Назначение и основные принципы выполнения АЧР

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 12Следующая ⇒

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 и производительность приводимых ими механизмов собственных нужд тепловых электростанций. Так, например, 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. Вследствие снижения производительности механизмов собственных нужд 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, установленных 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 дежурные 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 в сети является отключение части наименее ответственных потребителей. Это и осуществляется с помощью специальных устройств – автоматов частотной разгрузки (АЧР), срабатывающих при опасном снижении частоты в сети.

Изменение частоты энергосистемы является сложным процессом, связанным с изменением параметров отдельных её элементов: активной мощности, развиваемой агрегатами электростанций и мощности нагрузки, большая часть которой состоит из электродвигателей.

Глубина снижения частоты зависит не только от значения дефицита активной 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 её снижении остается постоянной. Потребление же другой группы потребителей (электродвигателей переменного тока) при уменьшении частоты снижается. Чем больше в энергосистеме доля нагрузки первой группы, тем больше снизится 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 регулирующего эффекта К_Н, равным отношению:

. (65)

Коэффициент К_Н 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 в расчетах равным 1¸ 3.

Отклонение частоты в процентах, входящее в выражение (65),

где Df – в герцах.

Подставляя это значение в выражение (65), получаем:

откуда

. (66)

Таким образом, зная коэффициент К_Н, можно по выражению (66) определить, на сколько герц снизится частота при определенном значении дефицита активной мощности DР, выраженном в процентах к полной нагрузке энергосистемы. Зная величину снижения частоты в аварийном режиме f_АВ по сравнению с номинальной частотой 50 Гц, можно определить установившиеся значение частоты:

или . (67)

Если до возникновения дефицита энергосистема работала с частотой f_С, отличной от 50 Гц, выражение (67) будет иметь следующий вид:

. (68)

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 снижения частоты, угрожающего нарушением работы механизмов собственных нужд электростанций, что может повлечь за собой лавину частоты. В соответствии с ПТЭ устройства АВР 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 АВР необходимо учитывать все реально возможные случаи аварийных отключений генерирующей мощности и разделения энергосистемы или энергообъединения 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 привило, выполняется многоступенчатым, в несколько очередей, отличающихся уставками по частоте срабатывания.

Рис. 42.

На рис. 42. 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 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 50 Гц 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 отключит часть потребителей: дефицит активной мощности уменьшится, благодаря чему уменьшится и скорость снижения частоты. При частоте 47, 5 Гц (точка 2) сработают АЧР второй очереди, 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 её восстановления. Устройства АЧР, используемые для ликвидации аварийного дефицита активной мощности в энергосистемах, подразделяются на три основные категории (ПТЭ).

Лекция №17

Первая категория АЧРI – быстродействующая (t = 0, 1 ¸ 0, 3 с) с уставками срабатывания от 49 Гц (в отдельных случаях от 49, 2 – 49, 3 Гц) до 46, 5 Гц. назначение очередей АЧРI – не допустить глубокого снижения частоты в первое время развития аварии. Уставки срабатывания отдельных очередей АЧРI отличаются одна от другой на 0, 1 Гц.

Мощность потребителей, подключаемых к устройствам АЧРI, Р_АЧР_I определяется по формуле (ПТЭ)

, (69)

где: DР_Г - дефицит генерирующей мощности;

DР_РЕЗ - учитываемая часть резерва мощности;

0, 05 - запас.

В качестве DР_РЕЗ учитывается только гарантированный вращающийся резерв тепловых электростанций, обеспеченный по паропроизводительности котлов. Все величины в формуле (69) указаны в относительных единицах, причем за базисную мощность принята потребляемая мощность энергосистемы (района) в исходном режиме до возникновения дефицита мощности. Мощность, подключаемая а АЧРI, примерно равномерно распределена между очередями.

Вторая категория АЧРII – предназначена для восстановления частоты до нормального значения, если она длительно остается пониженной, или, как говорят «зависает» на уровне около 48 Гц; АЧРII работает после отключения части потребителей от АЧРI, когда снижение частоты прекращается и она устанавливается на уровне 47, 5 – 48, 5 Гц.

Уставки срабатывания всех АЧРII принимаются одинаковыми, равными верхней уставке АЧРI или несколько большими (до 0, 5 Гц), но не выше 49, 2 Гц. 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 энегосистеме: 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. Объем нагрузки, подключаемый к АЧРII, зависит от способа осуществления этого вида автоматики, который может быть раздельным и совмещенным с АЧРI. В первом случае к АЧРII подключаются другие потребители, а не те, которые подключены к АЧРI. При совмещенном выполнении на отключение одних и тех же потребителей действуют как АЧРI, так и АЧРII.

При раздельном выполнении АЧРI и АЧРII суммарная мощность потребителей, подключенных к АЧРII, должна удовлетворять следующему условию:

, (70)

но не менее 0, 1.

При совмещении действия АЧРI и АЧРII мощность потребителей, подключенных только к устройствам АЧРII, должна составлять:

. (71)

В результате суммарная мощность потребителей, подключенных к устройствам АЧР, составит:

· при раздельном действии АЧРI и АЧРII

; (72)

· при совмещенном действии АЧРI и АЧРII,

. (73)

При определенных выше параметрах настройки реле АЧР и объемах разгрузки предотвращается снижение частоты ниже 46 Гц и обеспечивается восстановление нормальной частоты в энергосистеме за время не более 1 – 1, 5 мин. При заданных уставках, отличающихся на 0, 1 Гц, допускается неселективная работа смежных очередей АЧР.

Кроме указанных категорий автоматической частотной разгрузки АЧРI и АЧРII в эксплуатации применяется также так называемая дополнительная категория разгрузки. 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 АЧРI и АЧРII, оказывается недостаточно для ликвидации возможного дефицита активной мощности в этом районе. Дополнительная разгрузка может выполняться как с помощью АЧР, так и с помощью других устройств противоаварийной автоматики.

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. Поэтому АПВ линии, отключенной действием АЧР, должно блокироваться. Линии и трансформаторы, обеспечивающие резервное питание в схемах АВР, должны отключаться теми же очередями АЧР, что и основные питающие линии и трансформаторы.

Лекция №18

Узлы схемы реле типа РЧ-1.

Блок схема реле представлена на рис. 45.

Рис. 45.

Формирователь импульсов (Ф1). При отсутствии сигнала транзистор Т1 открыт током, проходящим через резисторы R7 и R*. Транзистор Т1 остается открытым и при отрицательной полуволне напряжения на входе диодов Д4 иД5. При положительной полуволне напряжения на входе одного из диодов Д4 или Д5 потенциал точки Б1 становится положительнее потенциала базы Т1. При этом закрывается диод Д7, отделяя базу Т1 от шинки – 12 В. Потенциал базы Т1 при этом положителен и равен падению напряжения на диоде Д9; транзистор Т1 закрыт. Таким образом, при положительной полуволне напряжения измерительной цепи транзистор Т1 закрыт, при отрицательной – открыт. Выходное напряжение Ф1 с резистора R11 подается на ЛЭ. Аналогично транзистору Т1 работает транзистор Т2 формирователя импульсов Ф2. Закрывание транзисторов Т1 и Т2 происходит при небольших напряжениях на базе, равных долям вольта, что позволяет формировать напряжение прямоугольной формы между эмиттером и коллектором каждого транзистора в течение времени, близкого полупериоду входного сигнала.

Дифференцирующий элемент (ДЭ). При закрывании транзистора Т2 происходит заряд конденсатора С42 через резистор R10 и сопротивление перехода эмиттер-коллектор транзистора Т3 (при закрытом транзисторе Т1) или сопротивление перехода эмиттер-база транзистора Т4 (при открытом транзисторе Т3). Время заряда конденсатора С42 значительно меньше времени закрытого состояния транзистора Т2, что позволяет получить на конденсаторе кратковременный зарядный импульс, начало которого совпадает с началом закрывания транзистора Т2.

Логический элемент (ЛЭ) выполнен на транзисторе Т3. При открытом транзисторе Т1 транзистор Т3 закрыт положительным потенциалом, поступающим на его базу с делителя R12-R13. При закрывании Т1 транзистор Т3 открывается током базы, возникающим при перераспределении потенциалов на делителе R12-R13.

Расширитель импульсов (РИ). Транзистор Т4, выполняющий роль предварительного усилителя, при отсутствии на реле переменного напряжения открыт под воздействием тока через резистор R14. При наличии переменного напряжения выпрямленное напряжение пускового органа ПО (диоды Д1, Д2, резистор R41, конденсатор С41) закрывает диод Д10, что приводит к закрыванию Т4 прямым падением напряжения на диоде Д12. При закрытом Т4 закрыт также и транзистор Т5, поскольку при выбранном соотношении сопротивлений в делителях R17-R18 и R22-R23 диоды Д14 и Д15 открыты.

При открывании транзистора Т4 импульсом u’_Д открывается диод Д13, что приводит к закрыванию диодов Д14 и Д15 и открыванию транзистора Т5, так как потенциал его базы, подключенной через резистор R17 к нулю схемы, оказывается выше потенциала эмиттера, потенциал которого определяется параметрами делителя R22-R23.

Усилитель (совмещен с цепями РИ) обеспечивает фиксацию, усиление и передачу на исполнительный орган импульса на срабатывание, полученного от логического элемента. Кроме того, в состав усилителя входят конденсаторы С6, С7, С8, создающие задержку на срабатывание реле. При закрытом транзисторе Т5 транзистор Т6 также закрыт падением напряжения на открытом диоде Д16, ток через который определяется, в частности, сопротивлением резистора R20. Открывание транзистора Т5 приводит к перераспределению потенциалов в цепи R19, R20, что и обеспечивает открывание транзистора Т6. При открытом транзисторе Т6 диод Д17 открыт, а Д18 закрыт. Поэтому открыт и транзистор Т7 типа n-p-n, база которого заведомо положительнее эмиттера, подключенного к средней точке делителя R29-R30. Через открытые транзисторы Т7 и Т5 открыты соответственно транзисторы Т8 и Т6. При открытом транзисторе Т8 база транзистора Т9 положительнее его эмиттера, и транзистор Т9 закрыт.

При исчезновении импульсов на входе РИ закрывается транзистор Т5, прерывается путь для тока, открывающего транзистор Т6, и последний закрывается, что приводит к закрыванию диода Д17. После заряда конденсаторов С6, С7, С8 открывается диод Д18, база Т7 подключается к делителю R25-Д18-R24, и транзистор Т7 закрывается. Транзистор Т8 закрывается так же, как при закрывании Т5 закрывается транзистор Т6. Закрывание транзистора Т8 создает возможность для прохождения тока, открывающего выходной транзистор Т9 по цепи: нулевая шинка-эмиттер Т9-база Т9-R31-R28-шинка – 12 В. Транзистор Т9 открывается, что приводит к срабатыванию реле частоты.

Таким образом, для срабатывания реле частоты необходимо, чтобы закрылся транзистор Т5 на время, большее времени заряда конденсаторов С6, С7, С8, т.е. больше уставки времени срабатывания реле. Частота срабатывания реле устанавливается ступенчато через 1 Гц, переключением числа витков реактора Р1 и плавно, в пределах 1 Гц, резистором R1. Разница между частотой срабатывания и возврата реле при неизменной уставке не превышает 0, 1 Гц. Аналогично с помощью реактора Р2 и резистора R2 регулируется уставка возврата реле частоты при использовании его в схеме АЧР с ЧАПВ.

Для питания реле частоты постоянным оперативным током в реле встроен блок питания БП. Напряжение +6 и –12 В создается стабилитронами Ст1 и Ст2 через ограничивающие резисторы. Для предотвращения неправильного срабатывания реле при подаче или снятии постоянного оперативного тока предназначены конденсаторы большой емкости С46 С45.

ЛЕКЦИЯ №19

Реле частоты

В качестве основного органа устройств АЧР, определяющего глубину снижения частоты, используются реле частоты. Широкое применение в схемах АЧР нашли индукционные реле частоты типа ИВЧ-011А (ИВЧ-3). В последнее время в схемах АЧР используются полупроводниковые реле частоты типа РЧ-1, схема которого приведена на рис. 43.

Напряжение сети u_С через разделительный трансформатор Т и фильтр высших гармоник Ф (Р3 и С1) подается на фазосдвигающую схему, состоящую из двух частотно-измерительных элементов И1 и И2 и активного делителя А. Цепь с элементом И1 служит для задания уставки реле по частоте срабатывания (Р1, R1, С4, С5, R3), а цепь с элементом И2 (Р2, R2, С2, С3, R42) – для уставки реле по частоте возврата (при использовании реле в схеме АЧР с ЧАПВ). Цепь срабатывания подключена к фазочувствительной схеме постоянно, цепь возврата подключается при необходимости (через внешние контакты), например, при осуществлении ЧАПВ. Активный делитель А (R4, R5) служит для создания опорного напряжения u₂, относительно которого производится измерение углов сдвига фаз токов цепей И1 или И2, зависящих от частоты сети на входе реле.

Принцип действия реле основан на изменении фазы тока в цепи И1 и И2 при изменении частоты напряжения на входе реле. Параметры этих цепей подобраны таким образом, что при уставке срабатывания реле возникает резонанс напряжений. При этом сопротивление цепи становится чисто активным, и ток в ней совпадает по фазе с приложенным напряжением. Если частота приложенного напряжения выше частоты срабатывания реле, то в цепи преобладает индуктивное сопротивление и ток отстает от напряжения. Если частота напряжения сети ниже частоты срабатывания, то преобладающим становится емкостное сопротивление, и ток опережает напряжение. Схема дает разрешение на срабатывание реле, если ток в измерительной цепи совпадает с приложенным напряжением или опережает его.

Фазочувствительная схема, реагирующая на угол между напряжением на R5 и R3 (И1) или R42 (И2), состоит из двух идентичных формирователей импульсов Ф1 и Ф2, дифференцирующего элемента ДЭ и логического элемента ЛЭ, выполняющего операцию «Запрет». Формирователи импульсов преобразуют синусоидальные напряжения, снимаемые с резисторов R5 и R3 (R42), в импульсы прямоугольной формы с длительностью, близкой к полупериоду (u_Ф1 и u_Ф2). Положение импульсов относительно друг друга во времени определяется соотношением частоты срабатывания реле и частоты сети.

Дифференцирующий элемент формирует короткий импульс u_Д, соответствующий переднему фронту прямоугольного импульса u_Ф2 (рис. 44.). Импульсы от элементов Ф1 и ДЭ поступают на логический элемент, представляющий собой схему несовпадения. Прохождение импульса u_Д через элемент ЛЭ возможно только при условии отсутствия на входе этой же схемы импульса u_Ф1 (f_C > f_C_._P_.).

Рис. 43.

Наличие на входе элемента ЛЭ импульса u_Ф1 блокирует прохождение импульса u_Д (f_C < f_C.P.). В первом случае на выходе элемента ЛЭ появляются импульсы u’_Д. (рис. 44. а)), поступающие на вход расширителя импульсов РИ. При наличии этих импульсов выходное реле не срабатывает. При исчезновении импульсов на входе РИ (рис. 44. б)) на его выходе появляется с выдержкой времени сигнал постоянного тока, который через усилитель У вызывает срабатывание исполнительного органа ИО.

Для предотвращения ложного срабатывания реле в случае исчезновения напряжения в сети, а вместе с ним и импульсов на входе РИ в схему введен пусковой орган ПО, который пускает РИ только при наличии на входе реле переменного напряжения.

Рис. 44.

ЛЕКЦИЯ №20

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒