Гц приводит к уменьшению на 20-40% подачи воды в конденсатор циркуляционными насосами. При таком снижении частоты питательные насосы почти полностью прекращают подачу воды в котел. Мощность станции резко падает. Создается в системе еще больший дефицит активной мощности. Таким образом, происходит лавинообразный процесс, получивший название «лавина частоты».

Название говорит само за себя. Процесс происходит очень быстро.

Дежурный персонал не смог бы остановить эту лавину, поэтому ликвидация аварийного режима возлагается на устройства автоматики.

Для предотвращения развития аварии должны быть немедленно мобилизованы все имеющиеся резервы активной мощности, имеющиеся на электростанции. Все вращающиеся агрегаты загружаются до предела с учетом допустимых кратковременных перегрузок.

Кроме полной загрузки генераторов можно еще перевести синхронные компенсаторы в режим генераторов.

При отсутствии вращающегося резерва активной мощности единственно возможным способом восстановления частоты в сети является отключение части наименее ответственных потребителей.

Это осуществляется с помощью специальных устройств – автоматов частотной разгрузки (АЧР), срабатывающих при опасном снижении частоты.

Надо отметить, что действие АЧР всегда связано с определенным экономическим ущербом, поскольку отключение линий, питающих предприятие влечет за собой недовыработку продукции или появление брака. Однако существование АЧР оправданно возможно большими потерями при системной аварии.

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

Нагрузка делится на две группы. К первой группе относится чисто активная нагрузка (типа осветительных приборов), на которую снижение частоты никак не влияет и эта группа продолжает потреблять ту же мощность, что и до возникновения аварии.

Ко второй группе относится двигательная нагрузка, для которой снижение частоты приводит к уменьшению потребляемой мощности (мы об этом говорили раннее на примере ТЭС). Таким образом, несколько уменьшается дефицит активной мощности в сети.

Этот процесс получил название регулирующего эффекта нагрузки.

Чем больше доля второй группы потребителей в общей массе нагрузки в системе, тем устойчивей она получается, тем сильней проявится регулирующий эффект нагрузки.

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 АЧР, должна быть достаточной для предотвращения лавины частоты.

В соответствии с ПТЭ устройства АЧР должны исключать возможность даже кратковременного снижения частоты ниже 45 Гц.

Время работы с частотой ниже 47 Гц не должно превышать 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 на части, в которых может возникнуть дефицит активной мощности, а также то обстоятельство, что нагрузка, а следовательно, и возможный дефицит активной мощности меняются в зависимости от сезона, времени суток, дней недели. 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 рисунке 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 установится баланс генерируемой и потребляемой мощности при новом сниженном значении частоты (кривая I).

Для восстановления в энергосистеме нормальной частоты в этом случае необходимо вручную отключить часть нагрузки потребителей, суммарное потребление мощности которыми при частоте 50Гц равно дефициту мощности, вызвавшему аварийное снижение частоты.

Иначе будет протекать процесс изменения частоты при наличии АЧР (кривая II).

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 АЧР первой очереди и отключат часть потребителей, дефицит активной мощности уменьшится, благодаря чему и уменьшится и скорость снижения частоты. При частоте 47,5 Гц (точка 2) сработают АЧР второй очереди и, отключив дополнительно часть потребителей, еще больше уменьшат дефицит активной мощности и скорость снижения частоты.

При частоте 47 Гц (точка 3) сработают АЧР третьей очереди и отключат потребителей, мощность которых достаточна не только для прекращения снижения частоты, но и для ее восстановления.

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

 

1 категория АЧР – быстродействующая (t= 0,1-0,3 с) с уставками срабатывания от 49Гц (даже от 49,3 Гц) до 46,5 Гц.

Назначение этой категории АЧР – не допустить глубокого снижения частоты в первое время развития аварии.

Уставки срабатывания отдельных очередей отличаются друг от друга на 0,1 Гц.

F1 оч=49 Гц

F2 оч=48,9 Гц

F3 оч=48,8 Гц

И так далее.

 

2 категория АЧР – предназначена для восстановления частоты до нормального значения, если она длительно «зависает» на уровне 48Гц. АЧР-2 работает после того, как отработала часть очередей АЧР-1.

Уставки АЧР-2 выбираются уже не по Герцам (как у АЧР-1), а по времени. При этом, по Герцам уставки всех очередей одинаковы и чуть больше уставки 1 очереди АЧР-1, обычно Fачр-2=49,2 Гц. А вот выдержки времени разных ступеней АЧР-2 отличаются друг от друга на 3 с и могут быть от 5 до 90 с. Величина выдержки времени зависит от того, на какой агрегат мы рассчитываем (если это турбина, ей требуется больше времени на раскрутку).

 

3 категория – совмещенные АЧР-1 и АЧР-2. Логика при этом сохраняется.

 

При такой схеме выполнения АЧР гарантируется недопущение снижения частоты ниже 46 Гц и восстановление ее до нормального уровня за 1-1,5 минуты. Допускается неселективная работа смежных очередей АЧР-1 (при уставках, отличающихся друг от друга на 0,1Гц).

Действие устройств АЧР должно сочетаться с другими видами автоматики. Так, например, для того, чтобы действие АЧР было эффективным, нагрузка потребителей, отключенных при аварийном снижении частоты, не должна подхватываться устройствами АПВ и АВР.