Введение

Автоматика ограничения снижения частоты (АОСЧ) предназначена для обеспечения живучести энергосистемы в аварийных ситуациях, связанных с возникновением больших дефицитов активной мощности и соответствующих им глубоким снижениям частоты (ниже 49 Гц). АОСЧ служит для предотвращения угроз повреждения оборудования электростанций и энергопринимающих установок потребителей, а также для исключения лавины частоты и напряжения с полным прекращением электроснабжения. Таким образом, применение данного вида автоматики направлено на защиту энергосистемы от каскадных аварий [1].

В данном исследовании выполнено математическое моделировании работы устройств автоматики ограничесния снижения частоты конкретного района энергосистемы Тверской области, который включает в себя Тверскую ТЭЦ-4 и прилегающую к ней электрическую сеть.

Тверская ТЭЦ?4 -- это теплоэлектроцентраль, расположенная в черте города Тверь и обеспечивающая значительную долю теплоснабжения и горячего водоснабжения коммунально-бытового сектора Твери. На станции установлено пять турбоагрегатов суммарной установленной мощностью 88 МВт, при этом тепловая мощность составляет 620 Гкал/час [2].

мощность автоматика частота ток

Математичекая модель

Расчеты проводятся на эквивалентных математических моделях Тверской энергосистемы, которые были получены путем экивалентирования соответствующих базовых расчетных моделей (БРМ). Для периода экстремально высоких температур (ПЭВТ) использована БРМ операционной зоны (ОЗ) филиала АО «СО ЕЭС» Тверское региональное диспетчерское управление (РДУ) на летний период 2016 г. с максимальным потреблением. Для осенне-зимнего периода (ОЗП) использована БРМ ОЗ филиала АО «СО ЕЭС» Тверское РДУ на ОЗП 2015-2016 гг. с максимальным потреблением.

Математическое моделирование проводится с применением программного комплекса (ПК) RUSTab, специализированного программного обеспечения разработанного для расчетов электромеханических переходных процессов (ЭМПП) [3].

В качестве исходных данных в расчетах использовались данные для расчета установившихся режимов: информация по узлам, ветвям и полиномам СХН, которые импортированы из ПК RastrWin соответствующих БРМ. А также данные по всему генерирующему оборудованию Тверской ОЗ, включающие в себя параметры генераторов, систем возбуждения, автоматических регуляторов скорости, необходимые для расчета переходных процессов.

Исследуемые устройства

Автоматика ограничения снижения частоты в исследуемом районе представлена двумя видами устройств [2]:

· Устройствами автоматической частотной разгрузки (АЧР).

· Устройствами частотно делительной автоматики (ЧДА).

Устройства АЧР предназначены для предотвращения недопустимого снижения частоты и обеспечения её последующего восстановления. Существует два вида АЧР. АЧР-1 - применяется для быстродействующей разгрузки, при этом каждая её очередь имеет собственную уставку по частоте, а уставка по времени задается равной для всех очередей. АЧР-2 - применяется для медленной разгрузки, при этом её очереди имеют одну или близкие уставки по частоте и существенно разные уставки по времени.

Под АЧР в Тверское энергосистеме заведено 60% нагрузки от общего максимума потребления. АЧР-1 разбита на 18 очередей и специальную очередь. Деление на очереди позволяет выполнять отключение нагрузки небольшими объемами. АЧР-2 разделена на два типа совмещенная и несовмещенная. В совмещенной АЧР-2 выделяется 4 степени по частоте, при этом соотношения мощностей этих ступеней 1:3:3:3. Для того что бы исключить излишние отключения нагрузки отдельные ступени разбиваются на очереди с одинаковой уставкой по частоте и разной выдержкой времени. Под совмещенную АЧР-2 подключаются те же потребители, что и под АЧР-1. Под несовмещенную АЧР-2 заведено 10% от максимума потребления в энергосистеме Тверской области, данный тип АЧР разбит на 8 очередей с одинаковой ставкой по частоте и разной уставкой по времени от 5 до 40 секунд.

Подобная структура АЧР позволяет изменять объемы отключаемой нагрузки по мере снижения частоты, тем самым добиваться прекращения процесса её снижения, а также осуществлять подъем частоты до синхронной величины при существовании продолжительного режима с пониженной частотой. Принятые уставки АЧР отвечают всем требованиям стандарта [4].

Большие нерасчетные дефициты мощности могут свести к минимуму эффективность действие АЧР. В этой ситуации значительное снижение частота тока в сети повлечет за собой снижение производительности механизмов собственных нужд электростанций и последующих отключений энергоблоков технологическими защитами.

Предотвратить возможность развития событий по данному сценарию призвана ЧДА. В задачи данной автоматики входит выделение блоков электростанций на работу на собственные нужды или сбалансированный район нагрузки, что позволяет сохранить генерирующий объект в работе в случае возникновения крупной системной аварии.

ЧДА Тверской ТЭЦ-4 разделено на две ступени. ЧДА-1 - быстродействующее ЧДА с малой уставкой по времени 0,5 секунд, позволяет предотвратить погашение электростанции при глубоком снижении частоты. ЧДА-2 -с большой уставкой по времени 35 секунд, призвана предотвратить погашение электростанции при зависании частоты. Также выполняет резервирующую роль, в случае если ЧДА-1 по какой либо причине не сработало.

На рис. 1 представлена электрическая схема нормальных соединений исследуемого участка, на которой изображены существующие на данный момент схемы выделения Тверской ТЭЦ-4 на район сбалансированной нагрузки (схемы под номерами I, II и III), а также перспективные схемы (схемы под номерами IV, V, VI, VII и VIII).

Расчеты

Расчет работы АОСЧ в энергорайоне Тверской ТЭЦ-4 проводился для пяти исходных установившихся режимов, краткая характеристика которых представлена в таблице I. Рассмотрены различные составы генерирующего оборудования находящегося в работе для разных периодов года.

Таблица 1. Исходные установившиеся режимы

Рис. 1. Район Тверской ТЭЦ-4 с обозначением существующих и перспективных сечений, по которым происходит выделения станции на изолированную работу

В качестве возмущающего воздействия рассматривается аварийное отключение первого блока Калиниской атомной электростанции. Подобный дефицит активной мощности объемом 1000 МВт в условиях отсутствия перетока с соседними энергосистемами приводит к снижению частоты в энергосистеме Тверской области до уставок срабатывания ЧДА. На рис. 2 представлен график изменения частоты во времени в районе Тверской ТЭЦ-4 для режима №1. В данном случае устройству АЧР не удается остановить процесс снижения частоты при таком дефиците активной мощности, для того что бы сохранить электростанцию в работе срабатывает устройства ЧДА по схеме IV и частота в выделившемся районе восстанавливается до уровня 50,2 Гц.

В таблице II представлены результаты расчетов переходных режимов, в таблицу занесены данные по потреблению и генерации до аварийного возмущения и после работы автоматики ограничения снижения частоты в энергосистеме районе Тверской ТЭЦ-4 для различных схем выделения Тверской ТЭЦ-4 на район сбалансированной нагрузки.

Таблица 2. Результаты расчетов действия АОСЧ в энергосистеме в районе Тверской ТЭЦ-4

Рис. 2. Изменение частоты во времени в энергосистеме в районе Тверской ТЭЦ-4 при аварийном отключении энергоблока №1 Калининской АЭС при работе устройств АОСЧ

Заключение

Для рассматриваемых исходных режимов работы станции, каждый из которых соответствует определенному составу генерирующего оборудования ТЭЦ, находящемуся в работе, были выбраны наиболее оптимальные схемы выделения Тверской ТЭЦ-4 на район сбалансированной нагрузки. Выбор оптимальной схемы выполнялся по величине наименьшего резерва мощности, который возникает в выделенном районе после действия ЧДА, что соответствует наиболее эффективному, с точки зрения повышения надежности электроснабжения потребителей, использованию мощности станции при аварийных событиях. Оптимальные схемы выделения представлены в таблице III.

Таблица 3. Оптимальные схемы выделения Тверской ТЭЦ-4 устройствами ЧДА

Применение новых схем выделения позволит сократить резервы мощности на ТЭЦ в случае выделения её на сбалансированный район нагрузки и повысит надежность электроснабжения потребителей, которые будут гарантировано обеспечены электроэнергией в случае возникновения аварийного дефицита активной мощности, приводящего к срабатыванию ЧДА.

1. Паздерин А.В. Организация в ЕЭС России автоматического ограничения снижения частоты при дефиците активной мощности. Частотная делительная автоматика: учебное пособие / А.В. Паздерин, В.А. Тащилин, П.В. Чусовитин, Г.С. Шабалин. - Екатеренбург : Уральский федеальный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, 2014. - 269 с.

2. Положение по управлению режимами работы Тверской энергосистемы в операционной зоне Филиала АО «СО ЕЭС» Тверское РДУ., утв. 30.01.2017

3. RUStab: руководство пользователя / В.Г. Неуймин [и др.] - М.: «TSG», 2010. - 106 с. ил.

4. СТО 59012820.29.240.001-2010. Технические правила организации в ЕЭС России автоматического ограничения снижения частоты при аварийном дефиците активной мощности (автоматическая частотная разгрузка). - Введен 31.12.2009. - М.: ОАО «СО ЕЭС», 2009. - 21 с. - (Стандарт организации)

Размещено на Allbest.ru