Системы релейной защиты и противоаварийной автоматики

Структура системы противоаварийной автоматики   

 Одной из основных  задач АСДУ является противоаварийное  управление с целью локализации  аварий и ликвидации аварийного  режима работы ЭЭС или отдельных  ее частей. 
    Для решения этой задачи во всех энергосистемах введена система противоаварийной автоматики (ПА), структура которой показана на рис.1. В соответствии с требованиями, которые предъявляются к каждому элементу системы ПА, ее структуру можно разделить на три подсистемы:

•    предупредительную;  
•    локализующую;  
•    восстановительную. 

Рис.1. Структура противоаварийной автоматики ЭЭС:  
БВ – большое возмущение; МВ – малое возмущение; РЗ – релейная защита;  
АПВ – автоматическое повторное включение; АРВ – автоматическое регулирование возбуждения; АПНУ – автоматика предотвращения нарушения устойчивости;  
АЛАР – автоматика ликвидации асинхронного хода; АОСН – автоматика ограничения снижения напряжения; АОПН – автоматика ограничения повышения напряжения;  
АЧР – автоматическая частотная разгрузка; ЗГ – загрузка генераторов;  
ВГ – включение гидрогенераторов; ЧАПВ – АПВ по частоте;  
АПВН – АПВ по напряжению; ВН – включение нагрузки

Предупредительная подсистема необходима для обнаружения и предотвращения аварийной ситуации. Она включает в себя:

•    релейную защиту (РЗ), которая обнаруживает аварийные ситуации и дает сигнал готовности к возможному действию остальным устройствам ПА; состоит из большого числа элементов, каждый из которых отвечает за определенный участок системы или за определенный вид аварии;

Рис.2. Шкаф управления и противоаварийных защит

Рис.3. Шкаф управления и противоаварийных защит

•    автоматическое повторное включение (АПВ); это устройство пытается восстановить нормальную работу энергосистемы после отключения того элемента, в котором обнаружена аварийная ситуация, путем включения этого элемента;

Рис.4. Устройство одно/двукратного автоматического повторного включения АПВ-2

•    автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) синхронных генераторов; это устройство путем воздействия на ток возбуждения генератора пытается удержать параметры энергосистемы (напряжение на зажимах генератора) в допустимых границах;

 Рис.5. Автоматический регулятор напряжения EEG разработан для синхронных генераторов серии EG 202 и EG 300

   Рис.6. Регулятор напряжения DER1 - для ремонта и замены автоматических регуляторов напряжения на генераторах серий ECO и ECP мощностью до 350 кВА (с функцией параллельной работы) производства Mecc Alte.

•    автоматику предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ) параллельной работы энергосистем; это устройство осуществляет непрерывный контроль частоты в энергосистеме и режимов работы межсистемных связей, что позволяет ему в случае возникновения аварийной ситуации путем воздействия на регуляторы скорости турбин не только перераспределять нагрузку электростанций между собой, но и регулировать частоту в энергосистеме или отдельных ее частях.

В случае, если автоматика предупредительной подсистемы не смогла ликвидировать аварийную ситуацию, используется автоматика локализующей и восстановительной подсистем.

Локализующая подсистема включает в себя:

•    автоматику ликвидации асинхронного режима (АЛАР) части энергосистемы или всей энергосистемы; это устройство контролирует перегрузку ЛЭП или группы ЛЭП по току и активной мощности, а также может отслеживать разницу фаз напряжений между узлами, ограничивающими межсистемные ЛЭП, в случае появления больших колебаний скоростей роторов генераторов и соответственно частоты в ЭЭС АЛАР разгружает генераторы электростанций;

•    автоматику ограничения снижения напряжения (АОСН); в случае снижения напряжения ниже допустимого уровня это устройство может воздействовать не только на АРВ генераторов и синхронных компенсаторов, но и на отключение шунтирующих реакторов, которые обычно включают с целью снижения напряжения на ЛЭП СВН и УВН при небольших потоках мощности по ним;

•    автоматику ограничения повышения напряжения (АОПН); в случае повышения напряжения выше допустимого уровня это устройство может воздействовать на АРВ генераторов и синхронных компенсаторов и на включение шунтирующих реакторов (противоположное АОСН действие);

•    автоматическую частотную разгрузку (АЧР) 1-й очереди; это устройство отключает часть нагрузки энергосистемы (обычно это потребители III категории по надежности электроснабжения) в случае снижения частоты ниже допустимого уровня, т.е. когда все другие возможности регулирования частоты исчерпаны.

Восстановительная подсистема включает в себя:

•    АЧР 2-й очереди, т.е. когда АЧР 1-й очереди исчерпала свои возможности по предотвращению дальнейшего снижения частоты в энергосистеме;

•    АПВ по напряжению (АПВН); это устройство восстанавливает работу тех элементов энергосистемы, которые отключила АОСН;

•    АПВ по частоте (ЧАПВ); это устройство восстанавливает электроснабжение потребителей, отключенных АЧР.

Кроме того, в объединенной ЭЭС существуют:

• автоматика ограничения снижения частоты (АОСЧ), которая выполняет следующие функции:

•    автоматическую частотную разгрузку (АЧР);

•    дополнительную разгрузку, действующую при больших местных дефицитах мощности в целях предотвращения лавины частоты и напряжения;

•    мобилизацию резервов активной мощности;

•    выделение электростанций или генераторов со сбалансированной нагрузкой, выделение генераторов на питание собственных нужд электростанций;

•    восстановление питания отключенных потребителей при восстановлении частоты (ЧАПВ);

• автоматика ограничения повышения частоты (АОПЧ), которая осуществляет отключение генераторов электростанций в случае повышения частоты выше допустимого уровня;
• автоматика разгрузки оборудования (АРО), которая снижает ток в контролируемом оборудовании в случае недопустимой его перегрузки; в зависимости от перегрузки АРО может:

•    разгрузить турбину, отключить генераторы электростанций;

•    отключить нагрузку;

•    разделить сеть;

•    отключить перегруженное оборудование.

Заключение

Устройства противоаварийной автоматики размещаются на энергообъектах (локальные системы) и в диспетчерских пунктах ОДУ и ЦДУ (системы, обеспечивающие координацию работы локальных устройств).

Надежное функционирование ЕЭС России требует постоянной модернизации электрических сетей, систем технологического управления, в том числе внедрения современных систем релейной защити и противоаварийной автоматики (РЗА).

Развитие технических комплексов управления и повышение технического уровня средств РЗА невозможно без проведения единой технической политики.

На сегодняшний день большинство систем РЗА в ЕЭС России, выполнено на электромеханической и полупроводниковой элементной базе. Активно идет процесс ввода новых и модернизация действующих систем РЗА на базе цифровых устройств с использованием микропроцессорной техники.

Совместно с сетевыми и генерирующими компаниями формируется идеология построения систем РЗА в ЕЭС России.