Что такое автоматическая частотная разгрузка и как она используется?

Назначение АЧР

АЧР удерживает частотные характеристики в системе на установленном уровне. Если происходит падение мощности вырабатываемого тока на электростанции, при использовании данной системы обеспечивается поддержание в работоспособном состоянии наиболее ответственных потребителей, отключение которых может создать аварийную ситуацию, поэтому автоматика отключает не важные присоединения, чаще всего начиная с потребителей 3 категории.

Если меры не будут приняты своевременно, в результате может пострадать энергосистема в целом. Для этого и применяются элементы АЧР.

Разделение потребителей по категориям

Классификация категорий:

1. Потребители разделяются на категории по степени важности. Отключение оборудования первой категории может вызвать опасность для жизни людей.
2. Проблемы с потребителями второй степени важности могут отрицательно повлиять на производственный цикл промышленных предприятий, причинив серьёзные материальные убытки.
3. Третья категория не предполагает серьёзных последствий в случае обесточивания и принимается в качестве приоритетной для отключения при создании аварийной ситуации.

Устройство и принцип работы

На рисунке, представленном ниже приведены цепи срабатывания АЧР, предполагающая использование частотного АПВ:

Также читайте: Автоматический ввод резерва — АВР

Если частота падает ниже установленной величины, происходит срабатывание частотного реле KF. Далее производится передача сигнала на временное реле КТ1 с замыканием контактов на реле промежуточной группы KL1 и KL2. Именно таким способом управляется запитывание потребителей по выстроенному приоритету.

Затем проверяются частотные характеристики системы посредством измерительного элемента. Как только частота достигнет стандартного значения в 50 Гц, подаётся команда о запуске на измерительный модуль через временный КТ2. Далее, с помощью промежуточного KL4 происходит замыкание контактов для обратного подключения оборудования.

Принцип действия

После этого измерительный элемент проверяет уровень частоты в сети. При достижении частотой величины в 50 Гц запускает сигнал от цепи измерительного блока к временному KT2. Затем, через промежуточное KL4 замыкаются контакты на обратное подключение потребителей к сети, чем и осуществляется ЧАПВ.

Классификация

Электростанции и подстанции оборудуются различными системами АЧР, предусматривающими применение одной из четырёх защит или одновременное срабатывание нескольких из них. Классификация включает следующие разновидности данных элементов:

• АЧР1(первый) – отключение производится за время в пределах половины секунды, при настройках срабатывания в случае падения частоты на величину от 1,5 до 3,5 Гц от номинальной. Значение диапазона может быть настроено с шагом в 0,1 Гц. Производится ступенчатое отключение потребителей, в зависимости от мощностных характеристик;
• АЧР2(второй) – частотные параметры аналогичны, но временной интервал увеличивается от 5 до 90 секунд;
• ЗАЧР – рассчитана на использование в условиях атомной электростанции. Временной интервал настроен на срабатывание в течение 0,5 секунды;
• ЧАПВ – с частотным автоматическим повторным включением.

Указанные элементы могут применяться по-отдельности или комплексно.

Устройства АЧР

Существует несколько действующих категорий устройств АЧР:

1. АЧРI – вид устройств, обладающих одной уставкой по времени и несколькими уставками по частоте. Служит для предупреждения возникновения понижения частоты после появления аварийной ситуации. Уставка по времени составляет 0,5 сек. Уставка по частоте состоит в пределах от 48,5 до 46,6 Гц. Существует несколько очередей АЧРI их всего около 20, различие между очередями составляет Δf = 0,1 Гц.Нагрузка, работающая от АЧРI, распределяется между очередями равномерно. При отработке определенного числа очередей падение частоты останавливается или «зависает» в значении 47 или 47,5 Гц.
2. АЧРII– категория, имеющая в своем составе несколько уставок по времени и одну частотную уставку. Применяется для возвращения частоты в требуемое значение, обеспечивающее работу энергосистемы в нормальном режиме, после ее «зависания», в этой категории уставка по частоте равна 48,6 Гц, уставка по времени выставляется в диапазоне 5 – 69 сек. Очереди АЧРII отличаются по уставкам по времени на величину в 3 сек. При срабатывании АЧРII, значение частоты выставляется на значение 49 Гц.
3. ЧАПВ – частотное автоматическое повторное включение используется для восстановления электроснабжения потребителей электроэнергии, которые были отключены во время срабатывания АЧР сообразно определенной последовательности, руководствуясь из значений частоты и согласно положению уставок по времени и по частоте, а также согласно ответственности энергопотребителей.

ЧАПВ относится к устройствам автоматики специального назначения, дающему импульс к включению остановленных при аварийном режиме потребителей.

ЧАПВ срабатывает при значении частоты 49,5 или 50 Гц, при выставленной начальной уставке по времени 10 – 20 сек с интервалом между действием очередей минимум – 5 сек. Очередность срабатывания ЧАПВ обратная срабатыванию АЧР, заключается в том, что действие последней очереди АЧР соответствует действию ЧАПВ первой очереди.

Совместно с АЧР для восстановления активной мощности используется АЛАР и делительная защита.

Схемы АЧР

Согласно установленным нормам, АЧР могут предусматривать выполнение различных защитных функций. Схемы предполагают применение релейных и полупроводниковых элементов.

С одним реле частоты

На приведённой ниже схеме изображён элемент с одним частотным реле:

Подача команды от измерительного модуля производится через промежуточное реле РП на частотное РЧ1.

При падении частотных параметров замыкаются РП1 и РП2, от последнего сигнал передаётся на отключение подачи энергии.

Также читайте: При каких условиях допускается параллельная работа трансформаторов

Если частота восстанавливается до стандартной величины, происходит возврат схемы к исходному состоянию. Через РП5 команда подаётся на РП5.1, с отключением катушек РВ1 и РП4.

Если функционирование системы по указанной схеме окажется невозможным, шунтируется РВ1.

С ЧАПВ

Автоматическая частотная разгрузка предполагает следующую схему:

Порядок срабатывания релейной защиты аналогичен предыдущему примеру. Через Р4 команда передаётся на реле времени РВ1, с возбуждением обмоток на промежуточном РП1.

Через РП1.1 и РП2.1 система отключается. Сигнализация об этом обеспечивается посредством РУ1.

При нормализации ситуации через РП1.3 и РП3.2 подаётся ток на обмотку РВ2, с включением реле промежуточной группы РП4. Далее, с помощью РП4.2 и РП 4.3 запускаются потребители, с сигнализацией указательного реле РУ2.

Требования к автоматической частотной разгрузке

Количество мощности, прилагаемой к АЧР должно составлять достаточное значение необходимое для ликвидации недостатка мощности.

Устройство АЧР должно помочь избежать появления «лавины частоты».

Необходимо полное соответствие отключаемой нагрузки значению дефицита мощности.

После срабатывания АЧР значение частоты обязано вернуться в прежнее нормативное значение частоты или на величину не менее 49 Гц.

Кратковременное понижение значения частоты не должно приводить к срабатыванию устройств АЧР.

Помимо автоматической частотной разгрузки I и II категорий существует и используется дополнительная разгрузка, она служит для выполнения разгрузки на местах при слишком высоком значении появления дефицита активных мощностей, когда обеих мощностей АЧР I и II категорий явно недостаточно для предотвращения появившегося дефицита.

Предъявляемые требования

Для обеспечения нормальной работы, АЧР должны соответствовать следующим требованиям:

• успешно ликвидировать аварийные ситуации различного характера – срабатывая, вне зависимости от масштабов повреждения;
• выполнять отключение, в соответствии с установленными настройками по времени и величине отклонения характеристик;
• обесточивать минимальное количество потребителей;
• предусматривать возможность ступенчатого отключения;
• исключать самопроизвольное срабатывание, без наличия соответствующих оснований.

Перечисленные условия призваны обеспечить штатную работу оборудование и надлежащую его защиту.

Последствия снижения частоты

Если частота в сети снизится на величину до 0,4 Гц, такая ситуация существенно не отразится на работе оборудования. Но при падении частотных характеристик на 2 Гц и более это может привести к необратимым процессам, как в самой электросети, так и в работе потребителей.

Также читайте: КПД — коэффициент полезного действия трансформатора

При недостаточно оперативной реакции, ситуация может развиваться непредсказуемо, вплоть до серьёзных аварий. В результате нарушается режим эксплуатации оборудования, с опасность перегрева машин и повреждения изоляции, ведущим к выходу их из строя.

Применение АЧР позволяет автоматически отключить систему при существенных отклонениях частоты от номинала, предотвратив создание аварийной ситуации.

Аварийная частотная разгрузка энергосистем — АЧР с большим числом очередей

Страница 9 из 14

С созданием объединенных энергосистем в России стали применять частотную разгрузку с большим числом очередей. Кроме этого, видоизменили дополнительную очередь автоматики, которая предназначена для подъема частоты близко к номинальной для последующей ресинхронизации отделившегося района. Автоматика разгрузки состоит из двух частей (категорий). Первая категория АЧР-I предназначена для приостановки снижения частоты и имеет уставки по частоте 48,5 — 46,5 Гц. В этом диапазоне частот назначается большое число очередей. Примерное число очередей может быть до 15-20. В этом случае между смежными очередями Δ f=0,l Гц, и вследствие погрешности реле частоты возможно неселективное срабатывание очередей. Очереди, отстоящие друг от друга на Δ f=(0,2 — 0,3) Гц и более, работают между собой селективно. К очередям с уставками, близкими к верхнему пределу (48,5 Гц) присоединяют малоответственных потребителей. Ответственные потребители отключаются при больших посадках частоты. Суммарная мощность потребителей, присоединяемых к АЧР-I, назначается по максимально возможному дефициту генерации, взятому с некоторым запасом. Расчетным значением мощности может быть принята мощность наиболее крупного генератора, целой станции или дефицита мощности, обусловленного отключением линии связи с энергообъединением. В первом приближении можно ориентироваться на 25-30 % от мощности выделяемого района (энергосистемы). Назначенная мощность разгрузки распределяется поровну между очередями АЧР-I. Так, например, при 20 очередях и суммарной мощности АЧР-1 в 30% Рном к каждой очереди присоединяются потребители с мощностью 1,5% Рном. Таким образом, по этому способу разгрузка энергосистемы производится небольшими порциями в 1,5% и менее. Для устранения ложной работы реле частоты в переходном режиме назначается небольшая выдержка времени 0,1-0,2 с. Вторая категория АЧР-ll с единой уставкой по частоте 48,5 Гц для всех очередей этой категории и различными уставками по времени предназначена для “вытягивания” частоты после действия АЧР-I до уровня 49,5-50,0 Гц. Минимальная уставка по времени АЧР-ll выбирается равной 10 с. Таким образом, АЧР-ll начинает действовать после того, как все очереди АЧР-1 практически уже сработали. Мощность потребителей, присоединяемых к АЧР-11, ориентировочно назначается по условию Δfц=0,4Δf|. Число очередей АЧР-2 также выбирается большим (например, 10) с задержкой по времени между смежными очередями в Δ t=(2-3)c. Таким образом, и АЧР-2 производит разгрузку мелкими порциями, обеспечивая подъем частоты за счет дальнейшего отключения потребителей. После действия АЧР-2 частота будет поднята, по крайне мере, до уровня 48,3 Гц. При этом значении частоты автоматика прекратит свое действие. На рис. 16 показан процесс снижения частоты при дефиците генерации в системе ΔΡ (кривая 4) и стабилизация частоты за счет действия АЧР. Для построения графика снижения частоты при действии АЧР-I принята характеристика 2, соответствующая числу очередей n=оо. В таком случае построение переходного процесса предельно упрощается — начиная с уставки f1, частота снижается по экспоненциальному закону с установившимся значением отклонения и постоянной времени (кривая 5). До начала действия АЧР-2 устанавливается выдержка времени в 10 с. С этого момента начинается повышение частоты. На рисунке 16 показаны два предельных варианта подъема частоты действием АЧР-ll. По первому варианту предполагается отсутствие какого-либо запаздывания в канале АЧР-ll. В таком случае при срабатывании первой очереди АЧР-ll частота в этот же момент поднимется на некоторое значение f. Через 3 секунды действует следующая очередь и процесс продолжается. Как только частота достигнет значения 48,5 Гц, процесс подъема частоты прекратится, так как последующие очереди АЧР-ll работать не будут. Характер переходного процесса отмечен ступенчатым графиком 6. Второй вариант предполагает запаздывание в канале АЧР-2, значительно большее, чем выдержка времени Δ t между смежными очередями АЧР-2. Поскольку подъем частоты задерживается, то теперь сработают все очереди АЧР-2, при этом частота может подняться выше 48,5 Гц на неопределенное значение (ступенчатая характеристика 7). Так, например, при и при срабатывании всех очередей АЧР-2, частота системы будет поднята на 3 Гц (кн= 2). Если после срабатывания АЧР-1 частота установилась на уровне 47,0 Гц, то АЧР-2 вытянет частоту до номинальной 50 Гц. Если подъем начнется с уровня 48,0 Гц, то действие АЧР-2 приведет к завышению частоты до 51 Гц. Таким образом, несмотря на действие АЧР-2 небольшими порциями и, казалось бы, возможность подъема частоты до заданного уровня, здесь возникает неопределенность в отношении установившегося значения частоты после действия автоматики. Сделаем общую оценку частотной разгрузки по рассмотренному варианту. Увеличение числа очередей АЧР-I положительно сказывается на процессе разгрузки энергосистемы. Здесь разгрузка производится небольшими порциями, что способствует отключению потребителей на ту величину, которая необходима для прекращения снижения частоты. При этом частота устанавливается в пределе 46,5-48,5 Гц. Частотная разгрузка АЧР-I и АЧР-ll успешно эксплуатируется в энергосистемах России. Однако, эта автоматика далека от совершенства. И в первую очередь, это касается методической стороны проблемы. Исследования показывают, что уставки по частоте, мощности и времени выбраны на интуитивной основе. Здесь отсутствуют обоснованные рекомендации по назначению этих уставок, расчету переходных процессов и т.д. В этом отношении исследования частотной разгрузки с предельным переходом к бесконечно большому числу ступеней АЧР-I дают возможность настраивать автоматику на оптимальный вариант с минимальным отклонением частоты в аварийных условиях и минимальной длительностью переходного процесса.

• Назад
• Вперед