CC BY
20XIМеждународная научно-практическая конференция разработки и усовершенствования существующих систем защиты и
управления.
Тенденция развития цифровых энергетических систем предполагает использование цифровых подстанций (ЦПС). Преимущества цифровых подстанций состоят в высокой надёжности, безопасности, общем обмене информацией, компактности структуры, упрощении проектирования, экологичности и энергосберегаемости. Цифровизация касается не только проектируемых подстанций, но и традиционных [1, 2]. Так используются решения для реконструкции традиционных подстанций для внедрения их в активно-адаптивную систему, которая позволяет получать и передавать мгновенные значения токов и напряжений от измерительных трансформаторов или шкафов передачи аналогового сигнала к микропроцессорным (МП) устройствам РЗА посредством внедрения стандарта связи МЭК 61850.
Переход от традиционных систем АСУ ТП и РЗА подразумевает совершенствование защит с целью повышения точности, надёжности и устойчивости проектируемых систем [3]. Традиционные устройства автоматики не позволяют достичь точности и быстродействия, требуемые при проектировании новых станций/подстанций. Совершенствование алгоритмов для функции МП терминала позволяет достичь требуемых параметров. Актуальным остаётся вопрос совершенствования систем точной синхронизации генераторов (ТСГ). Важность этого вопроса заключается в создании оптимальных условий, способствующих включению генератора на параллельную работу без переходных процессов и уравнительного тока, нарушающих устойчивость в случае, если система имеет малый запас устойчивости.
Существующие аналоговые устройства точной синхронизации имеют ряд недостатков. Их существенность не позволяет использовать такие синхронизаторы в проектируемых системах.
«Научные исследования и инновации»
Концепция ЦПС предполагает сбор, передачу и обработку информации в цифровой форме, что неприменимо на устройствах ТСГ, выполненных на аналоговом принципе, а как результат, их внедрение в проектируемые/реконструируемые системы [4].
Возможен случай несинхронного включения при превышении заданного порога скорости изменения напряжения и частоты [5]. В этом случае логика устройства должна заблокировать включение, однако этого не позволяет недостаточная гибкость алгоритма аналогового синхронизатора.
Отсутствие самодиагностики цепей напряжения в аналоговом синхронизаторе может привести к аварии или поломке в следствии несинхронного включения из-за подведённых по ошибке цепей другого генератора, который уже синхронизирован.
Условия синхронизации
Обеспечение качественной и безопасной синхронизации требует соблюдение ряда условий.
Равенство напряжений
Появление уравнительного тока исключается выравниванием напряжения генератора и сети. Достигается за счёт регулирования тока возбуждения.
Равенство частот
При большой разности частот сложно выбрать верный момент включения, и даже если момент выбран правильно, неизбежны нежелательные переходные процессы, качания и толчки уравнительного тока, которые могут стать причиной поломки турбины в следствии образующихся избыточных механических моментов. Равенство частот генератора и сети достигается путём изменения вращающегося момента за счёт изменения количества воды и пара, подаваемых на турбину.
Равенство фаз векторов напряжений
XIМеждународная научно-практическая конференция
Несовпадение фазовых углов векторов напряжения генератора и
сети являются причиной возникновения напряжения биений. Включение генератора при наличии данного напряжения приведёт к появлению уравнительного тока. Данный ток исключается выдачей сигнала на включение при совпадении фаз генератора и сети с учётом времени опережения. Время опережения выбирается исходя из времени включения выключателя и срабатывания реле.
Контроль уровня напряжения и частоты сети
Напряжение и частота сети в аварийных условиях может быстро меняться и сильно отклоняться от нормальных значений, поэтому необходимо контролировать допустимость данных параметров.
Выравнивание напряжения
Чтобы напряжение подгонялось к требуемому значению, необходима выдача импульсов регулирования на АРВ
Выравнивание частоты
Чтобы частота подгонялось к требуемому значению, необходима выдача импульсов регулирования на АРЧВ. При частоте равной частоте сети, может произойти явление «зависания» процесса синхронизации, из-за которого совпадение фаз напряжений генератора и сети становится невозможным. В таком случае требуется выдача импульса регулирования, направленного на увеличение частоты, чтобы частота генератора была выше частоты сети. В противном случае генератор либо не синхронизируется, либо в процессе синхронизации будет потреблять реактивную мощность.
Скорость изменения напряжения и частоты генератора
Выдача импульсов изменения напряжения и частоты сопровождается переходными процессами. Включение в этот момент может сопровождаться большими уравнительными токами, поэтому стоит контролировать скорость изменения напряжения и частоты и в
«Научные исследования и инновации» случае необходимости дождаться наступления установившегося
режима.
При этом точное выполнение условий синхронизации к моменту включения выключателя позволяет повысить качество сопровождающих переходных процессов и предотвратить излишний износ оборудования, вызванный такими последствиями несинхронного включения, как подгорание контактов выключателя, повреждение обмоток генератора и повышающего трансформатора, механические воздействия на вал энергоагрегата.
Алгоритм работы устройства точной синхронизации приведён на рисунке 1.
Рис. 1. Алгоритм работы устройства точной синхронизации
Точная синхронизация может осуществляться вручную оператором с использованием панели синхронизации, представленной на рисунке 2. Так же возможна полуавтоматическая синхронизация, когда оператор осуществляет подгонку вручную, и автоматическая, в которой подгонка и включение осуществляется устройством автоматики.
Рис. 2. Система точной синхронизации СТС3
Таким образом, процесс включения генератора в сеть сопровождается уравнительным током, который негативно влияет на качество синхронизации. Так же к контролируемым устройством синхронизации величинам предъявляются требования, повышающие надёжность включения
Требования, предъявляемые к устройствам точной синхронизации
Если АРВ генератора содержит устройство автоматической подгонки напряжений, тогда в процессе синхронизации сначала выполняется подгонка напряжения, а затем подается команда на пуск синхронизатора. Как правило точность устройства подгонки напряжения не хуже 1%.
При отсутствии устройства автоматической подгонки напряжений, а также при ручном регулировании возбуждения различие напряжений сети и генератора не должно превышать 5%.
Угол напряжения генератора относительно сети не должен превышать 10°.
«Научные исследования и инновации» Точная синхронизация производится в нормальном режиме
работы электрической сети, когда отклонение частоты сети не
превышает 0,4 Гц.
Стоит заметить, что зарубежный стандарт организации Institute
of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) предъявляет более жёсткие
требования к условиям точной синхронизации.
Таблица 1. Требования стандарта IEEE C50.13-2014, применяемые к устройствам ТСГ
Максимальный угол включения ±10°
Допустимая разница напряжений до 5%
Допустимая разница частот ±0,067 Гц
Устройство ТСГ часто ставят одно на несколько генераторов, используя ключи для смены цепей напряжения. В этом случае возможна ошибка в действиях персонала при переключении пакетных ключей, в следствии которой цепи напряжения будут подключены от синхронизированного генератора, что приведёт к несинхронному включению синхронизируемого генератора. Для повышения надёжности защиты от подобной ситуации предусмотрен запрет на включение генератора при нулевой разности частот между генератором и сетью.
Для повышения надёжности устройство синхронизации для контроля синхронизма в момент включения дополнительно используется реле контроля синхронизма.
На станциях генераторы обычно имеют блочную схему подключения блок генератора-трансформатор как показано на рисунке 3. Из-за чего возникает потребность в коррекции фазы напряжения генератора исходя из группы соединения обмоток силового трансформатора. Так же требуется компенсировать различия в коэффициентах трансформации измерительных трансформаторов.
Таким образом, применение описанных требований позволяет разрабатывать надёжные устройства точной синхронизации генераторов.
Библиографический список:
1. Воробьев Е.С. Реконструкция подстанции с применением МЭК 61850 / Е.С. Воробьев, А.В. Глазырин // Современные проблемы электроэнергетики и пути их решения: Материалы V Всероссийской научно-технической конференции, Махачкала, 25-26 декабря 2019 года. - Махачкала: Информационно-Полиграфический Центр ДГТУ, 2019. - С. 162-166.
2. Воробьев Е.С. Использование программных комплексов для тестирования микропроцессорных терминалов на работоспособность по МЭК 61850 / Е.С. Воробьев, А. В. Глазырин // Актуальные вопросы энергетики в АПК: Материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Благовещенск, 19 февраля 2020 года. - Благовещенск: Дальневосточный государственный аграрный университет, 2020. - С. 139-143.
42
«Научные исследования и инновации»
3. Воробьев Е.С. Принципы управления размерностью
структурных моделей электрических сигналов интеллектуальной энергетики / Е.С. Воробьев, В.И. Антонов, В.А. Наумов [и др.] // Релейная защита и автоматизация. - 2021. - № 1(42). - С. 30-37.
4. Глазырин А. В. Преобразователи дискретных и аналоговых сигналов на цифровой подстанции / А.В. Глазырин, Е.С. Воробьев // САПР и моделирование в современной электронике: Сборник научных трудов IV Международной научно-практической конференции, Брянск, 22-23 октября 2020 года. - Брянск, 2020. - С. 77-80. - DOI 10.51932/9785907271739_7
5. Наумов В.А. Мониторинг частоты в цифровых системах релейной защиты и автоматики на основе фильтров ортогональных составляющих / В.А. Наумов, А.В. Солдатов, Н.Г. Иванов, А.В. Глазырин // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы XIII всероссийской научно-технической конференции, Чебоксары, 07 июня 2019 года. -Чебоксары: Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, 2019. - С. 337-342.
© Глазырин А.В., Аниферов А.В., Садчиков М.С. 2021
