Автоматическая частотная разгрузка (АЧР)в электрических сетях электроснабжения.Назначение,принцип действия,выбор уставок.

22.1.Назначение и основные принципы выполнения АЧР. Пока в энергосистеме имеется вращающийся резерв активной мощности, системы регулирования частоты и мощности должны поддерживать заданный уровень частоты. После того как вращающийся резерв будет исчерпан, дефицит активной мощности, вызванный отключением части генераторов или включением новых потребителей, повлечет за собой снижение частоты в энергосистеме.

Небольшое снижение частоты, на несколько десятых Гц, не представляет опасности для нормальной работы энергосистемы, хотя и влечет за собой ухудшение экономических показателей. Снижение же частоты более чем на 1…2 Гц представляет серьезную опасность и может привести к полному расстройству работы энергосистемы.

Это в первую очередь определяется тем, что при понижении частоты снижается скорость вращения электродвигателей, а следовательно, снижается и производительность приводимых ими механизмов собственного расхода тепловых электростанций. Вследствие снижения производительности механизмов собственного расхода резко уменьшается располагаемая мощность тепловых электростанций, особенно электростанций высокого давления, что влечет за собой дальнейшее снижение частоты в энергосистеме. Таким образом, происходит лавинообразный процесс – «лавина частоты», который может привести к полному расстройству работы энергосистемы.

Современные крупные паровые турбины не могут длительно работать при низкой частоте из-за опасности повреждения их рабочих лопаток. Зона, свободная от резонансов составляет 1…2 Гц и недопустима длительная работа системы при частотах выходящих за этот диапазон.

Процесс снижения частоты в энергосистеме сопровождается также снижением напряжения, что происходит вследствие уменьшения частоты вращения возбудителей, расположенных на одном валу с основными генераторами. Если регуляторы возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов не смогут удержать напряжение, то также может возникнуть лавинообразный процесс – «лавина напряжения», так как снижение напряжения сопровождается увеличением потребления реактивной мощности, что еще более усложнит положение в энергосистеме.

При отсутствии вращающегося резерва единственно возможным способом восстановления частоты является отключение части наименее ответственных потребителей. Это и осуществляется с помощью специальных устройств – автоматической частотной разгрузки (АЧР), срабатывающих при опасном снижении частоты.

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

Кнагр = ΔP% /Δ f%. (22.14)

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 2,5…4.

Устройства АЧР должны устанавливаться там, где возможно возникновение значительного дефицита активной мощности во всей энергосистеме или в отдельных ее районах, а мощность потребителей, отключаемых при срабатывании 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 расчетом, чтобы была полностью исключена возможность даже кратковременного снижения частоты ниже критического значения, равного 45Гц. Необходимо учитывать все реально возможные случаи аварийных отключений генерирующей мощности и снижения частоты ниже 45 Гц. Время работы с частотой ниже 47 Гц не должно превышать 20 с, а с частотой ниже 48,5 Гц – 60 с. Допустимое время снижения частоты ниже 49 Гц по условиям работы АЭС равно 2 минуты.

Чем больший дефицит мощности может возникнуть, тем на большую мощность должно быть отключено потребителей. Для того, чтобы суммарная мощность нагрузки потребителей, отключаемых действием АЧР, хотя бы примерно соответствовала дефициту активной мощности, возникшему при данной аварии, АЧР, как правило, выполняется многоступенчатой, в несколько очередей, отличающихся уставками по частоте срабатывания.

Первая категория автоматической частотной разгрузки АЧРI является быстродействующей (t=0,3…0,5 с) с уставками срабатывания от 48,5 Гц (в отдельных случаях от 49,2 Гц до 46,5 Гц. Назначение очередей АЧРI – не допустить глубокого снижения частоты в первое время развития аварии. Уставки срабатывания отдельных очередей АЧРI отличаются одна от другой на 0,1 Гц. Мощность, подключаемая к АЧРI, равномерно распределяется между очередями.

Вторая категория автоматической частотной разгрузки—АЧРII предназначена для восстановления частоты до длительно допустимого значения – выше 49,0 Гц. АЧР II работает после отключения части потребителей от АЧРI, когда снижение частоты прекращается, и она устанавливается на уровне 47,5…48,5 Гц.

Уставки срабатывания всех АЧРII принимаются близкими по частоте в диапазоне 48,5…48,8 Гц. Выдержки времени АЧРII отличаются друг от друга на 3 с и принимаются равными 5…90 с. Большие выдержки времени АЧРII принимаются для того, чтобы постепенно довести частоту до нужной величины, не допустив повышения ее до величины существенно выше 49 Гц. Считается, что энергосистема может устойчиво и длительно работать при частоте превышающей 49,2 Гц и доведение ее до номинальной, означает, что будет отключена дополнительная часть потребителей, которая могла бы остаться в работе.

Совмещенная АЧР состоит из двух устройств АЧРI – АЧРII, действующих на одну и ту же нагрузку.

Кроме двух категорий автоматической частотной разгрузки – АЧРI и АЧРII в эксплуатации применяются некоторые другие очереди АЧР. Специальная очередь АЧР – имеющая уставки 49,2 Гц, и время 0,3…0,5 с должна препятствовать понижению частоты ниже 49,2 Гц, а защитная очередь АЧР 49,1 Гц 0,3…0,5 с не должна допустить снижения частоты ниже 49 Гц, опасной вследствие возможной разгрузки атомных электростанций и дальнейшего снижения частоты. Мощность нагрузки, подключенная к двум последним очередям АЧР недостаточна для того, чтобы обеспечить подъем частоты при тяжелых авариях, связанных с выделением узла со значительным дефицитом мощности. Эта задача возлагается на мощность, подключенную к АЧРI и АЧРII.