Ликвидация аварий в главных схемах станций и подстанций - Автоматическая частотная разгрузка

Частота переменного тока в энергосистемах является одним из главных показателей качества электрической энергии. Ее значение определяется условием равенства (баланса) активной мощности, потребляемой нагрузкой Ри, и мощности, вырабатываемой генераторами Рг. Если Рг=Рк, частота остается неизменной и сохраняется на уровне номинального значения. Для этой цели в энергосистемах применяются устройства автоматического регулирования частоты, воздействующие в каждый момент времени на увеличение или снижение суммарной мощности, вырабатываемой генераторами в зависимости от ее потребления нагрузкой. При РГ<РН частота понизится и тем больше, чем больше неравенство.
Снижение частоты на 1 — 2 Гц уже ведет к серьезной опасности для нормальной работы энергосистемы. Это связано в первую очередь с тем, что от значения частоты переменного тока зависит значение частоты вращения электродвигателей, а следовательно, и производительность вращаемых ими машин и механизмов, в том числе механизмов, собственных нужд станций, что влечет за собой дальнейшее понижение частоты и т. д. Этот взаимосвязанный процесс развивается очень быстро и в практике энергосистем получил название «лавины частоты». С понижением частоты вращения генераторов уменьшается выработка ими реактивной мощности, сопровождаемая в то же время увеличением потребления ее нагрузкой, что в ряде случаев приводит к лавинообразному процессу понижения напряжения. Лавины частоты и напряжения могут стать причинами полного расстройства работы энергосистемы.
Образование значительного дефицита активной мощности в энергосистеме может возникнуть внезапно, например при авариях с отделением крупных станций или отключением мощных блоков. Аварийное понижение частоты при этом происходит в течение нескольких секунд. В такое время персоналу трудно (а порой и невозможно) правильно оценить всю опасность тревожного положения и принять необходимые меры по его предотвращению. Единственным способом восстановления баланса активной мощности и прекращения снижения частоты до опасных пределов в такой ситуации является быстрый ввод в работу имеющегося резерва активной мощности или отключение части нагрузки. Последнее осуществляется с помощью устройств автоматической частотной разгрузки (АЧР).
Автоматическая частотная разгрузка рассчитывается и выполняется по многоступенчатому принципу — в несколько очередей, отличающихся друг от друга различными уставками по частоте и времени срабатывания. Это необходимо для более точного выявления соответствия нагрузки, отключаемой устройством АЧР, дефициту активной мощности, образовавшемуся при аварии.
Все устройства АЧР в энергосистемах по своему участию в процессе устранения дефицита активной мощности при авариях делятся на три категории. Первая категория: АЧР1 — быстродействующая разгрузка, предназначенная для приостановки снижения частоты в начале аварии. Вторая категория: A4PII — предназначенная для восстановления до нормального значения после действия АЧР1, а также для подъема частоты, если она «зависнет» на уровне около 48 Гц.
Третья категория — дополнительная разгрузка, предназначенная для местной разгрузки при больших дефицитах активной мощности, вызванных отделением района от основных источников питания, когда нагрузка потребителей, подключенная к АЧР1 и A4PII, недостаточна для ликвидации дефицита активной мощности в этом районе.
Выше указывалось, что АЧР содержат большое число очередей (10 — 20). Малыми ступенями по частоте у АЧР1 и временем срабатывания у A4PII обеспечивается необходимая по значению разгрузка с учетом ответственности потребителей и без опасения излишнего их отключения.
Мощность нагрузки, отключаемой устройством АЧР, выбирается с таким расчетом, чтобы полностью исключить возможность снижения частоты ниже 45 Гц.