Функциональная и аппаратная структура подсистемы АПНУ

Подсистема АПНУ включает следующие виды автоматики разгрузки при:

• отключении одной или двух линий электропередачи (АРОЛ, АРОДЛ);
• отключении генератора (АРОГ);
• статической перегрузке электропередачи (АРСП);
• динамической перегрузке электропередачи (АРДП);
• близких или затяжных коротких замыканиях (АРБКЗ, АРЗКЗ).

Перечисленные виды автоматики являются наиболее распро­страненными и составляют основную часть подсистемы АПНУ. Возможно выделение в составе подсистемы АПНУ и других видов автоматики.

Автоматика разгрузки при отключении линии электропере­дачи (АРОЛ). Автоматика устанавливается на загруженных ли­ниях электропередачи, отключение которых существенно снижает суммарный предел передаваемой мощности в сечениях, включающих эти линии.

Автоматика разгрузки при отключении генератора (АРОГ). Автоматика предназначена для предотвращения перегрузки и нарушения устойчивости по связям при внезапных отключениях по любой причине мощных генераторов или энергоблоков в де­фицитной части энергосистем или энергообъединений.

Автоматика разгрузки при статической перегрузке электро­передачи (АРСП). Контроль загрузки электропередачи осущест­вляется по активной мощности или фазовому углу. Автоматика фиксирует ситуации, когда активная мощность по контролируе­мой линии или по группе линий, входящих в контролируемое сечение, либо угол (моделируемый или непосредственно измеря­емый) между векторами напряжений по концам электропереда­чи достигает заданной уставки срабатывания и с выдержкой времени или без нее действует на разгрузку электропередачи.

Автоматика разгрузки при динамической перегрузке элект­ропередачи (АРДП). Автоматика устанавливается на тех свя­зях, где в результате аварийного дефицита мощности в приемной части системы (или избытка мощности в передающей части) имеет место быстрое нарастание угла в процессе наруше­ния устойчивости, т.е. явно выражена динамика переходного процесса. Для сохранения устойчивости по электропередаче с помощью АРСП пришлось бы уставку срабатывания по углу или по мощности устанавливать на очень низком уровне, что, как правило, невозможно по условию отстройки от рабочих режимов электропередачи, медленных переходных процессов или неглу­боких синхронных качаний.

Автоматика разгрузки при близких или затяжных коротких замыканиях (АРБКЗ, АРЗКЗ). Автоматика устанавливается, как правило, на мощных электростанциях и предназначена для сохранения устойчивости их параллельной работы с энергосисте­мой при наиболее тяжелых КЗ. Иногда автоматика устанавлива­ется на электропередачах, связывающих избыточную энерго­систему с энергообъединением, если передаваемая в энергообъе­динение мощность соизмерима с суммарной мощностью электро­станций энергосистемы.

Для выполнения возложенных задач подсистема АПНУ осу­ществляет различные управляющие воздействия. На начальных этапах развития автоматика действовала в основном на отклю­чение гидрогенераторов или на деление электрической сети. В настоящее время АПНУ использует широкий спектр воздействий, включающий:

• отключение турбогенераторов (ОГ);
• кратковременную (импульсную) и длительную разгрузки турбин (ИРТ, ДРТ);
• отключение части нагрузки потребителей (ОН);
• частотный пуск гидрогенераторов (ЧП) и перевод их из режима синхронно­го компенсатора в активный режим;
• загрузку гидро- и турбогенераторов (ЗГ);
• электрическое торможение ОТ) агрегатов путем включения нагрузочных активных сопротивлений.

Ввиду меньшей эффективности относительно повышения пределов устойчивости дополнительными считаются:

• воздействия на отключение шунтирующих реакторов (ОР);
• форсировка устройств продольной и поперечной компенсации (ФК);
• форсировка возбуждения (ФВ);
• изменение уставки АРВ по напряжению (ИУН).

Полная структура подсистемы АПНУ и распределение основ­ных и дополнительных управляющих воздействий по видам ав­томатики показаны на рис. 1.2. Для каждого вида автоматики указаны лишь наиболее часто используемые воздействия.

Рассмотрим вопросы структурно-аппаратного построения ав­томатики предотвращения нарушения устойчивости; при этом для краткости изложения опустим некоторые аппаратные тонко­сти, не существенные с точки зрения режимных принципов по­строения АПНУ.

Простейшая автоматика (рис. 1.3 а) включает в себя пуско­вой орган (ПО), высокочастотный телеканал — передатчик и приемник исполнительных команд (ПРД1 — ПРМ1) — и исполнительное устройство (ИУ), посредством которого осуществляет­ся требуемое управляющее воздействие (например, на отклю­чение части нагрузки подстанции или части генераторов элект­ростанции). При необходимости передачи исполнительных ко­манд на разные объекты могут быть организованы высоко­частотные телеканалы и в других направлениях (передатчик ПРД2, рис. 1.3).

Исполнительное устройство может иметь различные степени сложности. В простейшем случае — это фиксированная релей­ная схема, выполняющая строго определенное управляющее воз­действие (отключение конкретных выключателей, формиро­вание дозированного управляющего импульса, подаваемого на вход системы регулирования турбины, и др.). В более сложном исполнении схема может предусматривать оперативное пере­ключение исполнительных цепей с помощью накладок коммута­торов и др. Наконец, в составе ИУ может быть использована микроЭВМ, автоматически формирующая исполнительные цепи

Рис. 1.3. Структура простейшей автоматики

а — с действием по заданному аварийному возмущению; б — с контролем предше­ствующего режима и действием по возмущению; в — с фиксацией наложения двух аварийных событий или аварийного возмущения в ремонтной схеме; г — с автома­тическим выбором направления воздействия по параметрам предшествующего режима

в зависимости от условий реализации управляющих воздействий на одном или нескольких объектах (электростанциях, подстан­циях).

Описанную автоматику называют «автоматикой по возмуще­нию». При фиксации ПО заданного аварийного возмущения или достижении контролируемым параметром режима заданного зна­чения (уставки) осуществляется без какого-либо дополнительно­го контроля программное управляющее воздействие заданной интенсивности. Такую структуру имеет, например, автоматика разгрузки при статической перегрузке электропередачи (АРСП).

В отличие от «автоматики по возмущению» автоматика, изо­браженная на рис. 1.3 б, действует только в строго определенной области режимов. Для этого она снабжена органом контроля предшествующего режима (КПР). Срабатывание автоматики происходит, если значение контролируемого параметра в режи­ме, предшествующем зафиксированному ПО аварийному возму­щению, превышало заданную уставку КПР, т. е. только в том случае, если предаварийный режим был достаточно тяжелым с;точки зрения устойчивости.

Приведенной на рис. 1.3 б структуре могут соответствовать различные виды АПНУ. Наиболее распространена автоматика разгрузки при отключении одной из линий электропередачи (АРОЛ). Согласно этой же структурной схеме выполняется и АРОГ. Автоматика разгрузки при КЗ может проводиться по схе­мам (см. рис. 1.3 а или б).

Автоматика, структурная схема которой показана на рис. 1.3 в, контролирует не только предаварийный режим, но и состояние предаварийной схемы. Контролируемое автоматикой ремонтное или аварийное отключение линии или трансформатора фиксиру­ется пусковым органом П02. Сигнал об изменении схемы пере­дается по высокочастотному телеканалу ПРДЗ — ПРМЗ к месту установки пускового органа П01 и органа КПР, который пере­страивается на ремонтную уставку. Если во время существова­ния этой схемы произойдет фиксируемое П01 аварийное возмущение, а предшествующее этому возмущению значение контролируемого параметра режима превысит заданную ремонт­ную уставку органа КПР, то произойдет срабатывание автома­тики — сигнал пройдет через логический элемент И и контакты реле КПР, и будет передан по высокочастотному каналу ПРД1 — ПРМ1 к ИУ.

Описанную структуру имеет автоматика разгрузки при от­ключении контролируемой линии электропередачи в ремонтной схеме (АРОЛрем). Структурная схема автоматики при одновременном отключе­нии двух линии электропередачи (АРОДЛ) схожа с приведенной на рис. 1.3 в, однако предварительная перестройка уставки КПР не требуется. Автоматика срабатывает при получении сигналов об отключениях линий от П01 и П02 с разновременностью не более заданной на реле времени, входящем в состав логического элемента И.

Автоматика, структурная схема которой показана на рис. 1.3 г, в дополнение к автоматике согласно рис. 1.3 б содержит КПРвыб, предназначенный для автоматического выбора одного из двух возможных управляющих воздействий, реализуемых на разных объектах. Орган КПРвыб используется тогда, когда необходимо обеспечить определенный приоритет одного из воздействий, на­пример воздействия А. Тогда воздействие Б имеет место только в том случае, если воздействие А в данном режиме не обеспечи­вает необходимый объем разгрузки или может привести к недо­пустимой перегрузке близлежащих линий электропередачи. Реле КПРвь,б измеряет суммарную активную мощность электро­станции А или переток по контролируемой линии электропере­дачи в предшествующем срабатыванию автоматики режиме и заранее подготавливает цепи действия автоматики в направлениях А или Б.

Каждая из приведенных автоматик может быть выполнена многоступенчатой. Элементы, входя­щие в эти структурные схемы, могут иметь различную степень сложности и быть реализованы на разной аппаратуре — релей­ной, аналоговой, микроЭВМ.

Начальный этап разработки АПНУ любого вида — выбор ее структурной схемы. На основе расчетов устойчивости определя­ется перечень аварийных возмущений, при которых должна действовать автоматика. Предварительно намечаются места разме­щения ПО, выявляющих эти возмущения, и ИУ. Прорабатыва­ются варианты организации новых высокочастотных каналов и использования существующих. Предполагаемое структурное ре­шение выдвигает необходимость проведения дополнительных расчетов устойчивости и настройки автоматики, на основе кото­рых в свою очередь будут уточнены требования к структуре ав­томатики, ее аппаратному построению.

Таким образом организационно процедура разработки авто­матики (как при проектировании, так и в эксплуатации) носит итерационный характер последовательного формирования и уточнения требований к настройке АПНУ, ее аппаратной реализации и проведения на ЭВМ уточняющих расчетов; только при этом могут быть найдены наиболее эффективные решения.