КОМПЛЕКСНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ И ПЕРЕТОКОВ МОЩНОСТИ

При раздельном регулировании частоты и перетоков мощности одной из энергосистем, обычно наиболее мощной и расположенной в центре ОЭС (/ на рис. 7.11), поручается астатическое регулиро­вание частоты, а другим энергосистемам (// и ///)—астатическое регулирование обменных перетоков мощности.

Недостатком такой простой и естественной системы АРЧ-АРПМ является возможность их противоположного действия, например, при увеличении нагрузки в энергосистеме /, что приводит к перерегулированию и затяжке в восстановлении нормального режима по частоте и перетокам мощности.

Лучшие результаты обеспечивают метод совместного регулиро­вания частоты и перетоков мощности, при котором каждая энерго­система регулирует непредвиденно возникающие изменения мощно­сти, потребляемой собственной нагрузкой, или мощности, генерируемой генераторами электростанций данной энергосистемы. Этот метод является основным при регулировании режима по частоте и пе­ретокам мощности в современных объединенных энергосистемах.

На рис. 7.12 приведена схема объединенной энергосистемы, со­стоящей из двух энергосистем / и //, связанных межсистемной линией электропередачи. Переток мощности по этой линии Ра счита­ется положительным при направлении из энергосистемы в линию. Алгебраическая сумма всех внешних перетоков по межсистёмным линиям электропередачи данной энергосистемы называется саль­до перетоков мощности энергосистемы. Если саль­до имеет положительное значение — энергосистема избыточна, если отрицательное — дефицитна.

В масштабах Единой энергосистемы СССР> <ЕЭС СССР) система автоматического регулирования частоты и перетоков мощности (САРЧМ) строится в соответст­вии со структурой оперативно-диспетчерского управле­ния по иерархическому принципу: ЕЭС—ОЭС — энерго­система—электростанция. В основу САРЧМ положен принцип раздельного регулирования плановых и непла­новых изменений мощности.

Распределение плановой нагрузки производится пу­тем задания каждой электростанции суточного графика изменения мощности нагрузки, заранее рассчитанного в вычислительных центрах. Эти графики обеспечивают оп­тимальное распределение, мощности с учетом экономических характеристик электростанций и потерь мощности в электрических сетях.

Реализация плановых графиков нагрузки производит­ся с помощью станционных автоматических устройств регулирования мощности или вручную оперативным персоналом. Этим обеспечивается также и грубое регули­рование частоты. Однако поскольку Предварительно за прогнозированные и составленные графики нагрузки лишь приближенно отражают ее фактическое изменение, возникающие временные несоответствия приводят к от­клонениям частоты и перетоков мощности. /Для восста­новления баланса в этих случаях требуется дополни­тельное внеплановое регулирование мощности электро­станций.

Регулирование и распределение внеплановых измене­ний мощности между регулирующими электростанциями производятся САРЧМ по централизованно-ступенчатой схеме. На верхних уровнях ЕЭС и ОЭС функционируют центральные системы ЦСАРЧМ ЕЭС и ЦСАРЧМ ОЭС, на уровне регулирующих электростанций—САРЧМ. Распределение функций и взаимодействие между ними обеспечивают астатическое регулирование частоты в ЕЭС и в ОЭС при их изолированной работе, астатиче­ское регулирование и ограничение перетоков мощности по контролируемым межсистемным линиям электропере­дачи, распределение изменений мощности между энерго­системами, электростанциями и агрегатами с целью обеспечения максимальной экономичности работы ЕЭС в целом при наиболее рациональном использовании..топлива на ТЭС и запасов воды на ГЭС.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Какие номинальные значения частоты переменного тока и ее допустимые отклонения установлены в СССР?

2. Чем вызвана необходимость автоматического регулирования частоты?

3. Назовите основные методы автоматического регулирования частоты.

4. Виды АРЧ и их характеристики.

5. Назначение автоматического регулирования и ограничения перетоков мощности по линиям электропередачи.

6. Принцип совместного автоматического регулирования частоты и перетоков мощности

 

Пока, в энергосистеме имеется вращающийся резерв активной мощности, системы регулирования частоты и, мощности (см. гл. 7) 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, как уже отмечалось выше, и 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, вы­званное внезапным возникновением значительного дефи­цита активной мощности, 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 народнохозяйственным ущербом, поскольку от­ключение линий, питающих электроэнергией промышлен­ные предприятия, сельскохозяйственных потребителей и других потребителей, влечет за собой недовыработку 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, характеризуемся коэффициентом Kнагр, 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 и принимается 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. В соответствии с [5] 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 возникновения 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 /).

Иначе будет протекать процесс изменения частоты при наличии АЧР (кривая //). Пусть,например, АЧР состоит из Тре* очередей с уставками срабатывания 48; 47,5 и 47 Гц. Когда частота снизится до 48 Гц (точка /),, сработают устройства АЧР 1-й очереди и от­ключат часть потребителей: дефицит активной мощности уменьшит­ся, благодаря чему уменьшится и скорость снижения частоты. При частоте 47,6 Гц (точка 2) сработают устройства АЧР 2-й очереди и, отключая дополнительно часть потребителей, везде 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 [5].

Первая категория автоматической частотной раз­грузки—-"АЧР1— быстродействующая (*=0,14-0,3 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,

Вторая категория автоматической частотной раз­грузки— АЧРН—предназначена для восстановления частоты до нормального значения, если она длительно остается пониженной, или, как говорят, «зависает» на уровне около 48 Гц. Вторая категория АЧРП 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 АЧРП принимается в пределах 48,8—48,6 Гц на 0,2/Гц выше верхнего уровня уставок по частоте АЧР1. Т1ри этом диапазон уставок АЧРИ по частоте должен быть 0,3 Гц t интервалом по очередям 0,1 Гц. Весь объем разгрузки АЧРН разделяется на три-четыре части (например, 40, 30 и 30 % общего объема).

Уставки по времени устройств АЧРИ устанавливают­ся возрастающими от АЧРП с максимальными уставка­ми п® частоте к АЧРП с минимальными уставками. Наиболее -ответственные потребители при этом следует подключать к АЧРП с минимальными уставками по частоте (максимальными уставками по времени). Вы­держки времени АЧРИ отличаются друг от друга на 3 с и принимаются равными 5—90 с. Большие выдержки времени АЧРН 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.

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 СССР до верхних уставок ЛЧРП в случаях, когда не удается реа­лизовать оперативные ограничения потребителей» а так­же для разгрузки межсистемных связей при возникнове­нии дефицита мощности в энергообъединении. Потреби­тели» отключенные действием спецочереди АЧР, должны быть включены в работу не позже чем через 2 ч после отключения.

Кроме Двух категорий автоматической частотой разгрузки — АЧР1 и АЧР1Г— в эксплуатации применяет­ся также так называемая дополнительная разгрузка. Та­кие устройства АЧР применяются для осуществления разгрузки при возникновении большого дефици­та активной мощности в районе энергосистемы или на отдельной подстанции, когда суммарной мощности по­требителей, подключенных к очередям АЧР1 и АЧРП, 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, отключённой 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.