Автоматика опережающего деления сети реферат

Обновлено: 05.07.2024

Умышленно в данной записи не использую понятие "распределённая генерация". Заменил его на "малая генерация", так как это более точно отражает суть проблемы, которой посвящён предлагаемый к ознакомлению материал.

Доклад очень своевременно освещает проблему доступа малой генерации к ЕЭС. Описывает риски для объектов малой генерации при их присоединении к электрической сети, особенности параллельной работы, способы параллельной работы на основе автоматического опережающего сбалансированого деления и автоматики управления режимом работы автономной системы энергоснабжения с внешней электрической сетью. Ниже основные доводы и выводы из него.

В настоящее время уже не требует доказательств целесообразность развития малой генерации в России как дополнение существующей централизованной энергетики. Особое место с учетом климатических особенностей страны занимает синхронная топливная когенерация, совмещающая производство тепловой и электрической энергии. Обладая высоким кпд, быстрыми сроками ввода и работая на различных топливных ресурсах, она позволяет решать задачи осуществления энергоснабжения на территориях, экономически невыгодных для традиционного централизованного энергоснабжения, утилизировать производственные и бытовые отходы, снижать потери и устранять локальные дефициты мощности в электрических сетях, обеспечивать энергоснабжение объектов газо и нефтопроводов и многие другие. Развитие малой генерации способно остановить и рост тарифов, создавая конкуренцию не только генерации, но и электрическим сетям.

Работа малой генерации в текущей модели функцонирования электроэнергетики не позволяет добиться максимальной экономической эффективности использования установленных мощностей, а ее включение в существующие централизованные сети, наряду с организационно-правовыми препятствиями, сдерживается отсутствием малозатратных технических решений по обеспечению безопасной работы.

Риски электрических сетей и энергоблоков малой генерации при параллельной работе связаны с:
- многократным ростом отключаемых токов КЗ в сети малой генерации,
- вероятности возникновения ударных динамических моментов на валах синхронных машин объектов малой генерации, способных вызвать их разрушение,
- невозможности обеспечить динамическую устойчивость их параллельной работы с сетью ввиду малой инерционности роторов машин,
- несогласованности работы РЗА электрических сетей и объектов малой генерации.

Основным направлением развиия электроэнергетики должно быть обеспечение свободного присоединения малой генерации к электрическим сетям, переходом от централизованного диспетчирования на атоматическое управление на основе качественно новой системы управления,которая позволяет участвовать в регулировании режима и работе рынка электроэнергетики на недискриминационных условиях.

Предложения и результаты исследования по обеспечению безопасной параллельной работы автономной системы энергоснабжения с централизованной сетью с помощью специальной режимной и противоаварийной автоматики, использующей опережающее сбалансированное деление сети как основное противоаварийное управление подготовлены коллективом авторов на онове исследования энергоснабжения жилмассива г. Новосибирска на базе когенерационной электростанции (ТЭС), функционирующей в островном режиме.

Недостатки работы объекта генерации в островном режиме.

Цели, предпосылки и условия объединение на параллельную работу
Целями объединение на параллельную работу автономной системы энергоснабжения и централизованной электрической сети является обеспечение надежного электроснабжения потребителей, а также повышение экономической эффективности ТЭС за счет выравнивания нагрузки и выдачи избытков мощности во внешнюю сеть.
Положительные эффекты от объединения для внешней электрической сети:
- Снижение потерь за счет разгрузки сети.
- Стабильное напряжение на шинах ПС присоединения за счет регуляторов напряжения ТЭС (нет необходимости в работе РПН).
- Возможность использования оперативного резерва мощности ТЭС на ПС присоединения (перевод на питание от ТЭС до 6 МВт нагрузки ПС присоединения).
Негативные последствия при постоянстве режима параллельной работы:
- Увеличение токов КЗ на ПС присоединения – до 20%, в сети 10 кВ ТЭС до 4-х кратного.
- Влияние токов подпитки от ТЭС на чувствительность ДЗ ЛЭП 110 кВ, питающих ПС присоединения.
- Риск возникновения недопустимых асинхронного режима, ударных моментов на валах энергоблоков ТЭС, отключения энергоблоков по параметрам обратной последовательности и обратной мощности.
- Риск возникновения уравнительных перетоков мощности при шунтировании шин ПС присоединения схемой электрической сети ТЭС.

Способ параллельной работы малой генерации в распределительной электрической сети

Способ направлен на ограничение токов КЗ, предотвращение нарушений устойчивости параллельной работы с возникновением асинхронных режимов, исключение ударных моментов на валах синхронных машин, исключения необходимости согласования защит внешней сети с защитами и автоматикой присоединяемой сети с ТЭС.

Идея способа – опережающее сбалансированное деление (ОСД3) системы по связям с внешней сетью при нарушениях нормального режима с переходом в островной режим работы с последующим автоматическим восстановлением синхронизма и нормального режима с требуемой загрузкой оборудования.

Описание. Способ описан на принципиальной схеме, соответствующей присоединению полустанции ТЭС к одной из шин 10 кВ ПС примыкания.

Система на основе МГ с собственной островной нагрузкой работает синхронно с электрической сетью в одном из трех режимов:
1) Режим с выдачей значимой мощности во внешнюю сеть (Рвыд = Рзад).
В этом режиме один из генераторов ТЭС (или несколько генераторов) несет нагрузку равную выдаваемой во внешнюю сеть мощность. Это условие поддерживается режимной автоматикой в нормальных условиях работы системы.
При возникновении внешнего или внутреннего для сети ТЭС КЗ, по факту снижения напряжения (например, на РП) или появления напряжения обратной последовательности, опережающим образом (менее уставок срабатывания защит внешней сети (за время до 0.1 с)) отключаются выключатели сечения S1 и генератора (выключатели генераторов группы А), обеспечивающих выдачу мощности во внешнюю сеть.
Если КЗ было внешним, то при таком делении сохранился баланс мощности в отделившемся острове и его работоспособность при переходе оставшихся генераторов в режим регулирования частоты.
Во внешней сети после деления восстановливаются условия работы РЗА, соответствующие отсутствию параллельной работы, поэтому не требуется согласование работы защит острова и внешней сети.
Если КЗ было внутренним с нарушением баланса после его отключения, то в отделившемся острове после восстановления напряжения автоматика действует на предотвращение нарушения недопустимого снижения или повышения частоты путем отключения части нагрузки, включения дополнительной нагрузки, изменения выдаваемой генераторами мощности. Этим обеспечивается сохранение работоспособности отделившейся части.
Восстановление системы (параллельной работы) осуществляется автоматически путем точной синхронизации при восстановлении нормальных условий (по напряжению и частоте с обеих сторон выключателя сечения для деления).
2) Режим без выдачи значимой мощности во внешнюю сеть (Рвыд = 0).
Режим является частным случаем первого. Отключения генераторов не требуется.
3) Режим потребления значимой мощности из внешней сети (Рвыд = -Рзад)
Если в исходном режиме сеть ТЭС была дефицитной (Рвыд = - Рзад), то деление будет происходить по сечению S2 с ликвидацией основного дефицита мощности отделившегося района путем отнесения части нагрузки (нагрузки РП) к внешней сети.

Таким образом, быстродействующее опережающее деление (деление до срабатывания РЗ и выключателей внешней сети) по фиксированным сечениям позволяет:
- полностью восстановить условия работы РЗ внешней сети после деления, соответствующие отсутствию подключения к сети ТЭС, т.е. исключить необходимость изменения РЗА внешней сети,
- сохранить неизменными отключаемые выключателями токи КЗ (кроме двух выключателей в сечении S1 и S2),
- радикальным образом предотвратить возможность нарушения устойчивости параллельной работы генераторов ТЭС с сетью,
- исключить возникновение на валах синхронных машин разрушительных динамических моментов из-за больших электромагнитных моментов, возникающих при восстановлении напряжения в сети после отключения кз с учетом выбега роторов генераторов.
Данный предложенный способ предлагается использовать для осуществления безопасной параллельной работы автономной системы энергоснабжения с централизованной электрической сетью.

Параллельная работа автономной системы с опережающим делением систем устраняет основную причину неустойчивой работы ТЭС, а именно, отключение энергоблоков защитной автоматикой при существенных по продолжительности набросах, сбросах мощности (около 100 кВт на каждый 2-х мегаватный блок). Такие набросы, сбросы возникают как в нормальных эксплуатационных режимах, так и при затяжных коротких замыканиях в сети, т.е. возникают достаточно часто, что и является основной причиной отключения энергоблоков и нарушения энергоснабжения в режиме автономной работы.
При параллельной работе набросы, сбросы мощности в эксплуатационных режимах распределяются между внешней ЭС и ТЭС, причем большую часть берет на себя ЭС, что исключает неустойчивую работу энергоблоков в нормальных эксплуатационных режимах, а сбалансированное деление – угрозы возникновения асинхронных режимов, недопустимых динамических моментов на валах СГ при коротких замыканиях во внешней сети.
Качество напряжения при присоединении регулируемой малой генерации повышается, как в части стабильности напряжения, так и в части его симметрии и синусоидальности. В режиме параллельной работы генераторы ТЭС поддерживают стабильное желаемое напряжение как на своих шинах, так и на шинах ПС присоединения, т.к. они оснащены регуляторами напряжения.

Применяется для снижения токов КЗ, когда термическая и динамическая стойкость выключателя при сквозных токах КЗ превышает номинальные параметры.

Согласно п.14 РД 34.20.175 [1] является временным мероприятим до осуществления других реконструктивных работ постоянного характера. При улучшении характеристик ОДС (в частности, при уменьшении времени разомкнутого состояния выключателя, осуществляющего ОДС, малом несоответствии отключающей способности выключателей и условий отключения КЗ, небольших темпах роста уровня тока КЗ в сети) опережающее деление сети может быть постоянным мероприятием.

Устройство подключается на трансформаторы тока в цепи выключателя, который не соответствует требуемым параметрам. В случае, если таких выключателей много, и подключение к трансформаторам тока каждого из них нецелесообразно, то используется подключение к трансформаторам тока в цепях наиболее сильных источников тока - шиносоединительный, секционный или выключатели автотрансформатора.

Перечисленные выключатели по тем же причинам наиболее часто выбираются в качестве объекта воздействия.

При превышении уставки срабатывания в период между возникновением и отключением короткого замыкания автоматически отключается один или несколько заранее выбранных выключателей с целью уменьшения тока короткого замыкания, а после отключения поврежденного присоединения указанные выключатели автоматически включаются. Это позволяет уменьшить ток короткого замыкания, отключаемый выключателем поврежденной цепи, при сохранении преимуществ работы замкнутой сети в нормальном режиме.

Время разомкнутого состояния выключателя, осуществляющего опережающее деление сети, должно быть скоординировано с работой АПВ поврежденного присоединения. Оно должно превышать сумму времени бестоковой паузы АПВ присоединения, времени отключения выключателя (на случай неуспешного АПВ) и времени второй бестоковой паузы при двукратном АПВ.

Чтобы уменьшить время разомкнутого состояния выключателя ОДС следует АПВ, ставящее линию под напряжение, осуществлять на той подстанции, где нет опережающего деления сети. Если опережающее деление сети предусмотрено на подстанциях по обоим концам линии, то для уменьшения времени разомкнутого состояния выключателя, осуществляющего опережающее деление, может быть применена схема автоматики, при которой выбирается место первого включения линии при АПВ.

Если $ I_ \le I_ \le 2I_ $ , то

Если $ I_ \ge 2I_ $ , то

$ I_ $ - ток срабатывания АОДС

$ I_ $ - номинальный ток отключения выключателя, гарантируемый поставщиком или организацией, проводившей его модернизацию или испытания

$ I_ $ - максимальный ток КЗ

$ I_ $ - максимальный ток нагрузки в режимах, не требующих деления сети (максимальный ток с учётом допустимой перегрузки и в режиме качаний)

$ K $ - коэффициент запаса, учитывающий погрешности трансформаторов тока и релейной защиты (1,2-1,5)

При измерении тока косвенным способом уставку необходимо пропорционально уменьшить в соответствии с токораспределением при КЗ

Использование: в электротехнике, в автоматике опережающего деления сети. Сущность: определяют соотношение полной мощности подстанции к мощности основных источников, сумма токов которых с учетом указанного соотношения вызывает срабатывание быстродействующего реле на деление сети до отключения тока КЗ повредившегося присоединения подстанции. Технический результат: наиболее просто обеспечивается достаточно точное избирательное опережающее деление сети при недопустимых тока короткого замыкания для выключателей подстанции. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам для автоматического опережающего деления сети при уровнях токов короткого замыкания (КЗ), превышающих допустимый для выключателей присоединений подстанции.

Известны устройства опережающего деления сети при недопустимых уровнях токов КЗ на присоединениях за счет включения специальных быстродействующих реле на каждом присоединении, где токи КЗ могут превышать допустимые значения разрывной способности выключателя. Реагирующее реле воздействует на опережающее отключение выключателей деления сети для ограничения тока отключения выключателя присоединения с КЗ на нем.

Непосредственный замер тока КЗ от трансформаторов тока присоединения вызывает их насыщение, из-за чего возможны задержки действия автоматики или отказы ее работы, при этом необходимо большое число сложных быстродействующих реле, имеющих отстройку от переходных процессов в трансформаторах тока.

Известны информационно-измерительные системы контроля и фиксации превышения максимальной совмещаемой мощности электроустановки на основе сложения составляющих контролируемых присоединений, обеспечивающие необходимые параметры замера энергии и мощности с высокой степенью точности в заданный интервал времени с соответствующим действием устройств автоматики (см. например, Зыкин Ф. А. , Каханович В. С. "Измерение и учет электрической энергии", Энергоиздат, М. , 1982 г. с. 76-101).

Информационно-измерительная система наряду с контролем потребления и мощности позволяет точно определить максимально возможную мощность электроустановки в целом, но не обладает требуемым быстродействием для возможности использования ее в устройствах автоматики опережающего деления сети при уровне токов КЗ, превышающем допустимое значение разрывной способности выключателя присоединения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для опережающего деления сети при КЗ на основе включения быстродействующего реле на сумму токов генерирующих источников питания, по которой определяется ток на поврежденном присоединении.

Для точности определения максимального тока КЗ устройство требует суммирования всех источников питания, что существенно усложняет его исполнение, а при подключении к сумматору только части основных источников питания существенно нарушается точность определения тока КЗ, что вызывает излишние или отказы действия автоматики опережающего деления при изменении режима работы сети по сравнению с расчетными условиями настройки уставки реле контроля тока КЗ.

Цель изобретения - повышение точности действия автоматики при простоте исполнения для ее надежности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для опережающего деления сети, содержащее трансформаторы напряжения сборных шин подстанции, трансформаторы тока и счетчики энергии каждого присоединения в качестве первичных датчиков информационно-измерительной системы, сумматор токов основных источников питания, быстродействующее реле отключения выключателя деления сети, дополнительно снабжено пропорциональным усилителем сумматора токов основных источников питания подстанции, органом сравнения, первый вход которого подключен к первому выходу информационно-измерительной системы с информацией о суммарной мощности всех источников, второй вход подключен ко второму выходу этой же системы с информацией о суммарной мощности основных источников питания подстанции, выход органа сравнения с информацией о соотношении мощности на его входах включен в цепь управления пропорционального усилителя сумматора токов основных источников питания подстанции, выход которого подключен к входу быстродействующего реле отключения выключателя деления сети.

На чертеже представлена структурная схема устройства для опережающего деления сети.

Устройство для опережающего деления сети содержит информационно-измерительную систему 1, входы которой подключены к выходам электросчетчиков 2 присоединений подстанции, включенных через измерительные трансформаторы тока 3 и трансформаторы напряжения 4 к первичным цепям подстанции с выключателями 5.

Первый выход с информацией суммарной мощности всех источников и второй выход информационно-измерительной системы 1 с информацией о суммарной мощности основных источников питания подстанции включены к соответствующим входам блока сравнения 6, выход которого с информацией соотношения всех и основных источников, включен в цепь управления пропорционального усилителя 7, вход которого подключен к выходу сумматора 8 токов основных источников питания, а выход - к быстродействующему реле 9 отключения выключателя 5 деления шин подстанции.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы подстанции информационно-измерительная система 1 суммирует показатели работы электросчетчиков 2 от питающих их токов трансформаторов тока 3 и трансформаторов напряжения 4, причем на первый вход блока сравнения 6 поступают данные всех источников питания, а на второй вход - тех источников, трансформаторы тока 3 которых питают током сумматор 8, который преобразует в результирующий ток основной цепи пропорционального усилителя 7, который усиливает ток выхода в реле 9 от сумматора 8 пропорционально величине управляющего тока блока 6. Следовательно, ток в реле 9 зависит от величины управляющего тока усилителя 7, который определяется соотношением токов выхода информационно-измерительной системы 1, пропорциональных мощности всех источников и мощности тех источников, сумма токов которых питает быстродействующее реле 9, которое срабатывает при условии, если I I, где I_осн - сумма токов основных источников; P_общ - сумма общей мощности подстанции; Р_осн - сумма мощности основных источников; I_воткл - допустимый ток отключения выключателя.

Величина этих токов в нормальном режиме и при удаленных КЗ не достаточна для срабатывания реле 9 с учетом их усиления током, пропорциональному соотношению всей мощности к мощности источников питания реле 9.

При уровне тока КЗ, превышающего допустимый для выключателя 5, реле 9 срабатывает и действует на деление сети раньше, чем отключается выключатель с недопустимым для него уровнем тока КЗ.

При КЗ на одном из основных источников питания подстанции ток через его выключатель 5 меньше предельно допустимого за счет отсутствия тока этого источника, поэтому включение реле 9 от сумматора 8 только основных источников предотвращает работу автоматики деления при отсутствии надобности ее действия.

При КЗ на одном из присоединений с возможным источником с другой стороны линии сохраняется работоспособность схемы устройства деления, т. к. суммарная величина тока почти не отличается от тока присоединения без источника питания.

При КЗ на сборных шинах подстанций от суммирования токов основных источников питания происходит срабатывание устройства деления, которое способствует более быстрому выделению поврежденной секции.

Уровень тока КЗ определяется с учетом величины суммы токов основных источников питания по отношению к общей мощности всех источников питания подстанции за счет замера мощности всех источников и основных источников информационно-измерительной системы 1, определения их соотношения блоком сравнения 6 и управления пропорциональным током усилителя 7 в цепи питания быстродействующего реле 9 от сумматора 8 основных источников подстанции. При суммировании токов источников составляющая общего тока КЗ каждого из них не имеет высокой кратности к номиналу и не вызывает насыщения трансформаторов тока, поэтому допускается применение простого быстродействующего реле по сравнению с аналогом, а по сравнению с прототипом осуществляется более точное избирательное действие при этой же простоте измерительных органов за счет ввода соотношения мощности всех источников и сумы основных источников подстанции.

В результате без непосредственного суммирования токов всех присоединений определяется величина тока их суммы и обеспечивается действие устройства деления при КЗ на не основных источниках питания подстанции. Взаимосвязь инерционной системы замера мощности всех источников с быстродействующим реле суммы токов основных источников позволяет обеспечить необходимую избирательность и быстроту работы устройства деления при минимуме затрат на его реализацию на основе использования имеющейся информационно-измерительной системы подстанции. (56) Куцовский С. М. , Королев Е. П. Реле тока для автоматики опережающего деления сети, ж. Электрические станции N 1, 1979, с. 49-53.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПЕРЕЖАЮЩЕГО ДЕЛЕНИЯ СЕТИ, содержащее трансформаторы напряжения сборных шин подстанции, трансформаторы тока и счетчики энергии каждого присоединения в качестве первичных датчиков информационно-измерительной системы, сумматор токов основных источников питания, быстродействующее реле отключения выключателя деления сети, отличающееся тем, что дополнительно снабжено усилителем сумматора токов основных источников питания подстанции, органов сравнения, первый вход которого подключен к первому выходу информационно-измерительной системы с информацией суммарной мощности всех источников, второй вход подключен к второму выходу этой же системы с информацией о суммарной мощности основных источников питания подстанции, выход органа сравнения с информацией о соотношении мощностей на его входах включен в цепь управления пропорционального усилителя сумматора токов основных источников питания подстанции, выход которого подключен к входу быстродействующего реле отключения выключателя деления сети.

В данной статье представлены предложения и результаты исследования по обеспечению безопасной параллельной работы автономной системы энергоснабжения с централизованной сетью с помощью специальной режимной и противоаварийной автоматики, использующей опережающее сбалансированное деление сети как основное противоаварийное управление.

Fishov A. G. Dr. habil. of technical sciences, professor, head of the department of automated electric power systems, Novosibirsk state technical university, city of Novosibirsk

Keywords: small distributed generation, synchronous regime, parallel operation, regime and antifault control, electric network

This paper presents the proposal and results of research to ensure the safe parallel operation of the Autonomous power supply system with a centralized network with a special regime and emergency control using anticipatory balanced division of the network as the primary emergency management.

В настоящее время уже не требует доказательств целесообразность развития распределенной малой генерации в России как дополнение существующей централизованной энергетики. Особое место с учетом климатических особенностей страны занимает синхронная топливная когенерация, совмещающая производство тепловой и электрической энергии. Обладая высоким коэффициентом полезного действия, быстрыми сроками ввода и работая на различных топливных ресурсах, она позволяет решать задачи осуществления энергоснабжения на территориях, экономически невыгодных для традиционного централизованного энергоснабжения, утилизировать производственные и бытовые отходы, снижать потери и устранять локальные дефициты мощности в электрических сетях, обеспечивать энергоснабжение объектов газо- и нефтепроводов и многие другие.

Следует также отметить, что развитие малой генерации (МГ) способно остановить и рост тарифов, создавая конкуренцию не только генерации, но и электрическим сетям. Электростанции на базе современных газопоршневых, газотурбинных и паровых установок малой мощности являются доступными и доказали уже свою эффективность.

Работа МГ в автономных системах энергоснабжения, как правило, не позволяет добиться требуемой надежности энергоснабжения, качества электроэнергии, экономической эффективности использования установленных мощностей, а ее включение в существующие централизованные сети, наряду с организационно-правовыми препятствиями, сдерживается отсутствием малозатратных технических решений по обеспечению безопасной работы [1].

Риски электрических сетей и энергоблоков МГ при параллельной работе связаны с:

• многократным ростом отключаемых токов короткого замыкания (КЗ) в сети малой генерации,

• вероятностью возникновения ударных динамических моментов на валах синхронных машин объектов малой генерации, способных вызвать их разрушение,

• невозможностью обеспечить динамическую устойчивость их параллельной работы с сетью ввиду малой инерционности роторов машин,

Фишов А.Г., Марченко А.И., Автоматика опережающего деления в схемах присоединения малой генерации к электрической сети . Оперативное управление в электроэнергетике: подготовка персонала и поддержание его квалификации №5 2017. 2017;5.

Читайте также: