АСИНХРОННОГО РЕЖИМА

Общие положения - -

Характерными признаками асинхронного режима яв­ляются периодические изменения угла между эквива­лентными ЭДС несинхронно работающих частей энер­госистемы, напряжения в различных точках электропе­редачи, тока и активной мощности электропередачи, сопротивления на зажимах реле сопротивления. Графики изменения указанных параметров показаны на рис. 9.14 и 9.15.

Периодическое уменьшение напряжения может выз­вать расстройство работы потребителей, особенно если они подключены вблизи электрического центра качаний; кроме того, снижение напряжения может представлять опасность нарушения устойчивости параллельной работы внутри синхронно работающих частей энергосистемы

Периодическое увеличение тока и снижение напряжения могут вызвать неселективную работу релейной защиты. Колебания активной мощности приводят к прекращению выдачи мощности электростанцией в приемную дефицитную энергосистему; кроме того, эти колебания приводят к дополнительным механическим усилиям на вал турби­ны. Повышение частоты в одной части энергосистемы и ее снижение в другой части представляют опасность для работы потребителей и генераторов.

Способы ликвидации асинхронного режима

Существуют два способа ликвидации асинхронного режима: ресинхронизация и разделение асинхронно ра­ботающих частей энергосистемы.

Ресинхронизацией называется процесс восста­новления синхронизма из состояния асинхронного режи­ма. Для обеспечения ресинхронизации должны быть при­няты меры, направленные на выравнивание частот не­синхронно работающих частей энергосистемы. Для этого в энергосистеме, работающей с повышенной частотой, производится быстрая разгрузка генераторов или отклю­чение части генераторов. В энергосистеме, работающей с пониженной частотой, производится быстрая загрузка работающих генераторов, имеющих резерв мощности, частотный пуск гидрогенераторов или перевод гидрогене­раторов из режима синхронных компенсаторов в генера­торный режим и затем, при большом снижении частоты, отключение части потребителей, от.устройств АЧР или устройств автоматической ликвидации асинхронного ре­жима. Для ускорения ресинхронизации в некоторых слу­чаях производится деление энергосистемы, имеющей по­вышенную частоту, а затем разгрузка генераторов вы­деленной части. Процессу ресинхронизации способствует действие автоматических регуляторов частоты вращения турбин.

Разделение асинхронно работающих частей энерго­системы выполняется в тех случаях, когда недопустим длительный асинхронный режим или когда ресинхрони­зация невозможна. Такое деление сети немедленно лик­видирует асинхронный режим, не требуя дальнейшей ресинхронизации. Сечение деления должно быть выбра­но таким, чтобы деление по нему создавало минималь­ный небаланс в разделившихся частях энергосистемы.

Принципы выполнения устройств автоматической ликвидации асинхронного режима

В энергосистемах применяется большое количество различных устройств автоматической ликвидации асинх­ронного режима, отличающихся способом выявления асинхронного режима и параметрами, на которые они реагируют [2, 3, 37].

В соответствии с характерными признаками асинхронного режима, рассмотренными в начале параграфа, при­меняются устройства, реагирующие на изменение тока, активной мощности в линии электропередачи, напряже­ния на шинах подстанции, сопротивления на зажимах реле сопротивления. Часто применяются комбинирован­ные устройства, с помощью которых осуществляется контроль изменения не одного, а нескольких режимных параметров. К устройствам, выявляющим асинхронный режим, предъявляются следующие основные требования: селективность, чувствительность к асинхронному режи­му, быстрота срабатывания, способность определения знака скольжения.

Под селективностью понимается свойство устройства отличать асинхронный режим от режима синхронных ка­чаний, а также отличать асинхронный режим в данном сечении электрической сети от асинхронного режима в смежных сечениях. Синхронные качания представляют значительно меньшую опасность, чем асинхронный ре­жим, так как существуют кратковременно и характери­зуются менее глубокими колебаниями режимных пара­метров.

-В зависимости от знака скольжения выбираются ме­роприятия, которые необходимо выполнить для достиже­ния ресинхронизации.

Ниже рассматривается устройство, разработанное ин­ститутом «Энергосетьпроект», которое в основном удов­летворяет поставленным требованиям [36]. На рис. 9.16 показана структурная схема этого устройства. Устрой­ство имеет трехступенчатое исполнение. Первая ступень (I) выявляет асинхронный режим на первом его цикле, вторая ступень (II) действует по истечении двух-четырех циклов асинхронного режима, третья ступень (III) дей­ствует с дополнительной выдержкой времени t₂ после срабатывания второй ступени. Асинхронный режим вы­является путем фиксирования изменения сопротивления на зажимах реле сопротивления, а также знака мощнос­ти электропередачи в этом режиме. Для этой цели в уст­ройстве используется комплект реле сопротивления типа КРС-2, содержащий три направленных реле сопротивле­ния KZ1 — KZ3. Для фиксирования изменения знака мощности используется максимальное реле мощности KW1 с двумя контактами KW1.1 и KW1.2. Применение реле сопротивления обеспечивает повышенную чувстви­тельность по сравнению с другими видами пусковых органов и, кроме того, позволяет определить сечение асин­хронного режима, в котором размещается электрический центр качаний (ЭПК). Реле сопротивления имеют неза­висимую настройку и могут иметь в устройстве различ­ное применение в зависимости от вида и расположения характеристики изменения сопротивления на зажимах

реле Z_p в асинхронном режиме. В качестве примера на рис. 9.17,в показаны характеристики реле сопротивления для одного из вариантов их использования.

Первая ступень устройства. Необходимость действия устройства на первом цикле возникает при нарушении устойчивости, которое сопровождается глубоким сниже­нием напряжения, грозящим серьезным расстройством работы потребителей или дополнительным выходом из синхронизма генераторов в другом узле энергосистемы. Принцип действия первой ступени устройства, выявля­ющей асинхронный режим на первом цикле, основан на измерении скорости изменения сопротивления на зажи­мах реле сопротивления. Эта скорость фиксируется с по­мощью двух реле сопротивления KZ1 и KZ2, имеющих различные характеристики срабатывания (рис. 9.16 и 9.17, в). При нарушении синхронизма годограф сопротив­ления на зажимах реле сопротивления Z_v последователь­но входит сначала в зону срабатывания чувствительного реле сопротивления KZ1, а затем грубого реле KZ2. При срабатывании KZ1 (точка / на рис. 9.17, в) пускается

элемент времени t_u имеющий выдержку времени 0,1 — 0,2 с. Дальнейшее изменение Z_p приводит к срабатыва­нию реле KZ2 (точка 2 на рис. 9.17, в) и появлению логи­ческого сигнала на выходе первого элемента И. Чтобы этот сигнал не исчезал вследствие срабатывания элемен­та Запрет, предусмотрено удерживание сигнала с по­мощью обратной связи, соединяющей выход элемента И с входом элемента t\. Поочередное срабатывание двух реле сопротивления означает, что происходит процесс снижения сопротивления, не свойственный процессу сни­жения сопротивления при коротких замыканиях или не­исправности в измерительных цепях напряжения. Одна­ко поочередного срабатывания двух реле сопротивления недостаточно для селективного определения нарушения синхронизма, это срабатывание может иметь место при синхронных качаниях. Вторым условием срабатывания первой ступени устройства является прохождением угла б между векторами ЭДС двух частей энергосистемы через критическое значение. Сигнал о прохождении угла б че­рез критическое значение поступает от выявительного органа второй ступени устройства на входы элементов И первой ступени, причем этот сигнал существует в одном из двух видов в зависимости от того, ускоряются или тормозятся генераторы той части энергосистемы, в кото­рой установлено устройство. Если имеет место ускорение генераторов, на выходе устройства появляется сигнал 1.У, если имеет место торможение генераторов, сигнал I.T.

Характеристика срабатывания реле KZ2 выбирается такой, чтобы обеспечивалось селективное действие уст­ройства при условии расположения ЭЦК в сечении, контролируемом данным устройством. Исходя из этого сопротивление срабатывания реле, фиксирующих ЭЦК, выбирается по двум условиям: по условию отстройки от минимального сопротивления при внешних асинхронных режимах и по условию отстройки от сопротивления в максимальном рабочем режиме. Характеристика сраба­тывания реле KZ1 согласовывается с характеристикой реле KZ2 с учетом принятого времени t\.

При коротком замыкании, сопровождающемся сра­батыванием реле KZ1 и KZ2, элемент времени U не ус­певает сработать, так как реле KZ2 с помощью элемента Запрет снимает сигнал с его входа, в результате сигнал на выходе устройства не создается Следует отметить, что первая ступень устройства мо­жет отказать в действии при быстром выпадении гене­раторов из синхронизма, когда реле K.Z2 срабатывает раньше, чем элемент U. В этом случае асинхронный ре­жим должен быть прекращен действием второй ступени устройства.

Первая и вторая ступени устройства могут иметь раз­личное использование с целью ликвидации асинхронного режима. Возможны три способа ликвидации асинхрон­ного режима: способ ресинхронизации, способ деления энергосистемы по сечению асинхронного хода на несин­хронно работающие части и комбинированный способ, за­ключающийся в том, что первоначально производится отключение части электрических связей в энергосистеме с целью упрощения схемы энергосистемы и облегчения ресинхронизации, а затем выполняются мероприятия по ресинхронизации, различные в зависимости от того, ус­коряются или тормозятся выделенные генераторы.

Вторая ступень устройства. Во второй ступени уст­ройства используется комбинированный выявительный орган, реагирующий на изменение сопротивления на зажимах реле сопротивления и знака мощности электро­передачи. Характеристики срабатывания реле сопротив­ления, приведенные в качестве примера на рис. 9.17, в, показывают, что возможны асинхронные режимы с ЭЦК, расположенным как в первом квадранте (на ли­нии электропередачи, где включено устройство), так и в третьем квадранте (за шинами подстанции). Поэтому в таком выявительном органе должны использовать­ся два реле сопротивления KZ1 н KZ3. контакты ко­торых включаются параллельно (рис. 9.17,6; на структурной схеме устройства—ч>ис. 9.16—показано ^v применение только одного реле KZ3). Условия выбора сопротивления срабатывания реле K.Z3 такие же, как и у реле KZ2. Дополнительное требование к реле KZ1 и KZ3 состоит в том, что их характеристики должны быть согласованы с характеристикой срабатывания реле мощности KW1. Характеристика срабатывания реле мощности K.W1 должна быть выбрана такой, чтобы пе­реориентация реле KW1 происходила при максималь­ном значении критического угла б («*180°), что свиде­тельствует о нарушении синхронизма. Для того чтобы отличить переориентацию реле KW1 при б» 180° от пе­реориентации при б»0°, осуществляется контроль положения реле сопротивления: при б «180° реле сопро­тивления KZ1 и KZ3 должны находиться в положении срабатывания, а при 6»0° — в положении возврата. Таким образом, сочетанием поведения реле мощности и реле сопротивления можно проконтролировать изме­нение угла б в цикле асинхронного режима и пере­ход его за критическое значение.

Требуемая характеристика реле мощности достигает­ся путем применения реле активной или реактивной мощности и выбором фазы напряжения измерительного трансформатора напряжения. Выбор фазы напряжения, подводимого к обмотке напряжения реле KW1 от транс­форматора TV, производится с помощью перемычек SX (рис. 9. 17, а).

Работу выявительного органа второй ступени уст­ройства можно проследить по структурной схеме (см. рис. 9.16), а также по принципиальной схеме (рис. 9.17, а,б). Принцип работы выявительного органа осно­ван на фиксировании последовательного срабатывания и возврата реле сопротивления и реле мощности в про­цессе изменения угла б. На рис. 9.17, г показаны угло­вые зоны работы реле. При ускорении генерато­ров энергосистемы с эквивалентной Е_х относительно ге­нераторов энергосистемы эквивалентной ЭДС Е₂ про­цесс последовательного срабатывания идет в направле­нии против часовой стрелки, при торможении — по ча­совой стрелке.

В исходном доаварийном режиме при направлении активной мощности от шин в линию замкнут замыкаю­щий контакт KW1.1. Реле сопротивления KZ1 и KZ3, входящие в комплект AKZ, а следовательно, выявитель­ный орган в целом не работают. При возникновении асинхронного режима, при котором вектор ЭДС Е\ ус­коряется относительно ЭДС Е_2> происходит увеличение угла б. При достижении вектором £i положения 0 —б сра­батывает реле сопротивления KZ1, которое вызывает срабатывание промежуточного реле KL1. Последнее, самоудерживаясь, подготавливает к срабатыванию вы­ходное реле выявительного органа KL3 и блокирует p;i боту промежуточного реле KL2. На структурной схеме самоудерживание показано в виде обратной связи на элементе И, управляемом контактом KW1.1. Когда пси-тор Ei займет положение 0—в, реле мощности KWI о риентируется, при этом контакт KWJ.1 размыкается, а через небольшое время, необходимое для переключе­ния реле мощности, в момент, когда вектор Е_х достигнет положения 0 — г, замкнется контакт KW1.2, при этом срабатывает выходное реле KL3, управляющее счетчи­ком циклов Лц. Состояние реле KL1 при переключении мощности не изменяется. При дальнейшем увеличении угла б до значения, определяемого линией 0 — д, проис­ходит возврат реле сопротивления KZ1 и вслед за ним возврат промежуточных реле KL1 и KL3. Рассматривае­мый порядок работы реле выявительного органа повто­ряется в каждом цикле асинхронного режима. Промежу­точное реле KL2 в этом режиме не действует.

Если, асинхронный режим возникает с торможением вектора Ё₁ относительно вектора Е_ь выявительный ор­ган работает аналогично, только за время полного пово­рота вектора Е_х срабатывает реле KL2 и K.L3; реле KL1 не действует. Таким образом, промежуточное реле KLt фиксирует ускорение генераторов энергосистемы с ЭДС Е\, а промежуточное реле K.L2 — торможение этих гене­раторов. ^N

Выходное реле выявительного органа KL3 управляет работой счетчика циклов асинхронного режима я_ц. По истечении двух—четырех циклов (число циклов устанав­ливается предварительно с помощью перемычек в схе­ме счетчика) производится контроль положения ЭЦК. Если ЭЦК располагается в контролируемом сечении энергосистемы, то срабатывают реле сопротивления, фиксирующие ЭЦК. В результате с помощью счетчика циклов, реле фиксации ЭЦК и реле фиксации ускорения или торможения генераторов формируются выходные сигналы второй ступени устройства II.У и П.Т. В качест­ве реле фиксации ЭЦК в рассматриваемом примере (рис. 9.17, в) следует применять два реле сопротивле­ния KZ2 и KZ3 (на рис. 9.16 показано использование одного реле KZ2). По цепям П.У и П.Т производится действие, направленное на ресинхронизацию, или, если ресинхронизация недопустима, на разделение энергоси­стемы на несинхронно работающие части. В последнем случае допустимо не фиксировать знак скольжения.

В процессе работы счетчика циклов осуществляется контроль длительности каждого цикла. Если длитель­ность цикла превышает некоторое критическое значение, при котором наступает ресинхронизация, устройство блокируется: производятся сброс счетчика циклов и от­ключение выявительного органа. Период критического скольжения зависит от параметров энергосистемы и определяется на основании [191.

Счетчик циклов использует принцип поочередной фиксации срабатывания и возврата выходного реле вы­явительного органа KL3. Каждый цикл фиксируется с помощью двух промежуточных реле. На рис. 9.18 пока-

зана схема фиксации одного цикла асинхронного режи­ма. Первое реле счетчика KL1, срабатывая после сраба­тывания выходного реле выявительного органа KL3 (рис. 9.17, б)., фиксирует половину цикла асинхронного режима. Второе реле счетчика KL2 фиксирует полный цикл. Оно срабатывает после возврата KL3 с контролем срабатывания первого реле. Сработав, реле KL2 само­удерживается, при этом оно размыкает цепь катушки первого реле, чем исключает его действие в последую­щих циклах, и подготавливает к действию первое реле последующего цикла. Контур RC, включенный парал­лельно катушке реле K.L1, создает небольшую задерж­ку на возврат, чем обеспечивается надежное срабатыва­ние реле K.L2.

Третья ступень устройства применяется в том случае если первая или вторая ступени действуют на ресинхронизацию. В этих условиях третья ступень резервирует действие первых двух. Если в результате управляющих воздействий, направленных на ресинхронизацию, асинхронный режим не ликвидирован, третья ступень уст­ройства с выдержкой времени t₂ действует на разделе­ние энергосистемы на несинхронно работающие части. Выдержка времени t₂ должна превышать возможную продолжительность ресинхронизации и должна быть меньше допустимой продолжительности асинхронного режима. Обычно эта выдержка времени составляет при­близительно 10—20 с. Наличие асинхронного режима по истечении выдержки времени h проверяется по факту повторного срабатывания второй ступени устройства со счетчиком циклов (на структурной схеме рис. 9.16 фиксация повторного срабатывания второй ступени уст­ройства не показана).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Что понимается под статической и динамической устойчиво­стью параллельной работы генераторов? Какие причины вызывают нарушение устойчивости?

2. Как влияет автоматическое регулирование возбуждения ге­нераторов на устойчивость их параллельной работы?

3. Почему снижение времени короткого замыкания способству­ет повышению устойчивости параллельной работы генераторов?

4. Пояснить, каким образом отключение части генераторов элек­тростанции повышает устойчивость параллельной работы.

5. Дайте характеристику основных устройств централизованной системы противоаварийной автоматики.

6. Назначение аналого-релейного преобразователя в устройстве АДВ и принцип его выполнения.

7. Какие функции выполняет устройство отключения генерато­ров, схема которого приведена на рис. 9.11?

8. Назначение и принципы выполнения аппаратуры телепередачи сигналов автоматики типа АНКА.

9. Какие преимущества дает применение ЭВМ в противоаварий­ной автоматике?

10. Назовите характерные признаки асинхронного режима. В чем состоит опасность асинхронного режима и какие существуют спо­собы его ликвидации?

11. Назовите способы выявления асинхронного режима и прин­ципы выполнения выявительных органов устройств.

12. В каких режимах энергосистемы возникает опасное повы­шение частоты и какие мероприятия применяются для его ограни­чения?

13. Каковы причины опасного повышения напряжения в энер­госистеме, какие мероприятия применяются для его ограничения?