CC BY
25
УДК 621.316.925
ОСОБЕННОСТИ ЛОКАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ В УЗЛАХ С ДВИГАТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКОЙ
В. А. Бороденко
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Электр крзгалнщыштары бар к,осалгы станциялардацы автоматика к^рылгыларын к^урастырудыц ерекшелктерi царастырылады.
Рассматриваются особенности построения устройств автоматики на подстанциях с электродвигателями.
The problems of power system automatic unit design arc describes.
Развитие энергосистем одновременно сопровождается качественным и количественным изменением состава нагрузки потребителей: от ограниченного числа асинхронных двигателей малой мощности до появления в узлах нагрузки массивов асинхронных и синхронных электродвигателей ОД) большой единичной мощности. Кроме того, увеличивается объем специфических производств с непрерывным технологическим процессом, не допускающих перерывов питания длительностью более 0,5... 1,0 с. Все перечисленное предъявляет повышенные требования к эффективности
функционирования локальных средств противоаварийной автоматики (ПА).
Как следствие, происходит изменение параметрических и структурных характеристик средств ПА в узлах нагрузки - прежде всего автоматики включения резервного питания (АВР) и частотной разгрузки (АЧР).
Быстродействие обычных органов пуска АВР на реле минимального напряжения при перерывах электроснабжения оказывается недостаточным из-за медленного затухания остаточного напряжения на секции с выбегающими ЭД. Для ус-
коренного выявления аварии в этом случае используют тот факт, что изменение уровня частоты остаточного напряжения может быть зафиксировано намного раньше, чем отклонение амплитуды.
Учитывая возможность ложного срабатывания частотных органов АВР в режиме общесистемного снижения частоты вследствие дефицита активной мощности, обычно предтага-стся блокировать их действие по направлению активной мощности на рабочем вводе. В нормальном режиме и при снижении частоты в энергосистеме активная мощность направлена к потребителю, при потере питания переток мощности по вводу прекращается. Короткое замыкание на питающей линии приводит к тому, что ЭД подстанции переходят в режим генераторов активной и реактивной мощности и подпитывают место неисправности, вследствие чего направление активной мощности на вводе противоположно нормальному.
Рассмотренный принцип пуска АВР реализуется стандартной схемой минимальной защиты частоты с блокировкой по направлению активной мощности [1]. Блокировка по направлению активной мощности на вводе предлагается и для предотвращения ложного действия децентрализованных устройств АЧР, размещенных на объектах с двигательной нагрузкой [2].
Опыт эксплуатации и допол-
нительный анализ выявили некоторые дефекты, органически присущие принципам, положенным в основу описываемых органов ПА.
Так, в условиях совместного выбега ЭД на нескольких подстанциях, связанных через питающую сеть, происходит обмен мощностью между ними: часть ЭД сохраняет двигательный режим, другие переходят в режим генераторов активной мощности, подпитывая остальную нагрузку. Отсюда на вводе некоторых подстанций при понижении уровня частоты будет сохраняться направление активной мощности от источника к Э Д - это ведет к ложному действию устройств АЧР и отказу срабатывания АВР [3].
В энергосистемах малой мощности или дефицитных районах энергосистем зафиксированы случаи, когда при набросе нагрузки приводами мощных прокатных станов понижается системный уровень частоты, а после сброса нагрузки образуется на заметный промежуток времени переток активной мощности в сеть при достаточно низком уровне частоты, отсюда опять-таки возникает вероятность срабатывания АЧР в первом режиме и быстродействующего АВР - во втором.
Переключение мощных тормозящихся синхронных электродвигателей (СД) на резервный источник питания в цикле АВР способно привести к полному погашению подстанции и длительной остановке производства из-за того, что в про-
цессе качаний СД изменяется направление активной мощности на вводе, а значение частоты напряжения на секции ниже уставки автоматики. Наоборот, действие АЧР в данном случае будет неправильным.
Описанные режимы чреваты ущербом прежде всего для производств, в системах электроснабжения ко торых используются рассматриваемые средства. Однако проведенные исследования дают возможность выделить случаи, когда автоматика с контролем частоты и направления активной мощности отрицательно влияет на сохранение устойчивости энергосистемы при значительном дефиците активной мощности.
Известно [2], что при сокращении общего числа и объема мощности генерирующих станций возрастает число районов и узлов, удовлетворяющих львиную долю потребности по электрическим связям со стороны, и, как следствие, увеличивается вероятность возникновения больших местных дефицитов мощности при аварийном отделении этих узлов и районов.
Отмечалось, что в подобных случаях на протекание переходного процесса положительно влияет увеличение значения эквивалентной механической постоянной инерции нагрузки 1>н. Поскольку значительная часть генерирующих мощностей отключена, переходный процесс в большей степени начинает опреде-
ляться величиной I. .
,/эн
Однако при этом не учитывалось действие локальных средств ПА. Между тем, при глубоком дефиците активной мощности изменение частоты в энергосистеме может происходить со скоростью, равной или даже превышающей аналогичную скорость на выбеге подключенной к секции синхронной машины. Обозначив соотношение эквивалентных постоянных инерции нагрузки и энергосистемы как 1.ш=/с-Гэг, определим время относительного рассогласования фаз электродвижущей силы СД Ед и эквивалентного генератора системы Е. на угол = ди (угол нагрузки загруженного СД), не учитывая регулирующий эффект нагрузки других узлов и действие АЧР в энергосистеме
,= 1
V 9000(Лг -1)
Очевидно, что при совпадении векторов ЭДС обмен активной мощностью Р между потребителем и энергосистемой по питающему вводу прекращается в соответствии с зависимостью
Хсв
где х - сопротивление связи.
С дальнейшим торможением генераторов энергосистемы высокоинерционная двигательная нагрузка переходит в режим генератора ак-
тивной мощности, синхронизируясь с новыми условиями работы энергосистемы. Чем меньше загрузка СД в исходном режиме, тем раньше наступает совпадение векторов ЭДС и дольше длится переток активной мощности в систему.
Таким образом, частота напряжения на секции оказывается в э том случае выше, чем в энергосистеме, а направление активной мощности на вводе подстанции соответствует режиму потери питания. Поэтому устройства АЧР отказывают в действии именно тогда, когда оно особенно необходимо. Увеличивается общее время срабатывания АЧР даже при отсутствии блокировки по активной мощности, так как снижение частоты на секции с высокоинерционной нагрузкой (при к > 1) будет запаздывать относительно общей характеристики понижения частоты в энергосистеме.
Излишнее действие устройств АВР на подстанции с электродвигателями в этом случае также являет-
ся дестабилизирующим фактором. Во-первых, отключается мощная нагрузка, которая замедляла процесс снижения частоты в энергосистеме. А во-вторых, при переключении выбегающих ЭД на другую секцию происходит дополнительный на-брос мощности на энергосистему, который тем неприятнее по последствиям, чем больше успели затормозиться двигатели, либо чем дальше от синфазного производится включение СД на резервное напряжение.
Таким образом, выбор структуры и параметров срабатывания локальных средств П А в узлах нагрузки необходимо производить с учетом собственных характеристик потребителя, соотношения характерист ик потребителя и энергосистемы, взаимодействия отдельных средств автоматики между собой. В частности, вопрос применения органов ПА с контролем частоты и направления активной мощности на объектах с двигательной нагрузкой целесообразно решать после дополнительного анализа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Слодарж М.И. Режимы работы. релейная защита и автоматика синхронных электродвигателей.
М.: Энергия, 1977.
2. Рабинович P.C. Автоматическая частотная разгрузка энергосистем/ Под ред. Е.Д. Зейлидзона. -М.: Энергия, 1980.
3. Барзам А.Б. , Корогодский В.И. Выполнение автоматической частотной разгрузки на подстанциях промышленных предприятий. Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок. ТПЭП, М„ 1977, с.3-8.
