Регулирование частоты в послеаварийных режимах

Послеаварийный режим связан со значительными отклонениями частоты, возникающими после отключения части генераторов, а также нагруженных системообразующих или межсистемных линий. В этом случае система может оказаться разделенной на части, в некоторых из этих частей возникает дефицит активной мощности и частота падает, а в других – избыток активной мощности и частота повышается.

При увеличении частоты из-за возникшего избытка активной мощности в результате первичного и вторичного регулирования электрические станции могут оказаться на технологическом минимуме, т.к. первичное регулирование будет снимать нагрузку, что, в свою очередь, может привести к недопустимому увеличению температуры и давления пара; эти параметры становятся такими, что происходит аварийное отключение агрегата. Для предотвращения такого явления прибегают к полной разгрузке генераторов ГЭС, а если это не помогает, то к отключению таких агрегатов, которые допускают частые пуски и остановы (т.е. пиковых агрегатов).

Наиболее опасно понижение частоты. При возникновении большого дефицита активной мощности в отделившейся части энергосистемы, в результате первичного и вторичного регулирования, все станции оказываются полностью загруженными, и если резерва в энергосистеме нет, то частота восстановиться не может, тогда создаются условия для возникновения лавины частоты. Это явление лавинообразного снижения частоты в энергосистеме, вызванного нарастающим дефицитом активной мощности.

Пусть в начальный момент времени t₁ f=f_ном и Р _1г= Р _1н, рис.8.9. Предположим, что резерв мощности в энергосистеме отсутствует.

Рис.8.9. Возникновение лавины частоты

По одной из перечисленных выше причин момент времени t₁ возникает дефицит активной мощности Р _1г - Р_2Г. При этом становится невозможным вращение двигателей питательных насосов с прежней скоростью, поэтому уменьшается впуск пара в турбину, а значит, снижается частота (кривая 1-2). Нагрузка также реагирует на снижение частоты и по статической характеристике снижает потребляемую мощность до P _2н (точка 2). Если частота больше снижаться не будет, то при f ₂ возможен новый баланс Р_{2 г}= Р _2н, но для этого нужен резерв мощности генераторов, чтобы поднять или поддержать на этом уровне производительность питательных насосов. Если такого резерва нет, то снижение частоты приводит к тому, что скорость, а значит, и производительность питательных насосов падает, воды в котел поступает меньше, вырабатывается меньше пара, и Р _г снижается (кривая 3-4). Дефицит мощности растет, это приводит к дальнейшему снижению частоты (кривая 2-4). При достижении критического значения частоты f_кр =46-45Гц мощность тепловой станции снижается до нуля и частота резко падает. Такой необратимый процесс называют лавиной частоты. Оставшиеся в работе генераторы резко затормаживаются, двигатели начинают потреблять повышенную реактивную мощность (рис.8.2, 8.4), которую генераторы не могут выдать из-за снижения ЭДС, поэтому в сети происходит резкое снижение напряжения, вызывающее торможение двигателей. Такой процесс приводит к развалу системы.

Для предотвращения лавины частоты во всех режимах должен быть определенный резерв мощности, реализуемый при соответствующем росте нагрузок. Резерв может быть горячим (генераторы загружаются до мощности меньше номинальной и быстро набирают нагрузку при внезапном нарушении баланса активной мощности) и холодным, для ввода которого нужен длительный промежуток времени. Кроме резерва мощности на электростанциях необходим резерв по энергии: на ТЭС должен быть обеспечен соответствующий запас топлива, а на ГЭС - запас воды.

Если резерв станций исчерпан, а частота в системе не достигла номинального значения, то должны быть приняты автоматические быстродействующие мероприятия, которые называются АЧР (автоматическая частотная разгрузка). АЧР представляет собой предусмотренное заранее отключение очередями потребителей электрической энергии при понижении частоты в электрической системе, осуществляемое устройствами автоматики. Действие АЧР должно начинаться при частоте 48,5Гц.

Для исключения лишних отключений нагрузки систему АЧР разбивают на категории АЧР I, АЧР II, каждая из которых выполняется в виде нескольких очередей. В АЧР I очереди отличаются уставками по частоте, интервал между ними 0,1Гц, а единая уставка по времени 0,1-0,15 с. В АЧР II очереди отличаются уставками по времени: начальная 5-10с., конечная 60-70с.; интервал между очередями ≈3с.; единая уставка по частоте та же, что у АЧР I или несколько больше.

Рис. 8.10. Изменение частоты при работе АЧР

Если в момент времени t₁ частота в системе упала (на рис.8.10 точка 1), то в действие вступает АЧР I, происходит отключение первой очереди потребителей. Если при этом баланс активных мощностей восстановился, то восстановление частоты идет по кривой 1-1*. Если отключенной мощности недостаточно для восстановления баланса, то происходит дополнительное отключение потребителей, подключенных к АЧР I (кривая 2-2*). При дальнейшем снижении или зависании частоты в работу вступает АЧР II. Если частота продолжает падать, то может возникнуть лавина частоты (кривая 2-3).

Для предотвращения лавины частоты в таких случаях в энергосистемах предусматривают специальную очередь разгрузки с уставками срабатывания f =47Гц и выдержкой времени 20-25 с.

Наряду с действие АЧР в энергосистемах предусмотрено ЧАПВ (частотное автоматическое включение). После восстановления частоты в системе ЧАПВ очередями подключает отключенных потребителей. Его обычно настраивают на 49-50Гц с началом работы 10-20с., чтобы не вызвать повторного снижения частоты.

В энергосистемах, где преобладают ГЭС, частота срабатывания первой очереди АЧР I может быть несколько ниже, чем для тех энергосистем, где преобладают ТЭС.

В объединенных энергосистемах по межсистемным ЛЭП может передаваться до 50 % мощности местной энергосистемы (МЭС). В этих условиях для поддержания частоты мощность, которую надо подключить к АЧР, может достичь 80-90% мощности МЭС. АЧР выполняют таким образом, чтобы к системе АЧР были подключены как потребители МЭС, так и объединенной энергосистемы (ОЭС). Избирательное действие АЧР осуществляется с учетом скорости изменения частоты.

Если отключение межсистемных ЛЭП приведет к отделению МЭС, то частота в ней упадет, а в ОЭС возрастет. Для включения систем на параллельную работу необходимо выровнять частоты. Для этого в ОЭС частоту уменьшают путем разгрузки генераторов, а в МЭС частоту увеличивают за счет отключения потребителей. При регулировании частоты контролируют перетоки мощности по межсистемным линиям.