Влияние отклонения частоты на работу электроприемников и электросистемы
Лабораторна робота 7
Устройства автоматической частотной разгрузки (АЧР)
Цель работы −изучить причины отклонений частоты в электрических сетях, влияние этих отклонений на работу электроприемников и варианты реализации устройств АЧР на различной элементной базе.
Задание:
1. Используя рекомендованную литературу [1,3,4,7] и конспект лекций уяснить причины отклонений частоты в электрических сетях и влияние этих отклонений на работу электроприемников.
2. Ознакомиться с методами поддержания частоты в электрических системах и принципом работы устройств АЧР.
3. Ознакомиться с электрической схемой АЧР на электро-механических (электронных) реле, принципом ее работы и назначением каждого элемента схемы.
4. Освоить методику настройки (редактирования) параметров микропроцессорного устройства АЧР.
5. Провести испытание микропроцессорного устройства АЧР.
Краткие теоретические сведения
Причины отклонения частоты в электрических системах
Как известно из курса ТОЭ, в нормальном установившемся режиме суммарная мощность вырабатываемая всеми генераторами электрической системой должна быть точно ровна суммарной мощности всех электроприемников подключенной к системе в данный момент. В этом случае, скорость вращения генераторов системы (а все они вращаются синхронно), а следовательно, и частота в электросистеме, должна оставаться постоянной и равной номинальной −50 Гц (в США, Японии и ряде других стран 60 Гц).
Всякое нарушение баланса между вырабатываемой и потребляемой мощностями вызывает изменение скорости вращения генераторов т. е. частоты в системе.
При аварийном отключении одного (нескольких) генераторов или подключении мощных нагрузок в системе возникает дефицит активной мощности. Электрическая нагрузка (их отдаваемый ток) на оставшиеся в работе генераторы возрастает. При этом турбины этих генераторов начинают тормозиться, что приводит к понижению частоты в системе.
Автоматические регуляторы частоты (АРЧ) увеличивают подачу пара в турбины (или воды в гидротурбины) и их обороты (мощность) увеличиваются, соответственно увеличивается до номинальной и частота напряжения вырабатываемая исправными генераторами.
Такое поддержание частоты возможно только при наличии резерва активной мощности в генераторах, то есть, если генераторы до рассматриваемого момента были частично не догружены. Если же все резервы по мощности будут исчерпаны, системе не удается восстановить частоту.
При отключении мощных нагрузок, с системе появляется избыточна генерируемая мощность, т. к. мощность вырабатываемая турбинами генераторов в первый момент остается неизменной, что приводит к повышению их оборотов и, соответственно, частоты в системе. При этом вступают в действие регуляторы скорости паровых турбин, которые несколько уменьшают подачу пара (в гидравлических турбинах – подачу воды) снижая тем самым вырабатываемую генератором мощность до достижения нового баланса мощности в системе.
Регуляторы скорости вращения паровых турбин работают достаточно быстро, поэтому сброс нагрузки проводит к незначительному возрастанию частоты и быстрому ее восстановлению до номинального значения. В гидравлических турбинах регуляторы действуют медленнее и у них скорость вращения (частота) может повыситься до 120 – 140 %.
Влияние отклонения частоты на работу электроприемников и электросистемы
Незначительныеснижения частоты (на несколько десятых герца) не представляет серьезной проблемы для электросистемы, но такое понижение частоты не благоприятно отражается на работе потребителей. С понижением частоты снижается скорость вращения электродвигателей (особенно асинхронных) и, соответственно, производительность приводимых ими в движение механизмов.
На отдельных предприятиях отклонение частоты от номинальной может привести к нарушению технологии производства, снижение частоты на 3 – 5% нарушает работу радиооборудования и ряда автоматических устройств управления. При снижении частоты резко возрастает реактивная мощность трансформаторов и вращающихся машин, что снижает экономичность работы электрических сетей.
Крайне отрицательно влияет снижение частоты на работу тепловых электростанций. Так, например снижение частоты на 3 – 5 Гц влечет уменьшение на 20 – 40 % подачу воды в конденсатор циркуляционными насосами. Это ведет к уменьшению располагаемой мощности (мощности которую может генерировать) станции, что в свою очередь ведет к дальнейшему падению частоты в системе. Это опасное явление получило название «лавина частоты».