Ачр

Содержание

Применение

В работе энергосистемы нередко случаются аварии, вызванные разного рода причинами, в результате которых система может потерять часть своих источников питания (аварии на генераторах, питающих трансформаторах). Обычно, в случае потери питания от источника, применяется АВР, с помощью которого к системе подключаются дополнительные источники; или систему соединяют с параллельно работающей системой. Однако во многих случаях мощности источников, питающих параллельную систему, может быть недостаточно для питания своей и добавленной нагрузки, в связи с чем в системе возникает дефицит активной мощности, проявляющийся в первую очередь в снижении частоты системы.

Снижение частоты на десятые доли герца могут привести к ухудшению экономических показателей системы, но серьёзной опасности не несет. (Промышленная частота переменного тока в России и ряде стран Европы принята 50 Гц, В США — 60 Гц) Снижение же частоты на 1-2 Гц и более может привести к серьёзным последствиям для работы энергосистемы, а также для её электроприёмников. Объясняется это тем, что при снижении рабочей частоты снижается скорость вращения питающихся от системы электродвигателей. В число этих двигателей, в частности, входят и механизмы собственных нужд тепловых электростанций, которые также питают данную систему. В результате этого снижается выходная мощность, генерируемая тепловыми электростанциями, и частота падает ещё быстрее. Этот процесс называется «лавиной частоты» и приводит к выводу системы из строя.

Снижение частоты несет разрушительные действия для сложных технологических процессов, может привести к угрозе безопасности людей, повлечь за собой серьёзные техногенные или экологические катастрофы. В частности, при долгой работе крупных паровых турбин на пониженной частоте в них возникают разрушительные процессы, связанные с совпадением частоты вращения турбины с резонансной частотой какой-либо из групп её лопаток.

Кроме частоты, в системе уменьшается напряжение, недостаток которого также серьёзно влияет на состояние потребителей электроэнергии.

Для того, чтобы не допустить обвала частоты в системе, принято отключать часть приёмников электроэнергии, снижая тем самым нагрузку на систему. Подобное отключение называется автоматической частотной разгрузкой (АЧР).

Согласно ПУЭ все потребители электрической энергии делятся на три категории: I категория — к потребителям этой группы относятся те, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб, опасность для безопасности государства, нарушение сложных технологических процессов и пр. II категория — к этой группе относят электроприёмники, перерыв в питании которых может привести к массовому недоотпуску продукции, простою рабочих, механизмов, промышленного транспорта. III категория — все остальные потребители электроэнергии. Потребители I категории должны иметь постоянное электропитание, причем от двух независимых источников. Перерыв в питании от одного из источников допускается только на время действия АВР. Потребители II категории допускают работу от одного источника и перерыв питания не должен превышать время, необходимое для включения резервного источника дежурным персоналом или выездной бригадой. Потребители же III категории допускают перерыв в электропитании до суток (время ликвидации аварии выездной аварийной бригадой). Таким образом, действие АЧР направлено на отключение потребителей III категории, как наименее важных.

При проектировании схемы АЧР электрической системы следует распределять потребителей по подстанциям и распределительным устройствам с учетом этого разделения на категории. Кроме того, следует предусмотреть все возможные виды аварий и предусмотреть такую мощность отключаемых электроприёмников, которой окажется достаточно, чтобы вернуть систему в нормальное состояние после их отключения. Саму схему АЧР делают многоступенчатой, где каждая ступень отличается от другой уставкой по частоте. То есть, при достижении частоты ниже определённого значения, определяемого первой уставкой, сработает первая ступень и отключит часть потребителей. Затем, если процесс падения частоты не остановился, то при достижении частоты значения второй уставки, отключится следующая группа потребителей, что ещё больше замедлит процесс снижения частоты.

Классификация

Устройства АЧР функционально подразделяются на устройства:

АЧР-1 (в том числе устройства специальной очереди АЧР)

Быстродействующая АЧР. Задача АЧР-1: быстрое отключение части потребителей с целью остановить лавинообразный процесс падения частоты в системе. Уставки по частоте устройств АЧР-1 должны находиться в диапазоне 46,5 — 48,8 Гц, уставки по частоте устройств специальной очереди АЧР — в диапазоне 49,0 — 49,2 Гц. Минимальная ступень по частоте 0,1 Гц. Уставки по времени устройств АЧР-1 должны находиться в диапазоне 0,15 — 0,3 секунды и должны исключать действие устройств АЧР-1 при коротких замыканиях в электрической сети. Мощность отключаемых потребителей равномерно распределяют по ступеням.

АЧР-2

Задача АЧР II — восстановить частоту после действия устройств АЧР-1 или при медленном снижении частоты.

Устройства АЧР-2 функционально подразделяются на устройства:

— АЧР-2 несовмещенной;

— АЧР-2 совмещенной.

Объем отключаемой нагрузки АЧР-2 совмещенной входит в объем отключаемой нагрузки АЧР-1.

АЧР-2 начинает срабатывать после того, как частота установится на уровне 47,5—48,5 Гц. Уставки по частоте устройств АЧР-2 должны находиться в диапазоне 48,7–49,1 Гц. Выдержка времени между ступенями АЧР II больше, чем у АЧР I и выбирается в диапазонах от 5—10 до 70—90 секунд. Такая большая выдержка времени обусловлена тем, что система может длительно работать при частоте выше 49,2 Гц, поэтому быстро доводить значение частоты до номинального путём отключения потребителей, которые могут получать электроэнергию без особого вреда для системы, не имеет смысла.

Существуют также особые категории АЧР, применяемые в различных специфических случаях.

Схемы АЧР относят к аппаратуре РЗиА (релейной защиты и автоматики) электрических сетей и традиционно основаны на частотных реле (например отечественные электронные реле частоты серии РЧ); в настоящее время широкое распространение получили микропроцессорные терминалы РЗиА, одновременно выполняющие множество функций защит и автоматики, в том числе и выполнение функций АЧР и ЧАПВ.

Действия других систем

АЧР производит лишь экстренное восстановление баланса активной мощности в системе электроснабжения (действуя совместно с АЛАР и делительной защитой), поэтому при большом дефиците активной мощности во время срабатывания АЧР неответственных потребителей происходит автоматическое увеличение вырабатывания электроэнергии на работающих недогруженных блоках электростанций (с помощью направляющих аппаратов турбин на ГЭС, регулирующих клапанов на паропроводах ТЭС и АЭС либо подъёмом замедляющих стержней в реакторах АЭС), нагрузка блоков, работающих на холостом ходу и как крайняя мера-пуск резервных генераторов ГЭС. По мере поднятия частоты питающей сети необходимо восстанавливать электроснабжение потребителей, отключённых АЧР, что должно происходить постепенно и в строгой последовательности, исходя их текущего значения частоты, времени её нахождения на данном уровне (уставки срабатывания по частоте и по времени) и уровня ответственности данного потребителя, всё это производится другой разновидностью РЗиА — частотным автоматическим повторным включением (ЧАПВ).

> Примечания

  • Для энергосистем с промышленной частотой 50 Гц

Автоматическая разгрузка трансформаторов

В случае отключения одного из параллельно работающих трансформаторов ток нагрузки оставшихся в работе трансформаторов может превышать номинальный. Длительная перегрузка в работе трансформатора вызывает перегрев его обмоток, что может привести к разрушению изоляции и повреждению трансформатора, поэтому перегрузка допускается в течение ограниченного времени, тем меньшего, чем больше перегрузка. На автоматизированных подстанциях выполняется автоматическая разгрузка, отключающая при значительной перегрузке трансформатора часть потребителей, так чтобы с оставшейся нагрузкой трансформатор мог работать 1 – 2 часа.

Автоматика действует однократно. Наиболее простая схема приведена на рис. Токовое реле срабатывает при перегрузке трансформатора и подает плюс на обмотку многопозиционного реле времени РВ, имеющего несколько контактов. Потребители отключаются по ступеням – по степени ответственности. С помощью такого реле времени может быть выполнена разгрузка в 4 – 5 ступеней. Принимаются уставки первой ступени реле времени t1= 5…10 мин, а каждой последующей на 30 с выше предыдущей. Ток срабатывания реле РВ в схеме автоматики принимается примерно 1,3 – 1,4 Iном трансформатора.

Если после отключения первых групп потребителей перегрузка трансформатора снизится до допустимых значений, токовое реле возвратится в исходное положение, прекращая действие схемы.

Электроснабжение потребителей предусматривает четкое соблюдение основных параметров сети. Так как их отклонение от нормативного значения вызывает сбои в работе высокоточных устройств, снижает срок эксплуатации оборудования или может привести к возникновению аварийного режима. Наиболее ощутимые нарушения и последствия возникают при снижении частоты, для борьбы с которой используется автоматическая частотная разгрузка (АЧР).

Понятие автоматической частотной разгрузки

Автоматическая частотная разгрузка представляет собой систему автоматического регулирования нагрузки, подключенной к энергосистеме в случае резкого снижения частоты. Регулирование осуществляется посредством отключения потребителей, в зависимости от категории их значимости. То есть сначала прекращается питание наименее значимой части потребителей.

Разделение потребителей по категориям

Всего в электрической сети выделяется три категории потребителей при наладке автоматической частотной разгрузки. Что и определяет требования к их питанию и возможным перерывам, в случае каких-либо аварийных процессов.

  • 1 категория – это такие организации или предприятия, прекращение питания которых может привести к гибели людей, несет потенциальную угрозу государственным интересам или несет существенный финансовый ущерб.
  • 2 категория – это такие приемники, перерыв в снабжении которых, приводит к простою в различных технологических операциях, может снизить производительность и т.д.
  • 3 категория – это такие потребители, от обесточивания которых не возникает никакой потенциальной угрозы. Именно эта категория и является наиболее приоритетной для отключения автоматической частотной разгрузкой.

Рисунок 1 Питание потребителей, в зависимости от категории

Правила допускают перерыв в питании всех вышеперечисленных объектов при снижении частоты, но в соответствии с их категорией. Так, электроснабжение потребителей 1-ой категории может прерываться лишь на время переключения на второе питание, что составляет считанные доли секунд. Вторая и третья допускают более длительный перерыв – не более суток подряд.

Понятие дефицитной энергосистемы

В случае, когда электрическая система не способна обеспечить достаточное количество электрической энергии, возникает дефицит мощности. Такая ситуация может возникнуть при отключении одной из электростанций, подключении нового мощного потребителя или удаленного короткого замыкания. Из-за недостатка мощности для всех подключенных потребителей получается дефицитная энергосистема. А при отсутствии автоматической частотной разгрузки или при ее некорректной работе в системе возникают крайне плачевные последствия.

Последствия снижения частоты

В случае уменьшения частоты на 0,2 – 0,4 Гц изменения не будут ощутимыми. Но при снижении уровня до 48Гц и ниже возникают необратимые процессы, как в самой электрической сети, так и в приборах. Даже, казалось бы, незначительное снижение на 2 Гц влечет нарушения в работе потребителей электроэнергии: двигатели теряют частоту вращения, теряется управление станочным оборудованием, снижается производительность, могут возникнуть аварии и катастрофы.

Если не принимаются меры к восстановлению нормального режима, то дефицит приводит к лавинному процессу падения частоты. Затем происходит снижение напряжения, возрастание уровня электрического тока в электрических машинах, перегреву и разрушению изоляции. Генераторы электростанций, как и потребители, испытывают такие же перегрузки, которые могут привести к их выходу со строя или травмированию персонала. Реальное препятствие этим последствиям способна оказать автоматическая частотная разгрузка.

Назначение АЧР

В любой энергетической системе закладывается резерв мощности, что обеспечивает установленный уровень активной мощности при колебаниях количества приемников энергии и их аппетитов. Если этот резерв исчерпается, то для восстановления баланса срабатывает автоматическая частотная разгрузка. АЧР предназначена для удаления из схемы питания потребителей третей категории, что может предотвратить отключение генераторов и полную остановку электростанций. В зависимости от величины изменения частоты или длительности дефицита могут применяться различные виды автоматической частотной разгрузки.

Классификация

На электростанциях и подстанциях для автоматической частотной разгрузки системы в аварийной ситуации может применяться один из четырех или сразу несколько видов защиты .

  • АЧР-1 осуществляет быстрое отключение в течении 0,3 – 0,5с, чтобы не допустить снижения частоты. Срабатывание отстраивается в пределах от 48,5 до 46,5 Гц. Диапазон уставки можно подбирать с шагом по 0,1 Гц. При этом потребители отключаются ступенчато, в зависимости от их мощности.
  • АЧР-2 характеризуется такими же пределами срабатывания, но отстраивается на более длительное время выдержки от 5 до 90с. В отличии от АЧР-1, нагрузки АЧР-2 отключаются с большей выдержкой, так как она восстанавливает частоту уже после остановки лавинообразного процесса.
  • ЗАЧР позволяет предотвратить инциденты из-за аварийного дефицита на атомных электростанциях. Время для вывода блоков АЭС по данной защите составляет 0,5с.
  • ЧАПВ – представляет собой частотное автоматическое повторное включение. Срабатывание ЧАПВ позволяет восстановить подачу электрической энергии потребителям, которых обесточили для выравнивания частоты.

Схемы АЧР

В соответствии с предъявляемыми требованиями, все типы автоматической частотной разгрузки способны реализовать различные функции защиты. Поэтому для построения тех или иных характеристик устройств АЧР, ступеней в их работе применяются определенные схемы. Также устройство может собираться как на реле, так и на полупроводниковых приборах.

С одним реле частоты

Рисунок 3 Схема АЧР с одним реле

Посмотрите на рисунок, здесь вы видите принципиальную схему автоматической частотной разгрузки, в которой используется одно частотное реле. Посредством контактов промежуточного реле РП к частотному реле РЧ1 подается сигнал от измерительного элемента. Которое при снижения уровня частоты сразу же замыкает контакты РП1 и РП2. От контактов реле РП2 поступает сигнал на отключение нагрузки.

В случае повышения уровня частоты выше уставок срабатывания схема возвращается в исходное положение. При этом от реле РП5 поступает сигнал на контакты РП5.1, которые отключают обмотки РВ1 и РП4. На тот случай, если работа по такой схеме не даст желаемого результата, здесь предусмотрено шунтирование РВ1.

С ЧАПВ

Рисунок 4 Схема с ЧАПВ

Обратите внимание, в данной схеме автоматической частотной разгрузки, объекты отключаются релейной защитой в том же порядке, что и в предыдущем примере. От Р4 подается сигнал на временное реле РВ1, через контакты которого возбуждаются обмотки промежуточного РП1. Контакты промежуточных РП1.1 и РП2.1 посылают сигнал на отключение. Об этом сигнализирует РУ1.

После нормализации частоты сигнал проходит по контактам РП1.3 и РП3.2 возбуждается обмотка временного РВ2. Через его контакты сигналы возбуждают обмотку промежуточного РП4. А оно, в свою очередь, через контакты РП4.2 и РП4.3 посылает сигнал на частотный пуск потребителей. После чего указательное реле РУ 2 сигнализирует о срабатывании ЧАПВ.

Требования, предъявляемые к АЧР

  • Успешная ликвидация разнообразных аварий – автоматическая частотная разгрузка обеспечивает адекватную реакцию на локальные и общесистемные дефициты. Это означает, что противоаварийная автоматика срабатывает не зависимо от характера развития – единичной или каскадной, темпов нарастания или выходной мощности с электростанции.
  • Обеспечение частотно-временной зоны – автоматическая частотная разгрузка обязана обеспечить соблюдение зоны, указанной на рисунке.

Рис, 5 Частотно-временная зона

Как видите, на рисунке указана заштрихованная область, обозначающая границу, ниже которой частота не может опускаться в определенный момент времени. В противном случае, такая автоматическая частотная разгрузка не обеспечит достаточную защиту и лопасти турбины испытают колоссальную нагрузку, способную нарушить целостность металла.

  • Минимальное количество отключенных – выходное реле автоматической частотной разгрузки должно обеспечивать как можно меньшее число обесточенных потребителей во время срабатывания. Для этого применяется АВР, запускающаяся на электростанциях после снижения частотных характеристик, чтобы выдать дополнительную мощность.
  • Достаточное число ступеней – АЧР должна производить такое отключение категорий разгрузки, при котором будут обесточиваться наименее важные объекты в последовательности их значимости касательно возможного ущерба.
  • Достижение приемлемого значения – сама автоматическая частотная разгрузка не должна решать проблему с регулированием частоты до 50 Гц. Ее задача обеспечить такую частоту, при которой группы энергосистем смогут длительно обеспечивать нормальные условия работы. Пока персонал будет решать проблему.
  • Отсутствие ложных срабатываний – автоматическая частотная разгрузка не должна реагировать на процессы, схожие с падением частоты (асинхронные режимы, синхронные качания и прочие).

Таким образом, автоматическая частотная разгрузка должна отстраивать свою работу от постоянных параметров системы. При этом случайные факторы, влияющие на различные коэффициенты, не должны затрагивать работу релейной или полупроводниковой аппаратуры, запускающей автоматическую частотную разгрузку.

Применение автоматической частотной разгрузки

Снижение частоты пагубно влияет на состояние энергетической системы и может стать причиной экологической либо технологической катастрофы. Например, падение частоты на два-три герца приводит к уменьшению количества подаваемой воды в конденсатор электростанции на 25-40%, выводит из строя насосы, производящие подачу воды в котел. Происходит дальнейший рост дефицита активной мощности в энергетической сети, сопровождающийся нарастающим, лавинным процессом снижения частоты. Данный процесс именуется лавиной частоты.

Кроме вышеперечисленных негативных последствий падения частоты следует отметить еще одно – падение напряжения. Данный фактор отрицательно влияет на состояние потребителей.

Для ликвидации дефицита активной мощности в сети следует отключить некую часть потребителей активной составляющей электрической энергии. Поэтому применение АЧР на электрических распределительных подстанциях очень важно.

Автоматическая частотная разгрузка применяется на распределительных подстанциях с учетом категории электроснабжения потребителей. То есть отключение потребителей от сети выполняется ступенчато. Первая ступень с наименьшей выдержкой времени отключает потребителей часть потребителей третьей категории, вторая ступень с большей выдержкой времени отключает следующую группу потребителей и т.д.

Классификация устройств АЧР

На распределительных подстанциях применяется несколько категорий устройств АЧР: ЗАЧР, АЧР-1, АЧР-2, ЧАПВ. Рассмотрим их подробнее.

ЗАЧР служит для предотвращения аварийной ситуации на АЭС. Данное защитное устройство срабатывает при снижении частоты до 49,2 Гц в течении 0,5 с.

АЧР-1 срабатывает при резком снижении частоты до 48 Гц и служит для предотвращения дальнейшего снижения частоты в аварийной ситуации, по времени срабатывания классифицируется как быстродействующая.

АЧР-2 приводится в действие во время медленного снижения частоты. Кроме того действием данной очереди достигается подъем частоты при задержке ее на одном уровне после действия очереди АЧР-1. Данное устройство может быть совмещено с предыдущим, то есть определенные потребители обесточиваются как действием данного устройства частотной разгрузки, так и действием предыдущего.

Что такое автоматическая частотная разгрузка и для чего она нужна


Есть разные проблемы, которые могут привести к аварии на электростанции и в энергосистемах в целом. Кроме межфазных и земляных КЗ иногда происходит падение частоты в сети. Это может повлечь за собой страшные последствия. Поэтому используется один из видов релейных защит — автоматическая частотная разгрузка. Давайте рассмотрим, что это такое и где применяется АЧР.

Для чего нужна АЧР

Начнём с того, что в отечественных электросетях протекает переменный ток частотой в 50 Гц. Это его номинальная величина, допустимы отклонения не более чем на 1%, то есть 0,5 Гц. При нехватке активной потребляемой мощности и избытке реактивной может начаться просадка частоты. К чему это приведет? К лавинообразному дальнейшему спаду частоты и аварии, рассмотрим их подробнее:

  1. С частотой снизится скорость вращения асинхронных и синхронных двигателей. На электростанции это приведёт к тому, что снизится производительность насосов воды для собственных нужд — для заполнения котлов и охлаждения мощных электрических машин.
  2. При работе паровых турбин на пониженной частоте может произойти следующее — группа лопаток войдёт в резонанс и начнёт вибрировать и разрушаться.

Из-за снижения оборотов электродвигателей насосов и механизмов электростанции снижается и её мощность, из-за этого частота снижается ещё быстрее, поэтому это и называют лавиной частоты.

Эти проблемы приводят к аварии вплоть до мировых масштабов, если это произойдёт на АЭС, например. Поэтому для возобновления работы в номинальном режиме поочерёдно отключают группы потребителей. Для этого используется система автоматической частотной разгрузки — АЧР.

Вывод: АЧР устанавливается там, где может возникнуть дефицит активной мощности.

Прежде чем рассмотреть, как работает автоматическая частотная разгрузка, давайте ознакомимся с её видами:

  • АЧР-I — быстродействующая защита. Диапазон уставок по частоте для АЧР-1 в пределах 46,5-48,8 Гц, а для АЧР специальной очереди 49,0-49,2 Гц. По времени срабатывания — 0,15-0,3 с. При этом селективность защит должна исключать срабатывание автоматической частотной разгрузки при КЗ.
  • АЧР-II. Может быть совмещённый и несовмещенной. Часть потребителей, которую отключает совмещенная, входит в объем АЧР-1. Диапазон частот АЧР-2 лежит в пределах 48,7-49,1 Гц. Он совпадает с диапазоном первого АЧР, но отличается уставкой по времени, а именно от 5 до 90 секунд. Такое время срабатывания допустимо, если оборудование может работать при частоте 49,2 Гц и более без нанесения вреда системам и узлам. В этом случае их отключение для ускорения процесса возврата к номинальной частоте не имеет смысла
  • ЗАЧР – устанавливается на АЭС, срабатывает при частоте 49,2 Гц в течении 0,5 с.

На рисунке ниже изображен график срабатывания АЧР-1 и АЧР-2:

И график срабатывания в зависимости от скорости снижения частоты:

Автоматическая частотная разгрузка имеет следующий принцип работы. При просадке частоты ниже номинальной начинают отключаться потребители третьей или второй категории электроснабжения. Это нужно, чтобы вернуть в нормальный режим питания первую категорию. Отключения происходит ступенчато по различным уставкам частоты и времени.

Ступени нужны чтобы минимизировать перебои в электроснабжении потребителей, так как не во всех ситуациях процесс падения частоты развивается та критично что нужно производить глобальные их отключения. А также для того, чтобы исключить её срабатывания при коротких замыкания на линии. По ступеням потребители равномерно распределяются согласно своей мощности.

Автоматическая частотная разгрузка строилась на базе реле частоты. Для организации отключения потребителей нужно распределить их по категориям и соответственно по ТП и РУ по назначению. В противном случае избирательное отключение реализовать сложнее.

Кроме того, что нужно отключить потребителей от электросети нужно обеспечить их повторное включение для этого есть система частотного автоматического повторного включения — ЧАПВ. Также стоит отметить что в настоящее время чисто релейные схемы используются редко, их можно встретить на старых объектах, не подвергшихся реконструкции. В основном используются микропроцессорные системы автоматической частотной разгрузки. Они позволяют более точно настраивать параметры срабатывания при возмущающих воздействиях.

Заключение

Подведем итоги и ответим простым языком, где и в каких случаях применяют систему автоматической частотной разгрузки. АЧР применяется в энергетике для предотвращения аварий на электростанциях из-за лавинообразного снижения частоты электрического тока в сети. Это может произойти из-за того, что нарушается баланс активных и реактивных мощностей.

Главной задачей перед автоматической частотной разгрузкой становится поочередное отключение групп потребителей согласно категориям электроснабжения, чтобы при этом не повлечь значительных простоев и аварий на питающихся от этой линии предприятиях.

Для закрепления изученного материала рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Автоматическая частотная разгрузка (АЧР)

Автоматическая частотная разгрузка АЧР относится к устройствам релейной защиты и автоматики (РЗиА), предохраняющим систему электроэнергетики от лавинообразного падения и снижения частоты в системе, после появления недостатка мощности активной нагрузки, влекущее за собой отключение потребляющих электроприемников.

По требованию ГОСТа промышленная частота должна составлять 50 Гц с отклонением не более или менее 0,05 Гц.

Ачр назначение

Устройства АЧР срабатывают при понижении частоты ниже 49 Гц, продолжительность работы электрической системы составляет не больше 40 с. При менее 47 Гц – 10 с., меньше 46 Гц нельзя допустить, так при этом значении происходит явление «лавины напряжения», при котором происходит сбрасывание электростанцией нагрузки.

«Лавина напряжения» способствует повышенному потреблению реактивной мощности что ведет к еще большим осложнениям в системе энергоснабжения.

Пониженная частота может вызвать механический резонанс проточной части турбины, влекущий механические повреждения лопаток турбины.

Снижение частоты влечет снижение скорости вращения асинхронного двигателя и понижение производительности нагрузки, относящейся к собственному потреблению электростанции и питательных электронасосов, что чревато понижением мощности паровых турбин и влечет полное погашение системы. Это действие называется «лавиной частоты», за ней обычно следует появление «лавины напряжения».

При понижении уровня частоты снижается подача давления масла маслонасосом к турбине электростанции, это приводит к посадке стопорных клапанов в аварийном режиме и отключению агрегата.

Изменения параметров частоты всего на 0,2 Гц может способствовать неравномерному и неэкономичному распределению нагрузок агрегатов со статическими характеристиками регулирования.

Изменение частоты может привести к непостоянной скорости работы электроприводов механизмов, что может вызвать появление брака производимых деталей.

Аварийная частотная разгрузка является единственным средством поддержания частоты энергосистемы в разрешенных пределах при регулировании отключением потребителей, этот процесс происходит в случае отсутствия восстановления частоты путем применения нормальных средств регулирования частоты.

Неравномерность АЧР, риски возникающие в результате снижения частоты очень важно предотвратить так, как это ведет к длительному процессу восстановления нормированного значения частоты и восстановлению рабочего состояния потребителей, а также появление лишних операций по включению и отключению коммутирующих аппаратов электроприемников, снижает надежную работу энергосистемы электроснабжения.

Устройства АЧР

Существует несколько действующих категорий устройств АЧР:

  1. АЧРI – вид устройств, обладающих одной уставкой по времени и несколькими уставками по частоте. Служит для предупреждения возникновения понижения частоты после появления аварийной ситуации. Уставка по времени составляет 0,5 сек. Уставка по частоте состоит в пределах от 48,5 до 46,6 Гц. Существует несколько очередей АЧРI их всего около 20, различие между очередями составляет Δf = 0,1 Гц.Нагрузка, работающая от АЧРI, распределяется между очередями равномерно. При отработке определенного числа очередей падение частоты останавливается или «зависает» в значении 47 или 47,5 Гц.
  2. АЧРII– категория, имеющая в своем составе несколько уставок по времени и одну частотную уставку. Применяется для возвращения частоты в требуемое значение, обеспечивающее работу энергосистемы в нормальном режиме, после ее «зависания», в этой категории уставка по частоте равна 48,6 Гц, уставка по времени выставляется в диапазоне 5 – 69 сек. Очереди АЧРII отличаются по уставкам по времени на величину в 3 сек. При срабатывании АЧРII, значение частоты выставляется на значение 49 Гц.
  3. ЧАПВ – частотное автоматическое повторное включение используется для восстановления электроснабжения потребителей электроэнергии, которые были отключены во время срабатывания АЧР сообразно определенной последовательности, руководствуясь из значений частоты и согласно положению уставок по времени и по частоте, а также согласно ответственности энергопотребителей.

ЧАПВ относится к устройствам автоматики специального назначения, дающему импульс к включению остановленных при аварийном режиме потребителей.

ЧАПВ срабатывает при значении частоты 49,5 или 50 Гц, при выставленной начальной уставке по времени 10 – 20 сек с интервалом между действием очередей минимум – 5 сек. Очередность срабатывания ЧАПВ обратная срабатыванию АЧР, заключается в том, что действие последней очереди АЧР соответствует действию ЧАПВ первой очереди.

Совместно с АЧР для восстановления активной мощности используется АЛАР и делительная защита.

Рис №1. Схема устройства АЧР по частоте абсолютного значения, применяемая для промышленных предприятий. Срабатывание заключается в действии частотного реле и срабатывания промежуточного реле, отключающего потребителей

Требования к автоматической частотной разгрузке

Количество мощности, прилагаемой к АЧР должно составлять достаточное значение необходимое для ликвидации недостатка мощности.

Устройство АЧР должно помочь избежать появления «лавины частоты».

Необходимо полное соответствие отключаемой нагрузки значению дефицита мощности.

После срабатывания АЧР значение частоты обязано вернуться в прежнее нормативное значение частоты или на величину не менее 49 Гц.

Кратковременное понижение значения частоты не должно приводить к срабатыванию устройств АЧР.

Помимо автоматической частотной разгрузки I и II категорий существует и используется дополнительная разгрузка, она служит для выполнения разгрузки на местах при слишком высоком значении появления дефицита активных мощностей, когда обеих мощностей АЧР I и II категорий явно недостаточно для предотвращения появившегося дефицита.

Принцип действия АЧР

Рис №2. Схема АЧР с ЧАПВ одной очереди, с использованием одного частотного реле с автоматической уставкой срабатывания и переключения

Принцип действия заключается во включении устройства при понижении частотных параметров до установочного значения выставленной уставки срабатывания, KF,являющееся реле частоты,после срабатывания запускает в работу реле времениKT1, при замыкании контактной группы, KL1, KL2, являющиеся промежуточными реле, срабатывают и происходит отключение определенной части потребителей, одновременно с этим происходит запуск измерительного элемента частотного реле РЧ для включения ЧАПВ. После повышения уровня частоты до необходимого значения 50 Гц, происходит возврат контактов всех реле и восстановление схемы.

Автоматическая частотная разгрузка (АЧР): назначение, принцип действия, схемы

Электроснабжение потребителей предусматривает четкое соблюдение основных параметров сети. Так как их отклонение от нормативного значения вызывает сбои в работе высокоточных устройств, снижает срок эксплуатации оборудования или может привести к возникновению аварийного режима. Наиболее ощутимые нарушения и последствия возникают при снижении частоты, для борьбы с которой используется автоматическая частотная разгрузка (АЧР).

Автоматическая частотная разгрузка представляет собой систему автоматического регулирования нагрузки, подключенной к энергосистеме в случае резкого снижения частоты. Регулирование осуществляется посредством отключения потребителей, в зависимости от категории их значимости. То есть сначала прекращается питание наименее значимой части потребителей.

Всего в электрической сети выделяется три категории потребителей при наладке автоматической частотной разгрузки. Что и определяет требования к их питанию и возможным перерывам, в случае каких-либо аварийных процессов.

  • 1 категория – это такие организации или предприятия, прекращение питания которых может привести к гибели людей, несет потенциальную угрозу государственным интересам или несет существенный финансовый ущерб.
  • 2 категория – это такие приемники, перерыв в снабжении которых, приводит к простою в различных технологических операциях, может снизить производительность и т.д.
  • 3 категория – это такие потребители, от обесточивания которых не возникает никакой потенциальной угрозы. Именно эта категория и является наиболее приоритетной для отключения автоматической частотной разгрузкой.

Рисунок 1 Питание потребителей, в зависимости от категории

Правила допускают перерыв в питании всех вышеперечисленных объектов при снижении частоты, но в соответствии с их категорией. Так, электроснабжение потребителей 1-ой категории может прерываться лишь на время переключения на второе питание, что составляет считанные доли секунд. Вторая и третья допускают более длительный перерыв – не более суток подряд.

В случае, когда электрическая система не способна обеспечить достаточное количество электрической энергии, возникает дефицит мощности.

Такая ситуация может возникнуть при отключении одной из электростанций, подключении нового мощного потребителя или удаленного короткого замыкания. Из-за недостатка мощности для всех подключенных потребителей получается дефицитная энергосистема.

А при отсутствии автоматической частотной разгрузки или при ее некорректной работе в системе возникают крайне плачевные последствия.

В случае уменьшения частоты на 0,2 – 0,4 Гц изменения не будут ощутимыми. Но при снижении уровня до 48Гц и ниже возникают необратимые процессы, как в самой электрической сети, так и в приборах. Даже, казалось бы, незначительное снижение на 2 Гц влечет нарушения в работе потребителей электроэнергии: двигатели теряют частоту вращения, теряется управление станочным оборудованием, снижается производительность, могут возникнуть аварии и катастрофы.

Если не принимаются меры к восстановлению нормального режима, то дефицит приводит к лавинному процессу падения частоты. Затем происходит снижение напряжения, возрастание уровня электрического тока в электрических машинах, перегреву и разрушению изоляции. Генераторы электростанций, как и потребители, испытывают такие же перегрузки, которые могут привести к их выходу со строя или травмированию персонала. Реальное препятствие этим последствиям способна оказать автоматическая частотная разгрузка.

В любой энергетической системе закладывается резерв мощности, что обеспечивает установленный уровень активной мощности при колебаниях количества приемников энергии и их аппетитов. Если этот резерв исчерпается, то для восстановления баланса срабатывает автоматическая частотная разгрузка.

АЧР предназначена для удаления из схемы питания потребителей третей категории, что может предотвратить отключение генераторов и полную остановку электростанций.

В зависимости от величины изменения частоты или длительности дефицита могут применяться различные виды автоматической частотной разгрузки.

В соответствии с предъявляемыми требованиями, все типы автоматической частотной разгрузки способны реализовать различные функции защиты. Поэтому для построения тех или иных характеристик устройств АЧР, ступеней в их работе применяются определенные схемы. Также устройство может собираться как на реле, так и на полупроводниковых приборах.

рисунок 3 схема ачр с одним реле

посмотрите на рисунок, здесь вы видите принципиальную схему автоматической частотной разгрузки, в которой используется одно частотное реле. посредством контактов промежуточного реле рп к частотному реле рч1 подается сигнал от измерительного элемента. которое при снижения уровня частоты сразу же замыкает контакты рп1 и рп2. от контактов реле рп2 поступает сигнал на отключение нагрузки.

в случае повышения уровня частоты выше уставок срабатывания схема возвращается в исходное положение. при этом от реле рп5 поступает сигнал на контакты рп5.1, которые отключают обмотки рв1 и рп4. на тот случай, если работа по такой схеме не даст желаемого результата, здесь предусмотрено шунтирование рв1.

с чапв

рисунок 4 схема с чапв

обратите внимание, в данной схеме автоматической частотной разгрузки, объекты отключаются релейной защитой в том же порядке, что и в предыдущем примере. от р4 подается сигнал на временное реле рв1, через контакты которого возбуждаются обмотки промежуточного рп1. контакты промежуточных рп1.1 и рп2.1 посылают сигнал на отключение. об этом сигнализирует ру1.

после нормализации частоты сигнал проходит по контактам рп1.3 и рп3.2 возбуждается обмотка временного рв2. через его контакты сигналы возбуждают обмотку промежуточного рп4. а оно, в свою очередь, через контакты рп4.2 и рп4.3 посылает сигнал на частотный пуск потребителей. после чего указательное реле ру 2 сигнализирует о срабатывании чапв.

требования, предъявляемые к ачр

  • Успешная ликвидация разнообразных аварий – автоматическая частотная разгрузка обеспечивает адекватную реакцию на локальные и общесистемные дефициты. Это означает, что противоаварийная автоматика срабатывает не зависимо от характера развития – единичной или каскадной, темпов нарастания или выходной мощности с электростанции.
  • Обеспечение частотно-временной зоны – автоматическая частотная разгрузка обязана обеспечить соблюдение зоны, указанной на рисунке.

Рис, 5 Частотно-временная зона

Как видите, на рисунке указана заштрихованная область, обозначающая границу, ниже которой частота не может опускаться в определенный момент времени.

В противном случае, такая автоматическая частотная разгрузка не обеспечит достаточную защиту и лопасти турбины испытают колоссальную нагрузку, способную нарушить целостность металла.

  • Минимальное количество отключенных – выходное реле автоматической частотной разгрузки должно обеспечивать как можно меньшее число обесточенных потребителей во время срабатывания. Для этого применяется АВР, запускающаяся на электростанциях после снижения частотных характеристик, чтобы выдать дополнительную мощность.
  • Достаточное число ступеней – АЧР должна производить такое отключение категорий разгрузки, при котором будут обесточиваться наименее важные объекты в последовательности их значимости касательно возможного ущерба.
  • Достижение приемлемого значения – сама автоматическая частотная разгрузка не должна решать проблему с регулированием частоты до 50 Гц. Ее задача обеспечить такую частоту, при которой группы энергосистем смогут длительно обеспечивать нормальные условия работы. Пока персонал будет решать проблему.
  • Отсутствие ложных срабатываний – автоматическая частотная разгрузка не должна реагировать на процессы, схожие с падением частоты (асинхронные режимы, синхронные качания и прочие).

Таким образом, автоматическая частотная разгрузка должна отстраивать свою работу от постоянных параметров системы. При этом случайные факторы, влияющие на различные коэффициенты, не должны затрагивать работу релейной или полупроводниковой аппаратуры, запускающей автоматическую частотную разгрузку.

по теме

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *