ССЗ между системами Турции и ENTSO-E - Стратегия, моделирование, спецификация

3 СТРАТЕГИЯ ПЛАНА ЗАЩИТЫ ДЛЯ ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ ПОВРЕЖДЕНИЯМ В СИСТЕМЕ

При изолированной работе, система Турции использует устройства автоматической частотной разгрузки и разгрузку путем отключения части генераторов при росте частоты, что является эффективным и при крупных авариях в системе. Целью ССЗ является расширение плана защиты для минимизации последствий возможных крупных аварий при синхронной работе с большой системой ENTSO-E, в которой отклонения частоты от номинальной минимальны [1].
Быстро развивающиеся повреждения, возникающие в Турции, могут быть разделены на три класса по степени тяжести, включая различные уровни корректирующих действия автоматики и различные последствия для энергосистемы:

1. Повреждения, которые не вызовут проблем в работе систем соседних стран, не вызовут потери синхронизма системы Турции с ENTSO-E, и которые могут быть ликвидированы традиционными устройствами защиты и управления, т.е. не требуют срабатывания ССЗ. Проведенный динамический анализ [1] [2] показал, что КЗ на линиях и внезапные потери генерации или нагрузки до 1200 МВт попадают в этот класс.
2. Повреждения, при которых понадобится вмешательство ССЗ, чтобы избежать события i), ii), iii) и iv), приведенные в части 1. На основании проведенного динамического анализа [1] [2], класс основных последствий, которые должны быть устранены ССЗ, включает следующее:

• Внезапная потеря до 2600 МВт генерации в Турции (полный выход из работы одной из крупнейших электростанций или комплекса электростанций) из-за очень сложных замыканий или исключительных атмосферных условий. Эти события становятся более опасными, если Турция импортирует электроэнергию (предполагается до 1200 МВт) перед аварией.

1. Внезапная потеря до 2500-3000 МВт нагрузки в Турции из-за развития повреждения и отделения региональной подсистемы, импортирующей электроэнергию из Национальной системы. Эти события становятся более опасными, если Турция экспортирует электроэнергию (предполагается до 1200 МВт) перед повреждением.
2. Возникновение крупных устойчивых или усиливающихся качаний мощности/частоты между системой Турции и остальной системой ENTSO.

C. Третий класс инцидентов является очень редким из-за комплексной комбинации неблагоприятных факторов, вызывающих неожиданный небаланс нагрузки/генерации в Турции, превышающий 3000 МВт, с предшествующим повреждению экспортом/импортом из/в Турцию, что отягощает событие. Хотя ССЗ правильно вмешается в процесс, в этих экстремальных условиях это может быть неэффективно и не поможет сохранить синхронность работы Турецкой системы и системы ENTSO-E. В случае происшествия третьего класса, принимается, что устройства отключения при выходе из синхронизма быстро отключат три 400 кВ межсистемных линии.
Противоаварийная автоматика от распространения повреждений за границы Турции состоит из ССЗ, которая была смонтирована в на ПС Хамитабат (Турция), и задумывалась, как основная первая ступень защиты, резервированная защитой от перегрузок, контролирующей перетоки мощности и фазу на межсистемных линиях (вторая ступень защиты), и в случае потери синхронизма отключение межсистемных линий устройствами защиты, что отделит систему Турции от ENTSO-E (третья ступень защиты). Эти две резервные защиты установлены на ПС Марица (Болгария) и Неа Санта (Греция).

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ И АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Динамическая модель континентальной системы ENTSO-E, включая систему Турции, а также симуляция основных повреждений, необходимая для задания спецификаций ССЗ, была описана в [1] и [2].

5 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ ССЗ И АКТИВАЦИЯ ЧАСТОТНОЙ РАЗГРУЗКИ И ОСТАНОВА ГЕНЕРАТОРОВ С ПОМОЩЬЮ ССЗ

Произведенный анализ дал следующие результаты и направление для спецификации ССЗ (см. [1] и [2]):

1. Повреждениями, которые могут возникать в Турции и вызывать потерю синхронизма или неприемлемую перегрузку линий передач/отклонения напряжения в балканских странах, являются крупные неожиданные небалансы генерации/потребления.
2. Из-за расположения Турции в хвосте протяженной продольной системы, небалансы нагрузки/генерации, на которые должна реагировать ССЗ неизменно вызывают быстрые изменения и качания перетока мощности по трем 400 кВ межсистемным линиям с Болгарией и Грецией. Анализ показал, что очень долгие качания (6-7.5 с) дают примерно 2.5 с, чтобы определить повреждения на ПС Хамитабат в Турции (см. Рис.1) и для реализации дистанционной частотной разгрузки или останова генераторов при необходимости.
3. Из-за большого количества возможных повреждений, в данном случае эффективнее обнаруживать и реагировать на повреждения, происходящие в Турции на ПС Хамитабат (ССЗ основанная на реакции), чем пытаться отдельно обнаружить и среагировать на различные текущие непредвиденные ситуации во всей турецкой системе (ССЗ основанная на событиях). ССЗ должна быть максимально простой, по минимуму использовать каналы связи путем использования как можно большего количества местных измерений и путем активации частотной разгрузки и отключения генераторов в нескольких местах, связанных с контроллером с программируемой логикой (PLC) ССЗ по оптоволоконному наземному каналу связи.
4. Следующие электрические переменные были признаны лучшими индикаторами типа и размера тяжелого повреждения, на которое должна воздействовать ССЗ. Переменные должны вычисляться в короткие временные интервалы, ведущим PLC ССЗ, расположенным на 400 кВ подстанции Хамитабат, путем обработки токов и напряжений с вторичных обмоток ТТ и ТН:

1. Сумма текущего перетока активной мощности по межсистемным линиям Турция- Болгария/Греция обновляется с интервалом <100 мс: ΣP (МВт). Активная мощность межсистемной линии с Грецией будет измеряться ведомым PLC, расположенным на 400 кВ подстанции Бабаески и будет передаваться на ПС Хамитабат по оптоволоконному каналу связи.
2. Изменение суммы перетока активной мощности на обозначенных межсистемных линиях за последние 1.5 с, обновляется с минимально возможным интервалом: |ΣΔΡ| 1.5" (МВт)
3. Среднее значение производной суммы перетока мощности по трем межсистемным линиям (1 -ый маркер), вычисленная за последние 1.5 с, обновляется в минимально возможные сроки: |dΣΡ/dt|1.5"
4. Коэффициент небаланса напряжения, ki = U1 /U2 (U1 и U2 - напряжения прямой и обратной последовательности), обновляются с интервалом времени < 50мс.
5. Межсистемные линии между Турцией и Болгарией/Грецией выведены из работы, если таковые имеются.

Знаки ΣΡ, |ΣΔΡ| 1.5" и |dΣΡ/dt|1.5" будут означать следующее:

1. ΣP: положительная - экспорт из Турции; отрицательная - импорт в Турцию.
2. |ΣΔΡ| 1.5" и |dΣΡ/dt|1.5": положительный в случае увеличения экспорта или уменьшения импорта; отрицательный в случае увеличения импорта или уменьшения экспорта.

Время обработки перетока мощности менее 1.5 с (1-1.25 с) могут быть приемлемыми для работы при окончательном задании уставок.
Небаланс напряжения (4 маркер) будет рассматриваться, если необходимо, для отличия изменения электрических величин, вызванного несимметричным КЗ на межсистемных и смежных линиях, от изменений, вызванных большим внезапным небалансом генерации/нагрузки в Турции, при котором напряжение остается симметричным.
Два состояния работы - низкая и высокая нагрузка (выше и ниже заданной общесистемной МВт) - будут заданы в PLC ССЗ для вычисления минимально необходимой активации частотной нагрузки или отключения генераторов в случае очень тяжелых последствий аварии. Для этой цели суммарная национальная текущая генерация в МВт будет передана в PLC из Национального диспетчерского центра с помощью SCADA-систем.
Частотная разгрузка до 1400 МВт будет произведена путем отключения нагрузки понижающих трансформаторов ВН/СН некоторых подстанций (до 15), расположенных в регионе Стамбула (Азиатская Европейская сторона). Нагрузки, которые должны быть отключены, были определены TEIAS на основании доступности каналов связи, конфигурации 154 кВ региональных распределительных сетей, прерывания нагрузки и т.д.
ССЗ может выдавать команды на сброс нагрузки для количества нагрузки, вычисленного PLC на основании вычисленных величин и знаков ΣP и |dΣΡ/dt|1.5", количества работающих линий, условий работы системы (высокая или низкая нагрузка).
Отключение генераторов мощностью около 1300-1400 МВт будет производиться: путем отключения с приоритетом удаленного отключения по оптоволоконным каналам связи гидрогенераторов в Западной Турции при работе в пиковых нагрузках, когда в работе находятся несколько гидрогенераторов; путем отключения с помощью удаленного отключения по оптоволоконным каналам связи нескольких газовых турбин в Центральной и Восточной Турции при работе в минимуме нагрузке. Также может производиться комбинированное отключение гидрогенераторов и газовых турбин, в соответствии с приоритетным списком. ССЗ должна включать в себя оборудование для телеизмерения в PLC на ПС Хамитабат суммарной текущей вырабатываемой мощности в МВт и количество работающих блоков генераторов на каждой из трех гидроэлектростанций и трех ТЭЦ, предназначенных для отключения. Телеизмерения должны проводиться в разумные временные интервалы (менее 1 минуты).
Логический контроллер будет установлен на трех основных ГЭС (ГЭС Ататюрк 2400 МВт и ГЭС Кебан 1350 МВт имеют по 8 блоков; ГЭС Биреджик 756 МВт имеет 6 блоков) и на
трех основных газовых ТЭЦ (ТЭЦ Гебзе 1604 МВт, ТЭЦ Адапазары 804 МВт и ТЭЦ Бурса 1430 МВт), чтобы направить полученную команду на отключение в блоки электростанции, которые находятся в работе с наибольшей выдачей мощности. Необходимое количество сброса генерации будет вычислено ведущим PLC на основании тех же параметров, что и для частотной разгрузки.
Мощность, потребляемая нагрузкой, которая должна быть отключена при частотной разгрузке, может значительно отличаться в зависимости от времени дня и в выходные: при минимальной нагрузке она может составлять около 40-50% от пиковой нагрузки. Имитация повреждений при работе с минимальной нагрузкой в системе показали, что, в общем случае, необходимость в частотной разгрузке для избежания потери синхронизма и перегрузок меньше, чем при пиковой нагрузке и сравнимо с естественным уменьшением нагрузки системы.
Нагрузка, которая может быть отключена в случае дефицита мощности, будет выделена в три блока по 400-500 МВт каждый при пиковой нагрузке. ССЗ инициирует отключение одного или двух-трех блоков одновременно в соответствии с тяжестью повреждения, если оба индикатора |dΣΡ/dt|1.5" и ΣΡ одновременно являются отрицательными и превышают одну из трех ступеней значений уставки. Уставки будут выбираться в диапазоне -500 МВт/с до - 1500 МВт/с и - 500 МВт до -3000 МВт соответственно. Большее количество отключаемой нагрузки будет автоматически задано при эксплуатации, когда одна из межсистемных линий выведена из работы.
При работе с низкой нагрузкой системы, ССЗ инициирует отключение тех же трех групп нагрузки, однако с разными парами значений отключения |dΣΡ/dt|1.5" и ΣΡ, заданными в указанных выше диапазонах.
Генераторы, которые должны быть отключены ССЗ с помощью дистанционного управления в случае большого сальдо генерации, должны быть подобраны с учетом тяжести повреждения - от ~200 МВт ~1400 МВт. Также как и для частотной разгрузки будет использоваться три ступени отключения. Отключения будут инициироваться тремя различными парами значений отключения двух индикаторов |dΣΡ/dt|1.5" и ΣΡ, если оба значения превышают предустановленную уставку и являются положительными. Значение диапазонов МВт/с и МВт будут иметь те же диапазоны, что и для частотной разгрузки.
Различные уставки МВт/с и МВт задаются для работы при высокой и низкой нагрузке системы и для работы при одной выведенной межсистемной линии.
Суммарное время передачи по существующим оптоволоконным каналам от PLC на ПС Хамитабат до любого места в Турции, где должна осуществляться частотная разгрузка или отключение генераторов, осуществляется за время < 30мс, что подтверждено полевыми испытаниями.
Предусматривается резервирование суммарной мощности при частотной разгрузке или отключении генераторов, на тот случай, когда по любой причине, команда на отключение нагрузки или генератора не выполняется. PLC и другое оборудование ССЗ дублируется и проектируется для достижения уровня надежности не меньшей, чем у лучших коммерческих дублированных цифровых устройств защиты линии и для возможности полного самоконтроля.
Уставка отключения нагрузки или генераторов также принимает во внимание временные перегрузки и отклонения напряжения, которые приемлемы в балканских странах. Значения пуска ΣΡ и |dΣΡ/dt|1.5" будут согласованы с Системными операторами, участвующих балканских систем.
С другой стороны, ССЗ - это относительно новый инструмент, предназначенный для противодействия множеству комплексных событий в очень обширной системе. Для проверки функционирования и уставок, заданных на этапе проектирования, а также для координации с резервными традиционными устройствами защиты будет необходим опыт первоначальной работы. Поэтому одним из основных требований к ССЗ является гибкость к повторной настройке и гибкость в улучшении функций.