Вилка

       Рисунок 3.3 - Схема включения   статического реле частоты РСГ 11

        4Лекция . Назначение и классификация устройств  

        противоаврийной автоматики

        Содержание лекции: качественный анализа  влияния аварийных воз­мущений на режим работы энергосистемы. 

 Цель лекции: дать представление о основных видах противоаврийной автоматики.

         4.1 Классификация устройств противоаврийной автоматики.

         Развитие энергосистем и соединение их в крупные объединенные энер­госистемы (ОЭС), сооружение сверхмощных ТЭС и ГЭС и протяжен­ных сильно загруженных электропередач выдвинули ряд новых требова­ний в части дальнейшей автоматизации управления режимами энерго­систем. В связи с этим возникла необходимость: непрерывного контроля за режимами линий электропередачи, нагрузка которых может вне­запно возрасти; выявления моментов отключения линий, сопровожда­ющихся набросами мощности и опасными перегрузками параллельных линий, автотрансформаторов и другого оборудования; выявления мо­ментов разрыва электропередач, нарушения устойчивости и характера возникшего при этом асинхронного режима.   

        Опасность нарушения нор­мального режима может возникнуть также и при слабых возмущениях, например при медленном увеличении передаваемой по линии мощности, приводящем к нарушению статической устойчивости.

Нарушение нормального режима при больших возмущениях проис­ходит весьма быстро, предотвратить и даже ликвидировать это наруше­ние действиями обслуживающего персонала практически невозможно. Для решения этой задачи используются различные средства ПА.

        По своему назначению все устройства ПА можно разделить на нес­колько видов:

        1) устройства автоматического предотвращения нарушения устойчи­вости параллельной работы (АПНУ);

        2) устройства   автоматической   ликвидации  асинхронного  режима (АЛАР);

        3) устройства   автоматического   ограничения   повышения   частоты (АОПЧ);

       4) устройства автоматического    ограничения    снижения    частоты (АОСЧ), в   том  числе  автоматической  частотной  разгрузки   (АЧР);

       5) устройства автоматического ограничения снижения напряжения (АОСН);

       6)  устройства автоматического ограничения повышения напряжения (АОПН);

       7) устройства   автоматической   разгрузки   оборудования    (АРО).      

       Назначение различных видов противоаварийной автоматики можно

проследить на примерах качественного анализа влияния аварийных воз­мущений на режим работы энергосистемы, схема которой приведена на рисунке 4.1 В качестве одного из примеров рассмотрим влияние КЗ на одной из параллельных линий участка ЭСЗ—ЭС4. После отключения поврежден­ной линии устройствами релейной защиты мощность, ранее передававшая­ся по двум линиям, будет передаваться по одной и может превысить некоторое предельное значение, следствием чего будет

Рисунок 4.1-Схема участка энергосистемы

нарушение устойчи­вости параллельной работы генераторов электростанций ЭС1—ЭСЗ от­носительно генераторов электростанции ЭС4. Для предотвращения это­го нарушения применяются устройства АПНУ, действующие на ограни­чение мощности генераторов передающей части энергосистемы (элект­ростанции ЭС1—ЭСЗ). Для того чтобы это ограничение мощности не вы­зывало снижения частоты в энергосистеме, в приемной части ее (на элек­тростанции ЭС4) применяются устройства, действующие на увеличение загрузки работающих генераторов или отключение части потребителей.

         Опасность нарушения устойчивости может возникнуть и при КЗ на линии ЭС1-ЭСЗ, поскольку мощность, вырабатываемая электростан­цией ЭС1, будет передаваться по линии ЭС1-ЭС2, увеличивая ее загруз­ку. В этих условиях возможно нарушение устойчивости параллельной работы генераторов электростанции ЭС1 относительно остальной части энергосистемы. Для предотвращения нарушения устойчивости в рас­сматриваемом случае ограничение мощности следует применить на элек­тростанции ЭС1, а увеличение загрузки работающих генераторов или отключение  нагрузки  потребителей  — на электростанциях ЭС2-С4.

         При отказах устройств АПНУ возможно нарушение устойчивости па­раллельной работы и как следствие — возникновение асинхронного хо­да, являющегося наиболее опасным нарушением режима, поскольку он сопровождается глубокими колебаниями напряжения в узловых точках энергосистемы, что неблагоприятно для работы потребителей. Кроме того, в асинхронном режиме электростанции, вышедшие их синхрониз­ма, перестают выдавать мощность в приемную энергосистему. Последнее обстоятельство приводит к тому, что частота в передающей части энерго­системы (избыточной по мощности) увеличивается, а в приемной части (дефицитной по мощности) уменьшается.

         Для прекращения асинхронного режима применяются устройства АЛАР, действующие на восстановление синхронизма (ресинхронизацию) или разделение энергосистемы на несинхронно работающие части. Для обеспечения ресинхронизации выполняются мероприятия, направлен­ные на выравнивание частот: в передающей части энергосистемы приме­няется разгрузка турбин электростанций или отключение части генера­торов, в приемной части энергосистемы — загрузка работающих генера­торов или отключение части нагрузки.

        Одним из тяжелых видов аварийного возмущения является также разрыв электропередачи, связывающей две части энергосистемы. Так, при разрыве электропередачи ЭС З—ЭС 4 (рисунок 4.1), возникающем при отключении одной из параллельных линий в условиях, когда вторая параллельная линия выведена в ремонт, в одной части энергосистемы (на электростанциях        ЭС1-ЭС З) возникает избыток мощности генера­торов, в другой части, питающейся от ЭС 4, -дефицит. Избыток мощно­сти может привести к опасному повышению частоты. Для предотвра­щения указанного предусматриваются устройства АОПЧ, действующие на разгрузку турбин электростанций или на отключение части генерато­ров (в основном гидрогенераторов), или на отделение тепловых элек­тростанций от гидроэлектростанций с примерно сбалансированной нагрузкой.

        Дефицит мощности, приводящий к опасному понижению частоты, ликвидируется устройствами АОСЧ, которые действуют на автомати­ческий частотный ввод резерва, автоматическую частотную разгрузку потребителей (АЧР) или на выделение электростанций со сбалансирован­ной нагрузкой для сохранения их собственных нужд.

         В дефицитной части энергосистемы помимо снижения частоты воз­можно снижение напряжения, обусловленное дефицитом реактивной мощности. Опасность снижения напряжения связана с возможностью нарушения устойчивости потребителей и возникновения лавины напряжения. Для предотвращения опасного снижения напряжения пре­дусматриваются устройства АОСН, действующие на форсировку воз­буждения генераторов, отключение шунтирующих реакторов и отклю­чение части нагрузки.

         Линии электропередачи напряжением 330 кВ и выше могут быть ис­точниками опасного для электрооборудования электростанций и под­станций повышения напряжения при их одностороннем отключении. Для предотвращения длительного повышения напряжения применяют устройства АОПН, действующие на включение шунтирующих реакторов или отключение линии.

         Отключение одной из линий, питающих нагрузку подстанции ПС5 рисунок 4.1, может вызвать перегрузку оставшейся в работе линии по условию ее термической стойкости. Для предотвращения повреждения линии используются устройства АНМ (автоматика наброса мощности), действующие на ограничение мощ­ности питающей электростанции (если это мероприятие эффективно) или на отключение части нагрузки.

         5 Лекция. Возмущающие воздействия на электроэнергетические системы и противоаврийные управляющие возмущающие воздействия           

        Содержание лекции: изучаются  способы предотвращения нарушения динамической и статической устойчивости.

         Цель лекции: изучить категории возмущающих воздействий и назначение противоаврийных возмущающих воздействий.

         5.1 Возмущающие воздействия

Возмущающие воздействия вызывают внезапные скачкообраз­ные изменения мощностей, передаваемых по линиям электропередачи, и интенсивные и в широких пределах изменения режимных параметров ра­боты электроэнергетической системы. По степени тяжести различаются три категории или группы опасных возмущающих воздействий.

         К первой группе относятся отключения линии электропередачи на­пряжением 500 кВ и ниже (линий связи с АЭС 750 кВ) при однофазных КЗ на землю с успешным или неуспешным однофазным автоматиче­ским повторным включением на указанных линиях или линиях более высокого напряжения при успешном ОАПВ и отключение одного блока генератор-трансформатор, кроме наиболее мощного в ОЭС.

         Вторую группу составляют отключения линий электропередачи лю­бого напряжения при двухфазных КЗ на землю и успешном или неуспеш­ном ТАПВ, отключение наиболее мощного синхронного генератора или двух генераторов АЭС, относящихся к одному ядерному реактору, одно­временное отключение двух цепей или линий.

         К третьей, наиболее тяжелой, категории относятся возмущающие воздействия, обусловленные однофазными КЗ на землю на линии или шинах любого напряжения при отказе одного из выключателей и дей­ствии устройства резервирования отказов выключателей на отключение неповрежденного элемента и отключениями синхронных генераторов од­ной системы (секции) шин или распредустройства одного из напряжений суммарной мощностью, составляющей половину мощности электро­станции.

         Возмущающие воздействия угрожают нарушениями динамической в аварийном или статической в послеаварийном режиме устойчивости электроэнергетической системы.

         Противоаварийные управляющие воздействия. Для предот­вращения нарушения динамической устойчивости необходимы быстро­действующие, интенсивные, но кратковременные управляющие воздей­ствия. Обеспечение статической устойчивости достигается также по­являющимися практически безынерционно, однако длительно существу­ющими управляющими воздействиями.

         Поскольку противоаварийное управление производится при электро­механических переходных процессах, а опасность нарушения синхронной параллельной работы определяется развивающимися снижением и повы­шением частот вращения синхронных генераторов, начинающихся после возмущающего воздействия, в одной — дефицитной по мощности (обыч­но приемной), и в другой — избыточной по мощности (передающей) частях электроэнергетической системы соответственно, то противоава­рийные управляющие воздействия должны главным образом изменять генерируемые мощности, а в крайних случаях и снижать мощности на­грузки.

          Конкретно противоаварийные управляющие воздействия произ­водят:

          -  повышение пропускной способности электропередачи, т.е. ее пре­дельную передаваемую мощность;

          -  снижение генерируемой мощности в избыточной передающей ча­сти ЭЭС, частота вращения синхронных генераторов в которой увеличивается;

          - синхронные генераторы которой уменьшают частоту своего вращения;

          -  уменьшение мощности, потребляемой нагрузкой приемной части электроэнергетической системы;

          -  увеличение нагрузки синхронных генераторов передающей части

         Соответственно для предотвращения нарушения динамической устойчивости противоаварийные управляющие воздействия осуще­ствляют:

          -  программную форсировку возбуждения ФВ (рисунок 8.1) синхронных генераторов — быстрое кратковременное увеличение ЭДС генера­торов до допустимого по их термической стойкости уровня, обу­словливающего повышение напряжений на шинах электростанции и предел передаваемой мощности электропередачи;

          -  интенсивное кратковременное снижение мощности,  развиваемой паровыми турбинами, — импульсную разгрузку турбоагрегатов ИРТ;

          -  быстрое кратковременное подключение, обычно к гидрогенерато­рам передающей части, искусственной резистивной нагрузки — электрическое торможение ЭТ гидроагрегатов;

          -  быстрый перевод тиристорных преобразователей в инверторный режим накопителей электроэнергии в приемной части — их фор­сировку на выдачу энергии в нагрузку ФНЭЭ.

          Для сохранения статической устойчивости в послеаварийном режиме используются противоаварийные управляющие воздействия, обеспечи­вающие:

          -  изменение  настройки  автоматических регуляторов возбуждения сильного действия ИН АРВ в целях достижения максимально воз­можной пропускной способности электропередачи в сложившихся после возмущающего воздействия условиях;

          -  увеличение емкостного сопротивления устройства продольной ком­пенсации индуктивного сопротивления линии, повышающего пре­дельную передаваемую мощность линии, — форсировку продоль­ной компенсации ФПК;

         -  отключение реакторов ОР, повышающее напряжения в начале и в конце линии;

         -  отключение гидрогенераторов ОГ передающих ГЭС и длитель­ное снижение мощности — длительную разгрузку турбоагрегатов ТЭС ДРТ-

          -  быстродействующую загрузку  недогруженных гидрогенераторов БЗГ приемной части электроэнергетической системы и перевод гидрогенераторов из режима работы синхронным компенсатором в генераторный режим СК - Г;

          -  частичное программное отключение нагрузки ОН приемной части до развития процесса снижения частоты.

          При недостаточности указанных воздействий для предотвращения снижения частоты производится частотный (ускоренный) пуск, само­синхронизация и быстрый набор нагрузки резервных гидрогенераторов ЧПГ и отключение нагрузки — автоматическая частотная разгрузка приемной части электроэнергетической системы.

Противоаварийные управляющие воздействия общесистемной про-тивоаварийной автоматики вырабатываются управляющим вычисли­тельным комплексом УВК, расположенным на диспетчерском пункте ДП.      

          Необходимые сигналы информации о параметрах предшествующего возмущающему воздействию и послеаварийного режимов, о схеме элек­троэнергетической системы и о происходящих отключениях выключате­лей — возмущающих воздействиях и противоаварийные управляющие воздействия передаются по высокочастотным каналам связи ВЧКС, осу­ществляемым по проводам линий электропередачи путем установки по их концам высокочастотных заградителей в виде параллельных резо­нансных ZC-контуров и конденсаторов связи С_св, устройствами телеиз­мерений УТИ, телесигнализации УТС и быстродействующими устрой­ствами передачи сигналов противоаварийной автоматики БСПА.

          6  Лекция. Понятие об устойчивости параллельной работы энергосистем

Содержание лекции: изучается влияние на устойчивость параллельной работы электростанции относительно приемной   энергосистемы   механической мощности, развиваемой турбинами станции, Р_Т  и электрической мощ­ности Р_Э, отдаваемой генераторами. 

Цель лекции: изучить понятия статической и динамической устойчивости.

         6.1 Статическая устойчивость

         Под статической устойчивостью понимается способность энергосисте­мы сохранять синхронную параллельную работу генераторов при малых возмущениях и медленных изменениях параметров режима.

На рисунке 6.2,а показана схема электрической системы, состоящей из электростанции ЭС, линии электропередачи W и приемной энергосисте­мы бесконечно большой мощности. Известно, что электрическая мощность   Р, вырабатываемая электростанцией и потребляемая нагрузкой         энергосистемы, равна                                     

                                       Р =                                          (6.1)

         где Е_Г — ЭДС генераторов электростанции; U_С — напряжение энерго­системы; Z_РЕЗ - результирующее сопротивление генераторов электро­станции, линии электропередачи и энергосистемы.

        Если ЭДС генераторов Е_Г, напряжение системы U_С и Х_РЕЗ неизмен­ны, то электрическая мощность, передаваемая электростанцией в энер­госистему, зависит от угла между векторами Е_Г и U_РЕЗ  (рисунок 6.1б). Эта зависимость имеет синусоидальный характер, она получила назва­ние угловой характеристики   электропередачи (рисунок 6.1в)

         Максимальное значение мощности, которая может быть передана в энергосистему, называется пределом статической устой­чивости:

                                Р_ПР.СТ =                                                    (6.2)   

Это значение мощности соответствует амплитуде угловой характе­ристики (точка 3 на рисунке 6.1в).

Устойчивость параллельной работы электростанции относительно приемной   энергосистемы   определяется   соотношением   механической мощности, развиваемой турбинами станции, Р_Т  и электрической мощ­ности Р_Э, отдаваемой генераторами. Нормальный установившийся ре­жим характеризуется равенством механической мощности, развиваемой турбинами,   и   электрической   мощности,   отдаваемой   генераторами: Р_Т = Р_Э

Рисунок 6.1- Схема электропередачи (а), векторная диаграмма тока и напряжений (б) и угловая характеристика электропередачи (в)

         Мощность турбины не зависит от угла δ  и определяется только                   коли­чеством энергоносителя, поступающего в турбину. Условию (6.3) соответствуют точки 1 и 2 на рисунке 6.1в. Точка 1 является точкой устойчивого равновесия, а точка 2 — неустойчивого равновесия. Область устойчивой работы определяется диапазоном углов δ от 0 до 90°. В области углов, больших 90°, устойчивая параллельная работа невозможна.

         Работа на предельной мощности, соответствующей углу 90°, не произ­водится, так как малые возмущения, всегда имеющиеся в энергосистеме колебания нагрузки, могут вызвать переход в неустойчивую область и нарушение синхронизма. Максимальное допустимое значение передава­емой мощности принимается меньшим предела статической устойчи­вости.

Запас оценивается коэффициентом запаса статичес­кой устойчивости, %:

                                           K _З.СТ =           (6.3)   

         Запас статической устойчивости для электропередачи в нормальном режиме должен составлять не менее 20%, а в кратковременном после-аварийном режиме (до вмешательства персонала в регулирование режи­ма) — не менее 8%.

          6.2 Динамическая устойчивость

          Под динамической устойчивостью понимается способность энерго­системы сохранять синхронную параллельную работу генераторов при значительных внезапных возмущениях, возникающих в энергосистеме (КЗ,   аварийное  отключение  генераторов, линий,, трансформаторов).

Для оценки динамической устойчивости применяется метод пло­щадей. В качестве примера рассмотрим режим работы двухцепной электропередачи, связывающей электростанцию с энергосистемой, при КЗ на одной из линий с отключением поврежденной линии и ее успеш­ным АПВ (рисунок 6.2а).

Исходный режим электропередачи характеризуется точкой 1, распо­ложенной на угловой характеристике I, которая соответствует исходной схеме электропередачи  (рисунок 6.2б). При КЗ в точке   К1 на линии W2 угловая характеристика электропередачи занимает положение II.

Снижение амплитуды характеристики II вызвано значительным увели­чением результирующего сопротивления Z_РЕЗ между точками приложе­ния Е_Г и U_С. В момент КЗ происходит сброс электрической мощности на величину ∆Р за счет снижения напряжения на шинах станции (точка 2 на рисунке 6.2б).  

         Сброс электрической мощности зависит от вида КЗ и его места. В предельном случае при трехфазном КЗ на шинах станции происходит сброс мощности до нуля. Под действием избытка механичес­кой мощности турбин над электрической мощностью роторы генерато­ров станции начинают ускоряться, а угол δ увеличивается. Процесс из­менения мощности идет по характеристике II. Точка 3 соответствует моменту отключения поврежденной линии с двух сторон устройствами релейной защиты РЗ.

Рисунок 6.2 - Качественный анализ динамической устойчивости при КЗ на линии элект­ропередачи:

а - схема электропередачи; б - угловые характеристики электропередачи; в -изменение угла δ во времени

         После отключения линии режим электропередачи характеризуется точкой 4, расположенной на характеристике III, кото­рая соответствует схеме электропередачи с одной отключенной линией. За время изменения угла от δ₁ до δ₃  роторы генераторов станции при­обретают дополнительную кинетическую энергию. Эта энергия пропор­циональна площади, ограниченной линией Р_Т, характеристикой II и ор­динатами в точках 1 и 3.     

         Эта площадь получила название площадки ускорения S_У. B точке 4 начинается процесс торможения роторов, так как электрическая мощность больше мощности турбин. Но процесс торможения происходит с увеличением угла δ. Увеличение угла δ будет продолжаться до тех пор, пока вся запасенная кинетическая энергия не перейдет в потенциальную.  

         Потенциальная энергия пропорциональ­на площади, ограниченной линией Р_Т и угловыми характеристиками послеаварийного режима. Эта площадь получила название площадки торможения S_Т. В точке 5 по истечении некоторой паузы после отключения линии W2 срабатывает устройство АПВ (предполагается использование трехфазного быстродействующего АПВ с малой паузой). При успешном АПВ процесс увеличения угла будет продолжаться по ха­рактеристике I (точка 6), соответствующей исходной схеме электро­передачи. Увеличение угла прекратится в точке 7, которая характеризу­ется равенством площадок S_y и S_T. В точке 7 переходный процесс не останавливается: вследствие того что электрическая мощность превыша­ет мощность турбин, будет продолжаться процесс торможения по харак­теристике I но только с уменьшением, угла. Процесс установится в точ­ке 1 после нескольких колебаний около этой точки. Характер измене­ния угла δ во времени показан на рисунке 6.2,в.

        С целью упрощения анализа мощность турбин Р_Т во время переход­ного процесса принята неизменной. В действительности она несколько меняется вследствие действия регуляторов частоты вращения турбин.

Таким образом, анализ показал, что в условиях данного примера сох­раняется устойчивость параллельной работы. Необходимым условием ди­намической устойчивости является выполнение условий статической устойчивости в послеаварийном режиме. В рассмотренном примере это условие выполняется, так как мощность турбин не превышает предела статической устойчивости.

Устойчивость параллельной работы была бы нарушена, если бы в пере­ходном процессе угол δ перешел значение, соответствующее точке 8. Точка 8 ограничивает справа максимальную площадку торможения. Угол, соответствующий точке 8, получил название критического δ _КР . При переходе этой границы наблюдается лавинное увеличение угла δ, т.е. выпадение генераторов из синхронизма.

         Запас динамической устойчивости оценивается коэффициентом, равным отношению максимально возможной площадки торможения к площадке ускорения:

                       k _З.ДИН  =                                                             (10.5)

При k _З.ДИН  > 1 режим устойчив, при k _З.ДИН  < 1 происходит нару­шение устойчивости.

В случае неуспешного АПВ (включения линии на неустранившееся КЗ) процесс из точки 5 перейдет на характеристику II. Нетрудно убе­диться, что в условиях данного примера устойчивость после повторного КЗ и последующего отключения линии не сохраняется.

         7 Лекция. Пусковые органы противоаврийной автоматики. Схема устройства фиксации отключения линии (УФОЛ)

         Содержание лекции: рассматривается схема пускового органа, фиксирующего отключение линии электропере­дачи по положению ее выключателя.

Цель лекции: изучить упрощенную структурную схему центра­лизованной системы противоаварийной автоматики.

          7.1 Структура устройств

          В настоящее время в качестве основной принята централизо­ванная система противоаварийного управления, включающая в се­бя комплекс устройств, предназначенных для предотвращения наруше­ния устойчивости в районе противоаварийного управления.

         На рисунке 7.1 показан пример упрощенной структурной схемы центра­лизованной системы противоаварийной автоматики. Независимо от конфигурации района противоаварийного управления, от вида возмуще­ний, на которые реагируют устройства, от используемых средств повы­шения устойчивости система ПА содержит следующие взаимосвязанные основные устройства: пусковые органы ПО — выявляют аварийные возмущения в энергосистеме или переходные процессы, опасные для устойчивости, а также тяжесть этих возмущений. Тяжесть КЗ, например, оценивается его видом, длительностью, значением сброса активной мощности или снижением напряжения. При срабатывании пусковых органов на их выходах появляются сиг­налы А, которые используются другими устройствами ПА для форми­рования сигналов управляющих воздействий. Пусковые органы разме­щаются на объектах, где фиксируются аварийные возмущения;

Рисунок 7.1 - Структурная схема ПА района противоаварийного управления: Пр. - приемник; Пер. – передатчик

      измерительные органы ИО — осуществляют измерение параметров исходного режима энергосистемы (перетоков мощности по линиям электропередачи, загрузки генераторов электростанций и т.п.) и дают информацию об исходной схеме сети (о включенном или отклю­ченном состоянии линий электропередачи и других элементов энерго­системы). Эта информация характеризует напряженность исходного режима и используется для работы устройства автоматической дозиров­ки управляющих воздействий АДВ; устройство АДВ - в зависимости от параметров исходного ре­жима и схемы сети определяет для каждого возмущения, фиксируемо­го соответствующим пусковым органом, интенсивность управляющих воздействий, необходимую для сохранения устойчивости параллельной работы. Оно является центральным устройством ПА в районе противоаварийного управления. Устройство АДВ получает информацию от из­мерительных органов (сигналы И, С) и подготавливает управляющие воздействия.

         Устройство АДВ является логико-вычислительным. Оно может быть выполнено с применением релейных логических элементов или ЭВМ. В последнем случае рассчитанные в устройстве АДВ значения управля­ющих воздействий запоминаются в отдельном устройстве автоматичес­кого запоминания дозировки АЗД. Устройство АЗД устанавливается в месте установки АДВ или в местах реализации управляющих воздей­ствий, например на электростанции ЭС2. Устройство АЗД по сигналам настройки   Н подготавливает в исходном режиме цепи для прохождения аварийных сигналов ПО на электростанцию ЭС2. Применение выне­сенных устройств АЗД (по отношению к месту установки устройства АДВ) обеспечивает повышение быстродействия и надежности противоаварийного управления;

исполнительные устройства ИУ - реализуют сфор­мированные устройством АДВ управляющие воздействия;  устройство телепередачи сигналов автоматики ТСА — обеспечивают связь и взаимодействие между собой отдельных устройств системы ПА. С помощью устройств ТСА осуществляется те­лепередача следующих сигналов: аварийных сигналов, передаваемых от ПО и АДВ или к АЗД; сигналов управляющих воздействий, передава­емых от АДВ или от АЗД к ИУ; информации об исходном режиме и схеме сети, передаваемой от ИО к АДВ; сигналов настройки вынесен­ных устройств АЗД, передаваемых от АДВ к АЗД; сигналов контроля положения элементов устройств АЗД, передаваемых от АЗД к АДВ.

        Сигналы пусковых органов и сигналы управляющих воздействий составляют аварийную информацию. Она должна передавать­ся по возможности быстро, без задержки. Для этой цели используется аппаратура быстродействующей телепередачи сигналов Остальные сигналы составляют доаварийную информацию. Эта информация передается непрерывно с помощью различных уст­ройств телемеханики.

          7.2 Схема пусковых органов устройств ПА

          В зависимости от вида аварийных возмущений в энергосистеме при­меняют различные пусковые органы.

          Пусковой орган, фиксирующий отключение линии электропередачи по положению ее выключателей, срабатывает при отключении линии тремя фазами по любой причине. Пусковыми элементами устройства являются контакты реле блокировки от многократного включения трех фаз KBS.A, KBS.B, KBS.C и реле положения "Отключено" трех фаз KQT.A, KQT.B, KQT.C из схемы управления выключателем (рисунок 7.2, катушки указанных реле на схеме не показаны). Схема составлена в предположении пофазного управления выключателем Q.

          Использование реле KBS обеспечивает срабатывание пускового ор­гана еще до отключения выключателя линии, чем обеспечивается уско­рение действия ПА. Реле KBS в пусковой цепи помимо быстродействия существенно повышает надежность работы пускового органа, обеспе­чивая его срабатывание при неполнофазном отключении выключателя. В этих условиях пусковая цепь с контактами реле положения   «Отклю­чено» оказывается неработоспособной, так как реле KQT поврежден­ной фазы не срабатывает.    

         Реле KQT трех фаз выключателя позволяют получить сигнал об отключении выключателя в течение всего времени, пока он отключен.

Рисунок 7.2 -Схема пускового органа, фиксирующего отключение линии электропере­дачи по положению ее выключателя

         Устройство работает следующим образом. При отключении линии W пусковая цепь устройства вызывает срабатывание быстродействующего промежуточного реле KL1, а также двухпозиционного реле KL2, кото­рое фиксирует отключенное положение выключателя. Положение кон­тактов реле KL2, показанное на рисунке 7.2, соответствует включенному положению выключателя.

         Реле KL1 при своем срабатывании самоудерживается с помощью кон­такта KL1.1 до момента срабатывания реле KL2, чем предотвращается срыв сигнала об отключении, возможный при возврате реле KBS раньше срабатывания реле KL2. Цепь RC, включенная параллельно катушке реле KL1, создает дополнительную задержку при возврате KL1, чем обеспечивается надежное срабатывание реле KL2. Промежуточное реле KL2 с фиксированным положением якоря позволяет сохранить инфор­мацию об отключении выключателя, выведенного в ремонт, когда мо­жет быть снято напряжение оперативного тока в цепях управления вык­лючателем.

          Сигнал аварийного отключения линии, используемый устройством АДВ, формируется с помощью выходного промежуточного реле KL5, которое срабатывает после замыкания контакта KL1.2. Так как реле KL1 срабатывает кратковременно, выходной сигнал удлиняется исполь­зованием контакта KL2.4. Обычно длительность сигнала пускового ор­гана ограничивается. Это ограничение выполнено с помощью промежу­точного реле KL4, имеющего задержку при своем возврате. В нормаль­ном режиме, когда линия включена, реле КТ2 и KL4 находятся под напряжением, обеспечивая готовность выходной цепи. После отключения линии эти реле возвращаются. Реле времени КТ2, задерживая подготов­ку к действию выходной цепи устройства после включения линии, исключает срабатывание пускового органа в условиях оперативного включения линии из ремонтного состояния на короткое замыкание и ее последующего отключения релейной защитой. Выдержка времени реле КТ2 должна превышать время отключения линии релейной защитой.

          Реле KL2 возвращается в исходное положение после включения вык­лючателя Q, а также его разъединителей QS1 и QS2, для чего исполь­зуются последовательно включенные контакты реле положения «Вклю­чено» отдельных фаз выключателя KQC.A, KQC.B, KQC.C и вспомога­тельные контакты разъединителей QS1 и QS2. Последние исключают возврат реле KL2 в условиях, когда выключатель находится в ремонте и реле положения выключателя KQT и KQC могут находиться в произ­вольном положении.

         Рассматриваемая схема формирует не только сигнал об аварийном отключении линии, но и сигнал о ремонтном состоянии линии. Сигнал о ремонте линии используется для перестройки устройства АДВ, посколь­ку в ремонтной схеме электрической сети меняются условия дозировки управляющих воздействий ПА.

         Ремонтное состояние линии фиксируется после ее отключения с вы­держкой времени, превышающей время трехфазного АПВ. Для этой цели используются реле времени КТ1 и промежуточное реле фиксации ремонта KL3. Реле времени КТ1, а затем и реле KL3 срабатывают не только после отключения линии на той ее стороне, где установлено уст­ройство (цепь с контактом KL2.2), но и при одностороннем отключении линии с противоположного конца, где также устанавливается пусковой орган фиксации отключения линии. Сигналы о состоянии линии с про­тивоположной стороны передаются по каналу связи и принимаются при­емником аппаратуры ТСА. При этом контакт реле приемника К 1.1 за­мыкается при приеме сигнала об отключении линии, контакт К1.2 за­мыкается при приеме сигнала о включении линии.

          Двухпозиционное реле KL3 позволяет сохранить длительный сигнал о ремонте линии при пропадании напряжения оперативного тока.

Реле времени КТ1 включено по схеме несоответствия положения ре­ле KL2 (или реле К1 приемника ТСА) и положения реле KL3. Реле КТ1 работает в кратковременном режиме: после срабатывания КТ1 и пере­ориентации реле KL3 реле КТ1 возвращается в исходное положение.

          Возврат реле KL3 осуществляется после включения линии с двух сторон, для чего используются последовательно включенные контакты KL2.3 и К1.2. Возврат реле KL3 выполняется без выдержки времени, так как включение линии производится поочередно, сначала с одной стороны, а затем после успешного включения с данной стороны включается линия с противоположной стороны.

         На линиях высокого напряжения чаще всего устанавливаются два выключателя с каждой стороны. Схема пускового органа при двух линейных выключателях аналогична рассмотренной. Предусматриваются элементы пускового органа для каждого из выключателей. Элементы питаемые от источника оперативного тока, относящегося к линии (± W) являются общими для обоих выключателей. В эту часть схемы добавля­ются элементы фиксации отключения второго выключателя.

      Иногда линия с двумя выключателями дополнительно оборудуется линейным разъединителем. В этом случае ремонтное состояние линии может существовать при включенных выключателях линии, шинных разъединителях, но при отключенном линейном разъединителе. Для ис­ключения возврата реле KL3 в его цепь возврата включаются замы­кающие вспомогательные контакты линейного разъединителя.

         Лекция 8. Автоматика наброса мощности (АНМ)

         Содержание лекции: на примере схемы АНМ изучается действие автоматики на на разгрузку линии действием на отключение генераторов (ОГ), отключение нагрузки (ОН) и шунтирующих реакторов (ШР).

Цель лекции: изучить способы разгрузки линий в аварийных ситуациях.

 В аварийных ситуациях, когда происходит перегрузка линии, по мощности, которая может привести к нарушению устойчивости энергосистемы, происходит пуск схемы автоматики наброса мощности  (АНМ), имеющей, как правило, 2 ступени (рисунок 8.1). Первая ступень, в которую входят реле мощности KW1, KW2,KW3 фиксирующие наброс мощности с контролем снижения напряжения до 460кВ ( реле напряжения KV1, KV2, KV3), действует на отключение шунтирующих реакторов (ШР) на линии и на шинах подстанции. Отключение шунтирующих реакторов приводит к повышению напряжения и как следствие увеличению пропускной способности линии. Если наброс мощности вызвал снижение напряжения на линии до уставки 440кВ, то срабатывает 1 ступень АНМ уже на отключение генераторов (ОГ) в избыточной части энергосистемы и отключение нагрузки (ОН) в дефицитной части энергосистемы, тем  самым разгружая перегруженную линию.

Действие второй ступени АНМ, в которую входят реле мощности   KW5, KW6, KW3, фиксирующие недопустимый наброс мощности, приводит к отключению перегруженной линии.

                                   а)

                                  б)                         

                              в)

а) Цепи переменного тока;  б) контроль цепи напряжения 460кВ; в) контроль цепи напряжения 440кВ;

Рисунок 8.1- Фрагмент схемы автоматики наброса мощности (АНМ, 1 и 2 ступени)

           9 Лекция. Устройство автоматической дозировки  воздействий (АДВ)

          Содержание лекции: изучается упрощенная схема устройства АДВ на два пусковых органа.

          Цель лекции: изучить устройство телепередачи аварийных сигналов автоматики и принципы работы устройств дозирующих воздействий.

         9.1 Устройство автоматической дозировки управляющих   

воздействий

         Наибольшее распространение получили устройства АДВ, которые оп­ределяют интенсивность управляющих воздействий в исходном режиме до возникновения аварии, для каждого из фиксируемых пусковыми ор­ганами аварийных возмущений.

         На рисунке 9.1 в качестве примера показаны зависимость мощности от­ключаемых генераторов Р_{о г} от одного параметра — мощности, передаваемой по линии электропередачи в исходном режиме, Р_исх для двух пусковых органов (характеристики 1 и 2) при неизменных остальных параметрах энергосистемы. Эти ха­рактеристики можно построить по результатам расчетов устойчивости. Точки пересечения характеристик с осью Р_исх определяют пределы передаваемой мощности, при которых расчетные повреждения не требуют исключения генераторов для сохранения устойчивости. При больших значениях передаваемой мощ­ности для сохранения устойчивости требуется ограничение мощности на определенное значение.

         Рисунок 9.1- Характеристики дозировки мощности отключаемых генераторов в зависимости от передаваемой мощности в исходном режиме

         Наиболее простой вариант устройства АДВ выполняется с помощью дискретных (релейных) элементов. Изменение мощности Р_исх фикси­руется с помощью нескольких реле активной мощности, настроенных на различные мощности срабатывания. Диапазон мощности, в котором ра­ботают реле, ограничен значениями Р_исх1 и максимально возможной пе­редаваемой мощностью Р_перmах. Каждой ступени исходной мощности соответствует определенная мощность отключаемых генераторов. Таким образом, расчетные характеристики 1и 2 с помощью аналого-релейного преобразователя (АРП) аппроксимируются в ступенчатые характери­стики 1' и 2'. Значения мощности срабатывания ступеней Р_исх опреде­лены по значениям мощностей отключаемых генераторов. Чем больше число ступеней Р_ог и Р_исх, тем точнее аппроксимация. Одно из требований, предъявляемых к АРП, состоит в том, чтобы он фиксировал («запоминал») в течение некоторого времени значение ак­тивной мощности, передаваемой в предшествующем повреждению ре­жиме. Ступени АРП не должны возвращаться в исходное положение при кратковременном снижении мощности, что может иметь место при КЗ и качаниях.

         Упрощенная схема устройства АДВ на два пусковых органа ПО1 и ПО2 показана на рисунке 9.2. Устройство АДВ дозирует мощность отклю­чаемых генераторов только в зависимости от одного параметра — пере­даваемой мощности. Устройство реализует характеристики на рисунке 9.1. Аналого-релейный преобразователь (АРП) содержит шесть реле активной мощ­ности KW1—KW6 и соответственно шесть выходных реле KL1—KL6. Реле мощности с большим номером настроены на большую мощность срабатывания. Контакты выходных реле используются для создания сту­пеней дозировки мощности отключаемых генераторов.

         Для настройки устройства на требуемую ступень отключения генераторов предусмотрен шинный коммутатор SC, который представляет собой коммутационное поле, состоящее из ряда горизонтальных и вертикальных шинок. К го­ризонтальным шинкам подключаются цепи контактов выходных реле АРП, вертикальные шинки являются входными цепями исполнительно­го устройства. Каждая горизонтальная шинка может быть соединена электрически с любой вертикальной. Для этого нужно вставить штырь контактного разъема в гнездо на пересечении шинок (на рисунке 9.2,в штыри контактного разъема условно показаны в виде стрелок). В шты­ри контактного разъема встроены диоды VD (рисунок 9.2, г), исключа­ющие образование обходных цепей (разделяющие цепи дозировки раз­личных пусковых органов).

         Недостаток устройства АДВ в релейном исполнении состоит в том, что оно определяет значения управляющих воздействий с погрешностью, обусловленной ступенчатостью аппроксимирующей характеристики. Если значение управляющих воздействий зависит не от одного, а от большинства параметров энергосистемы и если требуется определять значения управляющих воздействий для большого числа пусковых орга­нов, то и устройства АДВ, использующие релейные элементы, становят­ся сложными и громоздкими. В этих условиях целесообразно в качестве устройства АДВ использовать компьютерах, которые начинают внедряться в энергосистемах.

а - схема цепей переменного тока и напряжения; б - схема фиксации мощ­ности исходного режима; в - схема цепей дозировки; г - схема включения штыря контактного разъема шинного коммутатора.                                Рисунок 9.2- Схема устройства автоматической дозировки управляющих воздейст­вий

         9.2 Устройство телепередачи аварийных сигналов автоматики

         Для телепередачи информации о срабатывании пусковых органов, команд управления и других аварийных сигналов ПА широкое приме­нение получил комплекс аппаратуры, обладающий высоким быстродей­ствием и повышенной надежностью функционирования. Комплекс ап­паратуры для телепередачи аварийных сигналов автоматики включает в себя:

аппаратуру низкочастотных каналов автоматики типа АНКА, предназ­наченную для образования низкочастотных сигналов автоматики;

высокочастотную аппаратуру типа АВПА (аппаратура высокочастот­ная для противоаварийной автоматики), предназначенную для преоб­разования низкочастотных сигналов аппаратуры АНКА в высокочастот­ные.

      Этот комплекс аппаратуры обеспечивает передачу сигналов по ВЧ каналу, образованному линией электропередачи. Схема подключения аппаратуры к воздушной линии W электропередачи показан на рисунке 9.3. На передающем пункте ПС1 устанавливаются передатчики аппаратуры АНКА и АВПА, осуществляющие передачу сигналов пуско­вых органов ПО. На приемном пункте ПС2 с помощью приемников АВПА и АНКА осуществляются прием переданных сигналов и реализа­ция их в исполнительном устройстве ИУ.

Если в качестве канала связи используется специальная проводная линия связи (кабель связи), то для передачи сигналов автоматики дос­таточно использования одной аппаратуры АНКА. В этом состоит преиму­щество раздельного исполнения тональной части и ВЧ части аппаратуры.

        Аппаратура АНКА предназначена для преобразования дискретных сигналов автоматики, сигналов телемеханики или фазы напряжения промышленной частоты в частотно-модулированные сигналы низкой частоты в передатчике и для обратного преобразования этих сигналов в приемнике.   

         Имеются две модификации аппаратуры: АНКА-14 - для пе­редачи и приема 14 сигналов и АНКА-4 - для передачи и приема четырех сигналов автоматики.

Для передачи сигналов телемеханики на приемном и передающем пунктах должна использоваться соответствующая аппаратура телемеха­ники (аппаратура ТМ на рисунке 9.3). Кроме того, на приемном пункте дополнительно должен использоваться приемник аппаратуры передачи телеинформации АПТ, предназначенный для преобразования частотно- модулированных колебаний сигналов телемеханики в посылки постоян­ного тока, используемые далее в приемнике телемеханики.

Рисунок 9.3- Схема присоединения ВЧ аппаратуры к линии электропередачи

         Передача аварийных сигналов автоматики осуществляется одночастотным импульсным кодом, т.е. каждому сигналу автоматики соответ­ствует импульс определенной частоты. В режиме покоя (при отсутствии аварийных сигналов) генератор час­тоты непрерывно вырабатывает контрольную частоту. При передаче контрольной частоты непрерывно осуществляется контроль исправности канала связи, чем обеспечивается готовность аппаратуры для передачи аварийных сигналов. При подаче на вход передатчика рабочих сигналов автоматики передача контрольной частоты прекращается и осуществ­ляется передача соответствующих частот сигналов автоматики.

         Минимальное время передачи одного сигнала с момента подачи управ­ляющего сигнала на вход передатчика до момента срабатывания выход­ного реле приемника не превышает 20 мс (при отключенном устройстве задержки в приемнике).

Передатчик АНКА позволяет передавать вместо сигналов ТИ-ТС фазу напряжения промышленной частоты. Передача фазы напряжения производится также методом частотной манипуляции. Передача сигналов ТИ-ТС или фазы напряжения производится непрерывно. В случае появ­ления аварийных сигналов автоматики передача сигналов телемеханики или фазы прерывается на время подачи аварийных сигналов, т.е. отдает­ся предпочтение аварийным сигналам.

         10 Лекция. Асинхронный режим и устройства автоматической ликвидации асинхронного режима. Способы ликвидации асинхронного режима         

         Содержание лекции: даны основные характеристики асинхронного режима и способы ликвидации асинхронного режима.

  Цель лекции: выяснить признаки асинхронного режима и изучить

способы ликвидации асинхронного режима.

          10.1 Асинхронный режим

Асинхронный режим является следствием нарушения устойчивости параллельной работы отдельных частей энергосистемы. Причинами на­рушения устойчивости могут быть отказ быстродействующих защит и отключение коротких замыканий резервными защитами, нерасчетные повреждения, непредвиденное развитие аварии (цепочечные аварии), отказ ПА, несинхронное АПВ.

        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 рисунках 10.1 и 10.2.

         Периодическое уменьшение напряжения может вызвать расстройство работы потребителей, особенно если они подключены вблизи электри­ческого центра качаний (ЭЦК); 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.

Рисунок 10.1-Изменение угла между ЭДС Е₁ и Е₂ (а), напряжения в различных точ­ках электропередачи (б) и активной мощности (в) в асинхронном режиме

Рисунок 10.2- Изменение сопротивления на зажимах реле сопротивления в асинхрон­ном режиме:

1 и 2 - конечные точки в схеме за­мещения сопротивлений электропереда­чи; А - место установки автоматики; С - центр качаний

         10.2 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. Дня 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.

          11Лекция. Принципы выполнения устройств автоматической ликвидации асинхронного режима

         Содержание лекции: подробно рассматривается работа ступеней схемы АЛАР.

         Цель лекции: изучить структурную схему и работу выявительного органа устройства автоматической ликвидации асинхрон­ного режима (АЛАР). 

         11.1 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.

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 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 «Энерго-сетьпроект», которое в основном удовлетворяет поставленным тре­бованиям.   

         На рисунке 11.1 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. максимальное реле мощности KW1 с двумя контактами KW1.1 и KW1.2.

Рисунок  11.1- Структурная схема устройства автоматической ликвидации асинхрон­ного режима

KZ1-KZ3 - минимальные реле сопротивления; KW1 - максимальное реле мощ­ности; t₁,t₂ - элементы выдержки времени; Запрет - логический элемент, в ко­тором сквозной сигнал блокируется сигналом со знаком минус; И - логический элемент; n_ц - счетчик циклов; T_s > Т_к„ - элемент контроля периода асинхрон­ного режима T_s, срабатывающий при условии, что значение T_s превышает крити­ческое значение Т_кр, I.У, I..Т, II.У, III - выходные цепи трех ступеней устройства с  фиксацией   ускорения   (У)   или торможения   (Т)   генераторов  энергосистемы

         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. 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 рисунке 11.2,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

а - схема цепей переменного тока и напряжения; б — схема оперативных цепей выявительного органа второй ступени устройства; в — характеристики срабатыва­ния реле сопротивления; г - угловая диаграмма работы реле

Рисунок 11.2- Выявительный орган устройства автоматической ликвидации асинхрон­ного режима

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 (рисунки 11.1и 11.2,в). 

         При нарушении синхронизма го­дограф сопротивления на зажимах реле сопротивления Z последова­тельно входит сначала в зону срабатывания чувствительного реле сопро­тивления KZ1, а затем грубого реле KZ2. При срабатывании KZ1 (точка 1 на рисунке 11.2,в) пускается элемент времени t₁, имеющий вы­держку времени 0,1-0,2 с. Дальнейшее изменение Z_p приводит к сраба­тыванию реле KZ2 (точка 2 на рисунок 11.2,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 t₁. 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 прохождение угла δ между векторами ЭДС двух частей энергосистемы через критическое значение. Сигнал о прохождении угла δ 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 I.У, если имеет место торможение генераторов - сигнал I. Т. 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 t₁. При коротком замыкании, сопровождающемся срабатыванием реле KZ1 и KZ2, элемент времени t₁ 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 KZ2 срабатывает раньше, чем элемент t₁. 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 рисунке 11.2,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 и KZ3, контакты которых включаются параллельно (рисунок 11.2б; на структурной схеме устройства —рисунок 11.1 —показано применение толь­ко одного реле KZ3). Условия выбора сопротивления реле KZ3 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 KW1 должна быть выбрана такой, чтобы пере­ориентация реле KW1 происходила при максимальном значении критического угла δ (≈ 180°), что свидетельствует о нарушении синхронизма. Для того чтобы отличить переориентацию реле KW1 при                 δ ≈ 180° от пе­реориентации при δ ≈ 0°, осуществляется контроль положения реле сопротивления: при δ ≈ 180° реле сопротивления KZ1 и KZ3 должны находиться в положении срабатывания, а при δ ≈ 0° — в положении воз­врата. Таким образом, сочетанием поведения реле мощности и реле сопротивления можно проконтролировать изменение угла δ в цикле асинхронного режима и переход его за критическое значение.

Требуемая характеристика реле мощности достигается путем при­менения реле активной или реактивной мощности и выбора фазы напря­жения измерительного трансформатора напряжения. Выбор фазы напря­жения, подводимого к обмотке напряжения реле KW1 от трансформа­тора TV, производится с помощью перемычек SX (рисунок 11.2а). Работу выявительного органа второй ступени устройства можно про­следить по структурной схеме (см. рисунок 11.1), а также по принципиаль­ной схеме (рисунок 11.2,а,б). Принцип работы выявительного органа осно­ван на фиксировании последовательного срабатывания и возврата реле сопротивления в реле мощности в процессе изменения угла δ.  На рисунке 11.2,г показаны угловые зоны работы реле. При ускорении генера­торов энергосистемы с эквивалентной ЭДС Е₁ относительно генераторов энергосистемы с 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 Е₁ ускоряется относитель­но ЭДС Е₂, происходит увеличение угла δ. При достижении вектором Е₁ 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 работу промежуточного реле KL2. На струк­турной схеме самоудерживание показано в виде обратной связи на эле­менте И, управляемом контактом KW1.1. Когда вектор Е₁займет по­ложение 0—в, реле мощности Е₁ переориентируется, при этом кон­такт KW1.1 разомкнётся, а через небольшое время, необходимое для переключения реле мощности, в момент, когда вектор Е₁ достигнет по­ложения 0-г, замкнется контакт KW1.2, при этом сработает выходное реле KL3, управляющее счетчиком циклов n_ц. 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 Е₁от­носительно вектора Е₂, выявительный орган работает аналогично, толь­ко за время полного поворота вектора Е₁ срабатывают реле Е₁; реле KL1не действует. Таким образом, промежуточное реле KL1 фиксирует ускорение генераторов энергосистемы с ЭДС Е₁а про­межуточное реле KL2 — торможение этих генераторов.

Выходное реле выявительного органа KL3 управляет работой счет­чика циклов (СЦ) асинхронного режима n_ц. По истечении двух-чётырех 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 II.Т. В качестве реле фиксации ЭЦК в рассматриваемом примере (рисунок11.2,е) следует применять два реле сопротивления KZ2 и KZ3 (на рисунке 11.1 показано использование од­ного реле KZ2). По цепям II.У и II.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. Счетчик циклов использует принцип поочередной фиксации срабаты­вания и возврата выходного реле выявительного органа KL3. Каждый цикл фиксируется с помощью двух промежуточных реле. На рисунке 11.3 показана схема фиксации одного цикла асинхронного режима. Первое реле счетчика KL1, срабатывая после срабатывания выходного реле вы­явительного органа KL3 (рисунок11.2,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 KL1, создает небольшую задержку на возврат, чем обеспечивается надежное срабатывание реле KL2.

Рисунок 11.3- Схема, поясняющая принцип выполнения счетчика циклов асинхрон­ного режима

        Третья ступень устройства применяется в том случае, если первая или вторая ступень действует 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 t₂ проверяется по факту пов­торного срабатывания второй ступени устройства со счетчиком циклов (на структурной схеме на рисунке 11.1 фиксация повторного срабатывания второй ступени устройства не показана).     

         12 Лекция. Автоматическое ограничение повышения и снижения напряжения (АОПН, АОСН)

         Содержание лекции: изучаются причины повышения и снижения напряжений высоковольтных линий и способы их ограничений.

         Цель лекции: дать сведения о способах ограничения повышения и снижения напряжений, изучить работу схемы автоматического ограничения повышения напряжений (АОПН).

         12.1 Автоматическое ограничение повышения напряжения (АОПН)

          В электрических сетях энергосистем возможны режимы, характе­ризующиеся перенапряжениями на электрооборудовании. Эти перенап­ряжения в основном вызваны внезапным изменением установивше­гося режима работы электроустановок, отключением электрических цепей, содержащих индуктивности, емкости, например, линий, тран­сформаторов, установок продольной емкостной компенсации. Такие пе­ренапряжения получили название внутренних (в отличие от атмосферных перенапряжений, источником которых являются грозовые атмосферные разряды). Внутренние перенапряжения делятся на коммутационные и резо­нансные.

         Коммутационные перенапряжения возникают в момент отключения электрических цепей, их действие кратковременно. Продолжительность коммутационных перенапряжений составляет доли секунды, максимум перенапряжений возникает в момент времени 0,01-0,03 с после начала коммутации. Амплитуда перенапряжений зависит от большого числа факторов: от момента коммутации, от быстродействия выключателей, от очередности отключения отдельных фаз выключателя.

          Резонансные перенапряжения обусловлены наличием индуктивных и емкостных элементов, которые создают условия резонанса. Резонанс­ные перенапряжения могут существовать более длительное время до тех пор, пока не будет изменена схема сети, не вступят в работу регуляторы возбуждения и напряжения, не подействуют другие устройства автома­тики.

        Основным средством ограничения коммутационных перенапряжений являются разрядники, ограничивающие уровень перенапряжений до до­пустимых значений. Так, например, в сетях 500 кВ установившееся зна­чение перенапряжения в месте установки комбинированного разрядника не должно превышать 1,7 U_ф. Однако для изоляции электрооборудования опасными являются и меньшие уровни напряжения, если они существуют более длительное время, т.е. существует зависимость допустимых перенапряжений от дли­тельности их воздействия. На линиях 330—500 кВ не рекомендуется иметь длительные (свыше 20—30 мин) повышения напряжения сверх 1,15 U_ф по условиям помех от короны на высокочастотные каналы связи, организуемые по этим линиям.

         Основным средством ограничения резонансных перенапряжений яв­ляются шунтирующие реакторы, подключаемые к линиям электропереда­чи или к шинам подстанций. Включение шунтирующих реакторов приво­дит  к ликвидации резонанса или к существенному его ослаблению.

Ниже будут рассматриваться только установившиеся перенапряжения резонансного характера и устройства автоматического ограничения дан­ного вида повышения напряжения (АОПН).

         Наиболее значительные повышения напряжения возникают при под­ключении линии к источнику напряжения только с одной стороны (ре­жим одностороннего включения). Режим одностороннего включения ли­нии может иметь место при включении линии для синхронизации, при этом длительность такого режима может составлять 5—10 мин и более. Этот режим может возникнуть также при аварийном отключении линии с одной стороны или при действии АПВ на одной стороне линии.

        Ориентировочную оценку перенапряжений в режиме одностороннего включения линии можно дать, используя Т-образную схему замещения линии (рисунок 12.2,б), в которой X_С представляет собой эквивалентное сопротивление равномерно распределенной емкости линии относительно земли. Ток в линии в режиме ее одностороннего включения определяется емкостной проводимостью линии относительно земли: