Автоматическое противоаварийное управление - Автоматическая частотная разгрузка

Автоматическая частотная разгрузка (АЧР), как и ОН, реализуется отключением части потребителей в энергосистеме. Однако, в отличие от ОН за счет АЧР не решаются задачи, связанные с предотвращением нарушения устойчивости. Основная цель АЧР - предотвращение недопустимого снижения частоты в дефицитных частях энергосистемы и развития аварии. АЧР, за редким исключением, действует после нарушения устойчивости и отделения частей энергосистемы со значительным дефицитом мощности, который не может быть ликвидирован автоматическим регулированием скорости вращения турбин. Таким образом, действие АЧР начинается при существенном снижении частоты и по факту такого снижения. Кстати заметим, что последнее обстоятельство служит основанием для использования АЧР в отличие от ОН в энергосистемах практически всех стран мира.
В любой точке отделившейся части системы изменение частоты происходит практически одинаково. Это позволяет осуществлять частотную разгрузку по местному параметру (частоте). Тем самым обеспечивается возможность, во-первых отключать нагрузку очередями в зависимости от степени снижения частоты, и во-вторых формировать эти очереди с учетом значимости (категорийности) потребителей.
Для пояснения принципа организации АЧР рассмотрим характерный процесс изменения частоты в отделившейся дефицитной части энергосистемы (рис.9). В момент времени t=0 произошло аварийное отделение части энергосистемы, в которой началось интенсивное снижение частоты. При достижении уставки срабатывания первой очереди АЧР (f1) реле, установленные в соответствующих точках энергосистемы, формируют без выдержки времени команду на отключение первой очереди потребителей (наиболее низкой категории). После отключения этих потребителей процесс снижения частоты прекращается, либо только замедляется. Во втором случае частота может снизиться до значения, соответствующего срабатыванию второй очереди АЧР 2), в результате чего отключится следующая группа потребителей и так далее, пока снижение частоты не прекратится. На рис.9,а приведен случай срабатывания четырех очередей при уставках срабатывания f1,f2,f3,f4, после чего процесс снижения частоты прекратился и началось некоторое повышение частоты.

Рис. 9
Если бы на этом действие АЧР прекратилось, то через некоторое время мог установиться на длительное время баланс мощностей при недопустимо низком уровне частоты. Для предотвращения такого "зависания" частоты, кроме очередей, срабатывающих без выдержки времени по факту достижения уставки по частоте, имеются дополнительные очереди, срабатывающие при одной уставке по частоте f0>f1, но с различными выдержками времени. Обычно уставка принимается равной 48,5-49,5 Гц, а уставки по времени от 5 с до 1.5 мин.
Отключением дополнительных очередей потребителей (на рис.9,а- в моменты t1,t2,t3,t4) частота постепенно восстанавливается до значения, превышающего f, после чего дальнейшее восстановление частоты может быть осуществлено эксплуатационным персоналом.
Таким образом, система АЧР имеет две составляющие, которые в литературе принято обозначать АЧР1 и АЧРII. Основная задача АЧР1 - предотвратить недопустимое снижение частоты, а задача АЧРII - восстановить частоту до уровня, при котором энергосистема может работать достаточно долго для последующего корректирования режима диспетчерскими средствами.
В рассмотренном примере (рис.9,а) сначала последовательно срабатывают очереди АЧР1, а затем очереди АЧРII. При ином, менее интенсивном процессе снижения частоты срабатывание очередей АЧР1и АЧРII может перемежаться (см.рис.9,б). Принципиально возможны и такие процессы, при которых действует только АЧРII.
АЧР играет важнейшую роль в обеспечении живучести энергосистем, т.к. предотвращает одно из наиболее опасных явлений - "лавину частоты", которая возникает при достижении некоторого критического значения частоты. Более точно эту опасную границу следовало бы характеризовать некоторой зависимостью минимального значения частоты от длительности существования fmin (t), определяющей предельные условия обеспечения собственных нужд агрегатов электростанций. Однако, эта граница может быть различной для энергосистеме различными типами электростанций, и, кроме того, определение ее представляет весьма существенные трудности. Поэтому обычно принимается некоторое предельное значение fmin, ниже которого частота не должна опускаться ни при каких обстоятельствах. Обычно принимается fmin = 45 Гц.
Для обеспечения этого условия должна быть обеспечена такая суммарная мощность потребителей, отключаемых АЧР1, при которой частота не опускается до fmin при любых возможных дефицитах мощности. Дополнительно в запас идет снижение мощности нагрузки в соответствии со статической характеристикой.
Суммарная мощность должна выбираться из условия обеспечения восстановления частоты от значения fmin до значения f0 за счет компенсации повышения потребления (увеличения нагрузки) при повышении частоты. Однако, практически мощность принимается существенно большей.
Такое соотношение, принятое на основе эксплуатационного опыта, объясняется необходимостью учесть дополнительные факторы, в частности возможность отключения некоторых энергоблоков, неблагоприятное действие регуляторов давления пара (см.2.2) и др.
Наряду с определением суммарной мощности потребителей, подводимых под действие устройств АЧР1 и АЧР2, важное значение имеет размещение этих устройств и распределение между ними потребителей. Необходимо таким образом сформировать комплекты очередей АЧР, чтобы обеспечивалась автономная работа АЧР в каждой из частей энергосистемы, которая может отделиться с дефицитом мощности, и при этом мощность подведенных под АЧР потребителей в каждой такой части должна соответствовать расчетным значениям. Предметом специальных расчетов является выбор для каждой энергосистемы числа ступеней и уставок АЧР1 и АЧР2, оценка целесообразности совмещения отключаемых потребителей на некоторых ступенях АЧР1 и АЧР2 размещение ступеней отключения потребителей с учетом предотвращения перегрузок отдельных связей и др.
В заключение отметим, что в течение нескольких десятилетий АЧР является одним из важнейших средств противоаварийного управления, использование которого направлено прежде всего на обеспечение живучести энергосистемы.