Размещено на http://www.allbest.ru/

Филиал АО "СО ЕЭС" "Объединенное диспетчерское управление энергосистемы Средней Волги"

ФГБОУ ВО "Самарский государственный технический университет"

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ ПОДСТАНЦИИ 500 КВ

А.В. Рахаев, Л.Г. Мигунова

Самара, Россия

Введение

В Единой энергетической системе (ЕЭС) России существуют дефицитные по мощности энергорайоны. Мощности электростанций, расположенных в этом районе, для покрытия всего потребления в нём не хватает. Дополнительная мощность поступает по линиям электропередачи (ЛЭП) 220 кВ и через автотрансформаторы (АТ) 500 кВ за счёт межсистемных перетоков мощности из других энергосистем, рис. 1. Данные сетевые элементы образуют сечение между энергорайоном и ЕЭС России. Если при выводе одного АТ в ремонт произойдёт аварийное отключение второго, то ЛЭП могут оказаться перегруженными, напряжения на подстанциях могут снизиться до критических значений, может произойти нарушение статической апериодической устойчивости. Токовая перегрузка ЛЭП может привести к повреждению проводов или оборудования подстанций. Снижение напряжений до критических уровней может привести к нарушению устойчивости нагрузки. Наконец, нарушение статической апериодической устойчивости приводит к возникновению асинхронного режима в сечении, сопровождаемого нарушением электроснабжения потребителей. С целью ликвидации подобных аварий в Самарской энергосистеме на подстанции 500 кВ Куйбышевская применяется специальная автоматика отключения нагрузки (САОН), выполненная в виде электромеханической панели.

1. Специальная автоматика отключения нагрузки

САОН при срабатывании пускового органа действует на пуск передатчиков. Пусковым органом для САОН является факт отключения сетевого элемента: АТ, ЛЭП, система шин. Команды телеотключения нагрузки передаются по каналам автоматики [4]. В качестве таких каналов используются высокочастотные каналы, организованные по фазам воздушных ЛЭП, волоконно-оптические линии связи, а также низкочастотные каналы, организованные по кабельным линиям связи. На электростанциях и подстанциях приёмник принимает команду, в результате чего осуществляется отключение потребителей, заведённых под действие САОН, с запретом их автоматического повторного включения, а также пуск команд телеотключения на другие подстанции и электростанции. Команды распространяются по всему энергорайону. Под действие САОН заведены фидеры 6-10 кВ, а также ЛЭП 35-110 кВ с односторонним питанием.

Находящаяся в эксплуатации САОН на ПС 500 кВ Куйбышевская морально и физически устарела. Ей свойственны следующие недостатки:

1) Неавтоматическая дозировка управляющих воздействий (УВ).

2) Избыточность управляющих воздействий.

Величина необходимого объёма отключения нагрузки в различных схемно-режимных ситуациях в энергосистеме меняется. Для регулировки требуемого объёма УВ на панели предусмотрено несколько шинок отключения нагрузки. Под действие каждой из них заведён пуск определённых команд и, соответственно, отключение конкретных потребителей. Переключением накладок в оперативных цепях панели оперативный персонал подстанции вводит в работу необходимую шинку. Выбор необходимой шинки осуществляет диспетчерский персонал один раз в смену по результатам расчётов установившихся режимов в ПК «КОСМОС» для режима с наибольшим потреблением, возможным в течение смены. Если срабатывание пускового органа произойдёт часы, когда нагрузка в энергосистеме минимальна, то УВ будут избыточными.

Рис. 1. Схема связей энергорайона с ЕЭС России.

Стоит добавить, что в случае отключения только одного АТ на подстанции в режимах зимнего или летнего максимума оставшийся в работе АТ может перегрузиться. Для защиты его от перегрузок на подстанции предусматривается автоматика ограничения перегрузки оборудования, контролирующая ток, протекающий через АТ. В случае превышения им уставки автоматика действует через шинки САОН на разгрузку АТ. Данная автоматика не способна защитить от токовых перегрузок остальные элементы сечения, если их токовая загрузка превышает токовую загрузку АТ, что ограничивает максимально допустимый переток в контролируемом сечении (МДП).

2. Устройство противоаварийной автоматики энергоузла

Представленные проблемы имеют место и в Самарской энергосистеме. Для их решения на ПС 500 кВ Куйбышевская предусмотрен ввод в работу устройства противоаварийной автоматики энергоузла (УПАЭ) производства ООО «Прософт-Системы». Такие устройства применяются в объединённой энергосистеме (ОЭС) Средней Волги в качестве локальной автоматики предотвращения нарушения устойчивости (ЛАПНУ) на Жигулёвской ГЭС, Заинской ГРЭС и Балаковской АЭС.

Алгоритм работы УПАЭ ПС 500 кВ Куйбышевская следующий: устройство сравнивает суммарный переток активной мощности в сечении и рассчитывает необходимый объём управляющих воздействий отдельно для каждого пускового органа по формуле (1):

где - необходимый объём управляющих воздействий; - суммарный переток активной мощности в сечении; - уставка по активной мощности.

Уставки введены отдельно для каждого пускового органа для нормальной и различных ремонтных схем при нескольких интервалах температур. Вследствие этого необходимый объём УВ определяется по формуле (1) также

Выбранный состав должен удолетворять двум требованиям:

1) Суммарная мощность задействованных ступеней должна быть больше величины необходимого объёма УВ, формула (2):

где - суммарная мощность задействованных ступеней.

2) Суммарная мощность задействованных ступеней должна быть минимальна, формула (3):

После выбора состава ступеней для всех пусковых органов УПАЭ формирует таблицу управляющих воздействий [1].

Для реализации вышеописанного алгоритма УПАЭ должно контролировать суммарные мощности нагрузки, доступные для отключения от каждой ступени. Эти величины, а также суммарный переток мощности в сечении будут передаваться в УПАЭ из оперативно-информационного комплекса (ОИК) диспетчерского центра по каналам телемеханики. Определение суммарного перетока в сечении и суммарных мощностей ступеней осуществляется суммированием соответствующих телеизмерений в ОИК. На случай отсутствия связи УПАЭ с ОИК переток в сечении определяется умножением перетока через АТ на коэффициент потокораспределения. Для контроля перетока мощности через АТ в УПАЭ будут заведены токовые цепи АТ и цепи напряжения соответствующих систем шин. В качестве мощностей ступеней используются почасовые значения, определённые по результатам контрольных замеров.

Стоит заметить, что на сегодняшний день отсутствует методика по выбору уставок ЛАПНУ. При расчёте этих параметров основным документом является [2], также используются руководства по эксплуатации [1]. В связи с этим поставлена задача создании методики по выбору уставок ЛАПНУ. Уставка принимается меньшей из 3 условий:

1) Условие обеспечения запаса статической устойчивости по активной мощности в 8 % в послеаварийном режиме, формула (4):

где - предельный по статической апериодической устойчивости переток активной мощности в схеме, соответствующей послеаварийному режиму. - предельный переток активной мощности в доаварийном режиме, при котором после отключения элемента сечения, являющегося пусковым органом для УПАЭ, достигается предел по статической апериодической устойчивости. Определяется утяжелением режима в соответствии с [2]. - мощность нерегулярных колебаний.

2) Условие обеспечения запаса статической устойчивости по напряжению в 10 % в послеаварийном режиме, формула (5):

где - предельный переток активной мощности в доаварийном режиме, при котором после отключения рассматриваемого элемента сечения напряжения в контрольных пунктах достигают аварийно допустимых значений. противоаварийный автоматика токовый электропередача

3) Условие отсутствия токовых перегрузок, превышающих нормативные для послеаварийного режима значения, формула (6):

где - предельный переток активной мощности в доаварийном режиме, при котором после отключения элемента сечения, являющегося пусковым органом для УПАЭ, токовые перегрузки ЛЭП и оборудования достигают аварийно допустимых значений.

Выбранное значение уставки необходимо проверить на сохранение устойчивости в электромеханическом переходном процессе при нормативных возмущениях.

3. Проверка алгоритма

Для проверки алгоритма и предложенной методики в ПК «RastrWin3» и «Mustang» сформированы расчётные модели энергосистемы, изображённой на рис. 1.

Так как выбор накладки в схеме САОН осуществляется диспетчерским персоналом раз в смену, то анализ действия УПАЭ выполнен для максимального и минимального режимов, возможных в течение диспетчерской смены. Моделировались короткие замыкания (КЗ) в АТ при выведенном в ремонт другом АТ. В ПК «RastrWin3» контролировались токовые загрузки ветвей, запасы статической устойчивости, состав и объём задействованных шинок. Результаты представлены в таблицах I, II. Во всех случаях послеаварийный режим соответствовал всем требованиям, изложенным в [2]. В ПК «Mustang» сформирован режим, при котором нормативные возмущения II группы приводили к асинхронному режиму. В случае реализации УВ по алгоритму УПАЭ динамическая устойчивость сохранялась, рис. 2.

Таблица 1 Анализ максимального режима

Таблица 2 Анализ минимального режима

Рис. 2. Динамика изменения перетока в сечении при КЗ на ошиновке 220 кВ АТ.

Выводы

1) УПАЭ осуществляет автоматическую дозировку УВ.

2) Объёмы УВ, определённые по алгоритму УПАЭ, минимизированы и при этом достаточны для сохранения устойчивости и ликвидации недопустимых токовых перегрузок ЛЭП и оборудования.

3) Наличие нескольких пусковых органов позволяет защищать от токовых перегрузок все элементы сечения, что позволяет повысить МДП.

4) Существующая панель ЛАПНУ на ПС 500 кВ Куйбышевская помимо САОН включает в себя централизованное устройство отключения нагрузки. Данное устройство предназначено распространения команд на отключение нагрузки от комплекса противоаварийной автоматики Жигулевской ГЭС. Так как панель единственная, то в случае её отказа, поступившие команды не будут переданы до мест реализации УВ. В этом случае возможны токовые перегрузки ЛЭП 500 кВ ОЭС Средней Волги и даже нарушение статической устойчивости. Наличие двух полукомплектов в УПАЭ исключает его отказ.

5) При вводе в эксплуатацию УПАЭ ПС 500 кВ Куйбышевская, действие на пуск передатчиков будет выведено. Работа устройства и его состояние будут анализироваться. Если УПАЭ будет функционировать правильно, то оно будет введено в работу окончательно.

Список литературы