8 сем (станции+реле) / Экзамен / Автоматика расписанные билеты

Иначе будет протекать процесс изменения частоты при наличии АЧР (кривая II). Пусть,

например, АЧР состоит из трёх очередей с уставками срабатывания 48; 47,5 и 47 Гц. Когда частота снизится до 48 Гц (точка 1), сработают устройства 1-й очереди и отключат часть потребителей: дефицит активной мощности уменьшится, благодаря чему уменьшится и скорость снижения частоты. При частоте 47,5 Гц (точка 2) сработают устройства АЧР 2-й

очереди и, отключая дополнительно часть потребителей, еще больше уменьшат дефицит активной мощности и скорость снижения частоты. При частоте 47 Гц (точка 3)

сработают устройства АЧР 3-й очереди и отключат потребителей на мощность, которая достаточна не только для прекращения снижения частоты, но и для её восстановления до номинального или близкого к номинальному значения.

Регулятор скорости изменения частоты

Глубина снижения частоты зависит не только от дефицита мощности в первый момент аварии, но и от характера нагрузки. Потребление мощности одной группой потребителей,

к которой относятся электроосветительные приборы и другие установки, имеющие чисто активную нагрузку, не зависит от частоты и при её снижении остаётся постоянным.

Потребление же другой группой потребителей — электродвигателями переменного тока

— при уменьшении частоты снижается. Чем больше в энергосистеме доля нагрузки первой группы, тем больше понизится частота при возникновении одинакового дефицита активной мощности. Нагрузка потребителей второй группы будет в некоторой степени сглаживать эффект снижения частоты, поскольку одновременно будет уменьшаться потребление мощности электродвигателями.

Уменьшение мощности, потребляемой нагрузкой при снижении частоты, или, как говорят, регулирующий эффект нагрузки, характеризуется коэффициентом, равным

Коэффициент регулирующего эффекта нагрузки показывает, на сколько процентов уменьшается потребление нагрузкой активной мощности на каждый процент снижения частоты. Значение коэффициента регулирующего эффекта нагрузки должно определяться специальными испытаниями и принимается при расчетах равным 1,5-2,5.

Устройства АЧР должны устанавливаться там, где возможно возникновение значительного дефицита активной мощности во всей энергосистеме или в отдельных её районах, а мощность потребителей, отключаемых при срабатывании устройства АЧР,

должна быть достаточной для предотвращения снижения частоты, угрожающего нарушением работы механизмов собственного расхода электростанций, что может повлечь за собой лавину частоты. Устройства АЧР должны выполняться с таким расчётом,

чтобы была полностью исключена возможность даже кратковременного снижения частоты ниже 45 Гц, время работы с частотой ниже 47 Гц не превышало 20 с, а с частотой ниже 48,5 Гц — 60 с.

10.2. Влияние изменения частоты на работу потребителей. Регулирующий эффект нагрузки

Все потребители разделяются на группы, которые характеризуются определённой зависимостью производительности от частоты.

Нулевая группа. Это потребители, мощность которых не зависит от частоты: осветительная нагрузка, электропечи, электрифицированный транспорт и другие приёмники, питаемые через выпрямители. Зависимость потребляемой мощности от частоты для этой группы запишется

Первая группа. Потребители, мощность которых зависит от частоты в первой степени

В эту группу входят металлообрабатывающие станки, компрессоры и др. Вторая группа. Механизмы, мощность которых зависит от квадрата частоты

Потребители этой группы занимают промежуточное положение между потребителями первой и третьей групп. В чистом виде нет потребителей с квадратичной зависимостью производительности от частоты, но у некоторых из них есть зависимость, близкая к данной.

Третья группа. Зависимость потребляемой мощности определяется кубом частоты

К этой группе относятся вентиляторы и насосы при небольшой величине статического напора сопротивления.

Четвертая группа. Потребители, мощность которых зависит от частоты в четвертой и выше степени. К этой категории относятся насосы с большим статическим напором сопротивления, например питательные насосы котлов и др.

Указанные зависимости справедливы при небольших отклонениях частоты. Отметим также, что разделение всех потребителей на пять групп является условным. У ряда потребителей показатель степени не является целым числом, и эти потребители отнесены к ближайшей целой степени условно.

Нагрузка всей энергосистемы определяется потребителями указанных групп, в соответствии с чем

Регулирующий эффект нагрузки:

Наряду с генерирующими установками в регулировании мощности и частоты принимает также и нагрузка энергосистемы.

При отклонении частоты и напряжения в сети от нормы, потребление как активной, так и реактивной мощности изменяется. Это явление получило название регулирующего эффекта нагрузки или явлением самовыравнивания.

Найдём изменение потребления при малых отклонениях частоты

В качестве примера рассмотрим энергосистему, имеющую следующий состав потребителей: нулевой группы – 20%, первой – 40%, второй – 5%, третьей – 20% и четвертой – 15%. В соответствии с принятыми обозначениями

Регулирующий эффект нагрузки этой энергосистемы равен kH=1,7.

В течение суток состав потребителей энергосистемы не постоянен, что влечёт за собой изменение регулирующего эффекта нагрузки. Обычно эти изменения не очень велики и в течение суток не выходят за пределы ± (10 - 15) %.

Для энергосистем России регулирующий эффект нагрузки лежит в пределах kH = 1 - 3, те. при снижении частоты в энергосистемах на 1 % (0,5 Гц) потребление уменьшается на

1 — 3 %.

Для отдельных потребителей регулирующий эффект нагрузки численно равен показателю степени или при принятой нумерации групп потребителей равен номеру группы. Так, например, для потребителей третьей группы, регулирующий эффект равен kH = 3. Это значит, что при уменьшении частоты на 1 % производительность механизмов потребителей этой группы снижается на 3 %.

Считается, что отклонение производительности потребителей на 1 —3 % вполне допустимо. Установив эту величину и зная регулирующий эффект нагрузки, можно определить допустимые отклонения частоты с учётом требований потребителей . Так, принимая

Рдоп = 3 %, для первой и третьей групп потребителей, найдём соответственно Δfдоп1

=±1,5 Гц и Δfдоп3= 0,5 Гц. Отсюда следует, что подавляющее большинство потребителей

(по третью группу включительно) допускают отклонение частоты в пределах Δf= ± 0,5 Гц,

поскольку это не оказывает заметного влияния на их работу.

10.3. Влияние понижения частоты на работу ЭС

Более жёсткие требования к поддержанию частоты предъявляет энергосистема. Распределение нагрузки между агрегатами производится с учётом их техникоэкономических показателей. Эта задача решается диспетчером энергосистемы. Для соблюдения наиболее экономичного режима все агрегаты должны работать с заданной диспетчером нагрузкой. Однако в соответствии со статическими характеристиками регуляторов частоты вращения заданный диспетчером режим поддерживается только при номинальной частоте 50 Гц. Даже незначительные отклонения частоты приводят к существенным отклонениям от заданного режима, и экономичность работы системы нарушается.

Рассмотрим пример. Генератор в соответствии с заданием диспетчера несёт нагрузку Р. Агрегат имеет статизм s = 0,04, частота в системе 50 Гц. При отклонении частоты на Δf мощность агрегата изменится в соответствии с ΔP= Δf/ s. При отклонениях частоты Δf=±0,5 Гц изменение мощности агрегата составит ±25%, что, конечно, недопустимо.

Для оценки допустимого отклонения частоты с точки зрения поддержания заданного режима агрегата следует решить задачу в обратном порядке. Отклонение мощности агрегата, не приводящее к существенному изменению режима, оценивается в ± 2,5 %. Отсюда следует, что при статизме s= 0,004 отклонения частоты системы должны быть не более ± 0,05 Гц.

Изменение нагрузки потребителей в сети может быть различным по характеру. При малых изменениях нагрузки в системе требуется небольшой резерв мощности. В этих случаях автоматическое регулирование частоты в системе может производиться на одной, так на-зываемой частотно-регулирующей станции. При больших изменениях нагрузки увеличение мощности должно быть предусмотрено на значительном числе станций. В связи с этим в соответствии с предполагаемыми изменениями нагрузок потребителей заранее составляются графики соответствующего изменения нагрузки электростанций. При этом предусматривается экономическое распределение нагрузок между станциями.

В послеаварийных режимах, например при отключении мощных линий электропередач, система может оказаться разделённой на отдельные несинхронно работающие части. В некоторых из них мощность электростанций может оказаться недостаточной для под-держания частоты и будут наблюдаться большие изменения частоты. Это, как уже отмечалось, приведёт к резкому снижению производительности оборудования собственных нужд электростанций (питательных и циркуляционных насосов, дымососов и т.д.), что вызовет дальнейшее значительное уменьшение мощности станций, вплоть до их выпадения из работы. Для предотвращения общесистемных аварий в подобных случаях предусматривают специальные автоматические устройства частотной разгрузки (АЧР), отключающие в таких случаях часть менее ответственных потребителей. После

ликвидации дефицита мощности, например после включения резервных источников, специальные устройства частотного автоматического повторного включения (АПВЧ) включают отключенных потребителей, и нормальная работа системы восстанавливается.

Заменяя отрезки кривых прямыми линиями получим зависимость = ( ) с

определённой погрешностью. Погрешность тем меньше, чем больше очередей АЧР и чем быстрее действуют эти очереди.

Рисунок 8 - Изменение частоты при возникновении дефицита мощности (приближённое построение)

На рисунке 2 буквами а, б, в показаны характерные точки процесса полученные приближённым построением, буквами а’, б’, в’ – более точным построением.

При переходе частоты от н к к с уставкой действует группа устройств АЧР и отключает нагрузку первой очереди 1. Начальный дефицит мощности уменьшится. При частоте б действует следующая группа АЧР, дефицит мощности опять уменьшается. Если после действия устройств частотной разгрузки значение генерирующей мощности превзойдёт мощность нагрузки, частота в энергосистеме начнёт повышаться.

10.5. Принципы выполнения АЧР (в т. ч. область применения, преимущества и недостатки каждого способа)

Нельзя сразу же прибегать к разгрузке энергосистемы, как только частота станет ниже номинальной. Считается, что до тех пор, пока частота находится на уровне 49,5 Гц и выше, прибегать к отключению потребителей не следует. Этот же подход (не производить лишнего отключения потребителей) должен соблюдаться и при действии разгрузки.

Разгрузить энергосистему означает, во-первых, приостановить снижение частоты, не допуская ее ниже 45 Гц и, во-вторых, поднять частоту до номинального значения. Если энергосистема работает изолировано, то за счёт аварийной разгрузки достаточно поднять частоту до 49,5 Гц с последующим её восстановлением вручную до 50 Гц действием оперативного персонала.

В отделившейся части энергообъединения необходимо стремиться поднять частоту до уровня 50 Гц для ресинхронизации с объединением.

При возникновении дефицита мощности генерации Р за счёт отключения мощного генератора или целой станции снижение частоты будет происходить по экспоненциальному закону

= ∙ (1 − − /′).н

В первый момент возникновения возмущения Р отклонение частоты от номинального значения равно нулю, поэтому всё возмущение расходуется на ускорение (замедление) вращающихся масс

∙ ( / )|=0 = ∆.

Измерив «ускорение» /|=0, можно определить величину возмущения и произвести отключение потребителей на соответствующую величину. При очень больших дефицитах мощности способ разгрузки по производной снижения частоты df/dt является весьма эффективным.

Обычно разгрузка ведётся по отклонению частоты. На рис. 10.5.1 представлены две кривые снижения частоты.

Рис. 10.5.1 Изменение частоты при дефицитах мощности