Устройство для автоматического ограничения повышения частоты в энергосистеме

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОГРАНИЧЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЧАСТОТЫ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ, содержащее измерительные органы частоты и мсхцности, .выдаваемой узлом энергосистемы в исходном режиме, подключенные к входу сумматора, выход которого подклкгчен к входу реагврукицего органа, отличающееся тем, что, с целБю повшиения точности дозировки управляющих воздействий, оно дополнителЕ но содержит измерительный орган скорости изменения частоты, блок, фикCI рующий включенное состояние генераторов , блок произведения, реагирукяцие органы, элементы выдержки времени , элементы запрета и логичес-. . кие элементы И, причем выход измерительного органа скорости изменения частоты подключен к одному из входов блока произведения/ на второй вход которого подключен выход блока, фиксирующего включенное состояние генераторов, а выход блока произведения подключен к цепям, каждая из которых состоит из последовательно соединенных: реагирующего § органа, элемента выдержки времени, элемента запрета и логического элемента И, на второй вход которого подключен выход реагирующего органа частоты и мощности, а-выход элемента И подключен к исполнительньтл органам, при этом количество этих цепей определяется требуемой точностью дозировки управляющих воздействий . Ю Ш СО ю iOi - ЕН10СЬ-Эз

у(д) Н 02 J 3/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. ОТКРЫТИЙ

Olla CAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОР КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вий. Я

Ж

4Ф

Ю (21) 3331926/24»07 (22) 04 09е81 (46) 15.07.83, Бюл. 9 26 (72) Б.A.Áeðãåð и Л.Н.Чекаловед (71) . Ордена Октябрьской Революции всесоюзный государственный проектно- изыскательский и научно-исследова-. тельский институт энергетических сис-, тем и электрических сетей "Энергосетьироект" (53 ) 621 ° 316. 925 (088. 8) (56) 1. Беркович.М.А., Семенов В.А.

Основы автоматики энергосистем.

М g вЭнергияи, 1968, с. 432.

2. Авторское свидетельство СССР

9 525200, кл. Н 02 4 3/24gi97j6; (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО Д Я АВТОМАТНЧЕСКОГО ОГРАНИЧЕНИЯ GOBbRlEHHH ЧАСТОТЫ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ, содержащее измерительные органы частоты и мощности,,выдаваемой узлом энергосистемы в исходном режиме, подключенные к входу сумматора, выход которого подключен .к входу реагирующего органа, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности дозировки управляющих воздействий, оно дополнитель= но содержит измерительный орган скорости изменения частоты, блок, фикси рующий включенное состояние генераторов, блок произведения, реагирующие органы, элементы выдержки времени, элементы запрета и логичес-. кие элементы И, причем выход измЕрительного органа скорости изменения частоты подключен к одному из входов блока произведения, на второй вход которого подключен выход блока, фиксирующего включенное состояние генераторов, .а выход блока произведения подключен к цепям, каждая из которых состоит из последовательно соединенных: реагирующего g органа, элемента выдержки времени, элемента запрета и логического элемента И, на второй вход которого подключен выход реагирующего органа частоты и мощности, а.выход элемента И подключен к исполнительньм органам, при этом количество этих цепей определяется требуемой точностью дозировки управляющих воздейст1029325 ющего воздействия. Ступени управления выбираются исходя из предварительных расчетов для возможного соче-. тания аварийных схем примерна такими, чтобы оставшийся небаланс мощности выходился в допустимом с точки зрения отклонения частоты диапазоне (2).

Недостатком данного устройства является неточность дозировки управJ0 ляющих воздействий, так как в допус.тимом диапазоне частот более двух ступеней организовать практически невозможно, а при многообразии аварийных ситуаций, как правило, этого не>остаточно. Кроме того, возможно неселективное действие устройства в режимах асинхронного хода.

Дозировка автоматики осложнена тем, что автаматика ограничения частоты предназначена для работы при тяжелых нерасчетных повреждениях, т.е. в условиях, когда невозможно заранее в исходном режиме, как это делается для основных устройств противоаварийной автоматики, рассчитать требуемую дозировку воздействия. Недостаточное уменьшение генерирующей мощности при действии автоматики приводит к повышению частоты выше допустимых значений. Избыточная разгруз30 ка может привести к снижению частоты и к последующему действию устройств автоматической частотной разгрузки (йЧР,), что в условиях первоначального избытка мощности недопустимо.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к противоаварийной автоматике энергосистем и предназначено для защиты от опасного повышения частоты тепловых турбин и оборудования собственных нужд электростанций при возникновении аварийного избытка активной мощности в энергосистеме.

Известны устройства противоаварийной автоматики, установленные на существующих объектах, которые действуют по факту повышения частоты до уставок срабатывания пусковых органов на отключение части генерирующей мощности, в основном гидрогенератором, так как обычно, к моменту срабатывания пусковых органов тепловые агрегаты, имеющие относительно быстродействующую систему регулирования, успевают сбросить свою мощность (1).

Однако у этих устройств недостаточная селективность их действия в режимах синхронных качаний, а также неточность в определении дозировки управляющих воздействий.

Ч ???

Известно устройство для автоматического ограничения повышения частоты АОЧ> в энергосистеме, позволяющее увеличить селективность в режимах синхронных качаний и содержащее органы, измеряющие частоту и мощность выдаваемую узлом энергосистемы в исходном режиме, йде расположено устройство, сумматор, входы которого подключены к выходам указанных измерительных органов, а его выход подключен к входу реагирующего органа, выход которого воздействует на исполнительные органы, осуществляющие отключение части генерирующей мощности или изменение схемы энергосистемы, приводящее к выделению значительной части аварийного избытка мощности с узлами энергосистемы, допускающими большее:повышение частоты, например гидростанции, некото.рые потребители нагрузки и т.д. При этом в устройстве в темпе процесса, по мере увеличения частоты, происходит наращивание ступеней управля35 .Из этого вытекает два основных требования к устройствам дозировки: разгрузка станции должна быть достаточной для ограничения повышения частоты на допустимом уровне, разгрузка стайции не должна приводить М снижению чЫтоты, при которой срабатывают устройства АЧР.

2. устройство по п. 1, о т л ич ающее с я тем, что, сцелью улучшения селективности действия в режимах асинхронного хода, сопровождающихся изменением знака скорости изменения частоты, оно. дополнительно содержит пороговый элемент, элемент памяти и элемент выдержки времени, причем вход порогового элемента подключен к выходу измерительного органа скорости изменения частоты, а выход подключен к входам элемента памяти и элемента выдержки времени, выход которого включен на второй вход элемента памяти, выход которого подключен к вторым входам элементов запре-: та.

Для дозировки автоматики целесо45 образно испольэовать параметр, характеризующий интенсивность аварийного возмущения. В качестве такого параметра предлагается использовать ,скорость изменения частоты.

1029325

Целесообразность использования скорости изменения частоты заключается в том, что она в каждый текущий момент времени пропорциональна, величине избытка мощности, что следует из уравнения движения, которое можно записать в следующем виде

Т; а S

ps а г о ф !О где d S д скорость изменения час д 2

Гц/c

Т, — постоянная инерции энергосистемы, с, Р— базисная мощность,йвт, 15 i номинальное значение час0

Гц j

Р,г з — величина избытка мощности, ИВт;

Пренебрегая постоянной инерции 20 двигательной нагрузки, можно записать

Т

Т Г Ргном+Т т Ттном (e) Гном Ртисом ог

Р а

30

ГНОМ ТНОМ1

Получим

Цель изобретения — повышение точности дозировки управляющих воздействий и улучшение селективности действия устройства в режимах асинхронного хода.

Эта цель достигается тем, что в устройство для автоматического ограничения повышения частоты э энергосистеме, содержащее измерительные органы частоты и мощности, выдаваемой узлом энергосистемы в исходном режиме, подключенные к входу сумматора, выход которого подключен к входу реагирующего органа, дополнительно введены измерительный орган скорости изменения частоты, блок, фиксирующий включенное состояние генераторов, блок произведения, реагирующие органы, элементы выдержки времени, элементы запрета и логические элементы И, причем выход измерительного органа скорости изменения час" тоты подключен к одному из входов блока произведения, на второй вход которого подключен выход блока, фиксирующего включенное состояние генераторов, а выход блока произведе60 где T — постоянная инерции гидрогенераторов, Т вЂ” то.же, турбогенераторов,"

P - номинальное значение ак т тивной мощности вращающихся гидрогенераторов, Р „ „- то же турбогенераторо.в . Прийимая

9„ = — (Т 9 „ Р

Р ) (3) о

Отсутствие информации î T не позволяет точно рассчитать дозировку 40 автоматики. Дозировать можно по изiвестной величине Т", которую можно получить на месте установки устройства — на ГЭС путем фиксации числа работающих генераторов и минимально- 45 му возможному количеству работающих турбогенераторов.

Решая уравнение (3) относительно параметра фиксируемого реагирующими органами, получим 50

Ъзб о Т Я +т. р

)г гНом

Установки срабатывания ступеней органов дозировки, реагирующих на скорость изменения частоты, рассчиты- 55 ваются на заранее заданные величины Ри1, соответствующие величинам воздействий по выражению у . ъад о

Т Р

Г НОм )TM>H ТмнН где P - номинальная активная мощность гидрогенератора, К вЂ” число роботающих гЕнераторов, заданная расчетная ступень воздействия;

Р мин1

Р . - минимальные значения этих т МИН параметров.

Устройства АОЧ, которые установлены на действующих объектах, по прин-; ципу действия не исключают воэможности их cðàáàòûâàíèÿ в режимах асинхронного хода (АХ). Жестких требований к отстройке АОЧ от действия в режи- ме АХ не предъявляется в предположении, что отключение генераторов от АОЧ способствует последующей ресинхрониэации станции. С другой стороны, действие устройства АОЧ не согласовываются с действием устройств АПАХ, также иногда предусматривающими отключение генераторов при необходимости ресинхронизации. С этой точки зрения в некоторых случаях может оказаться желательной отстройка действия устройства АОЧ от режимов AX. Задача эта достаточно трудна и в многообразии режимов АХ полностью не решена.

Отстраивать устройство АОЧ от режимов AX следует на первом полуцикле, когда могут появиться условия для срабатывания устройства. Анализ переходных процессов .с нарушением устойчивости показывает, что параметры, которые используются в устройстве АОЧ, не позволяют в некоторых режимах отстроить его действие. Отстройка возможна в тех случаях, кЬгда нарушение устойчивости сопровождается изменени-. ем знака скорости изменения частоты путем блокировки устройства по факту изменения знака скорости изменения частоты.

1029325 ния подключен к цепям, каждая из которых состоит из последовательно соединенных: реагирующего органа, элемента выдержки времени, элемента ° запрета и логического элемента И, на второй вход которого включен выход реагирующего органа частоты и мощности, а выход элемента И подключен к исполнительным органам, при этом количество этих цепей определяется требуемой точностью дозировки управляющих воздействий.

С целью обеспечения улучшения селективности действия устройства в режимах асинхронного хода, сопровождающихся изменением знака скорости t5 изменения частоты,.устройство допол« нительно содержит пороговый элемент, элемент памяти и элемент выдержки времени, причем вход порогового элемента подключен к выходу измерительного органа скорости изменения частоты, а выход подключен к входам элемента памяти и элемента выдержки времени, выход которого включен на второй вход элемента памяти, выход которого подключен к вторым входам элементов запрета.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит измерительный орган 1 частоты, измерительный орган 2 мощности, выдаваемой узлом энергосистемы в исходном режиме (выполненный, например, с помощью датчика мощности и операционного усилителя, работающего в режйме инер- 35 ционного звена), выходы которых подключены к входу сумматора. -3, выпол-. ненного, например, с помощью операционного усилителя, выход которого подключен к входу реагирующего эле- 4р мента 4, выход которого подключен к одному из входов логического элемента И 5, измерительный орган 6 . скорости изменения, частоты, выход которого подключен к одному из вхо- 45 дов блока 8 произведения, на второй вход которого подключен. выход блока, фиксирующего включенное состояние генераторов 7.

Выход блока 8 произведения подключен к цепям, каждая из которых состоит из последовательно соединен ных: реагирующего органа 9, элемен-. та 10 выдержки времени, элемента 11 запрета и логического элемента И 5. Ю

Количество этих цепей определяется . требуемой точностью дозировки управляющих воздействий.

Выход измерительного органа 6 скорости изменения частоты подключен 60 к входу порогового эле;лента 12, выход которого подключен к входам элемента 13 памяти и элемента 14 выдержки времени. Выход элемента 14 выдержки вре"лени подключен к второ- 65 му входу элемента 13 памяти, выход которого подключен к вторым входам элементов 11 запрета.

Появление аварийного избытка активной мощности приводит к повышению частоты в энергосистеме и соответственно увеличивается напряжение иа выходе измерительного органа 1 ча тоты, которое подается на один из входов сумматора 3, на второй вход которого подается напряжение с выхода измерительного органа 2 мощности, выдаваемой узлом энергосистемы в исходном режиме, а выход сумматора 3 подключен к входу реагирующего органа 4.

Если сумма входных сигналов превышает заданную,, реагирующий орган 4 срабатывает, r.сдавая сигнал на один из вХодов логического элемента И 5 °

В процессе повиаения частоты на выходе измерительного органа F скорости изменения частоты появляется напряжение, пропорциональное скорости изменения частоты, которое подается .на один.из входов блока 8 произведения, на второй вход которого подключен выход блока, фиксирующего включенное состояние генераторов 7.

Сигнал на выходе блокч 8,произведения, пропорциональный произведению скорости .изменения частоты на число включенных генераторов, кетовое, в свою очередь пропорционально величине избытка мощности в энергосистеме, подается .на вход реагирующего органа 9, который срабатывает, если сигнал íà его входе превышает заданную установку срабатывания. Сигнал срабатывания реагирующего органа 9 через заданную выдержку времени элемента 10 времени и элемент 11 запрета при -отсутствии на его втором входе сигнала поступа-.ет на второй вход логического элемента И 5. При наличии сигналов на обоих входах логического элемента И 5 появляется сигнал на его входе, который воздейс"вует на исполнительные органы, осуществляющие отключение заданного числа генераторов. Отстройка устройства,от режимов асинхронного хода, сопровождающегося изменением .знака скорости изменения частоты, обеспечивается блокировкой устройства за счет срабатывания порогового элемента 12, на вход которого поступает напряжение с измерительного органа б скорости изменения частоты. Изменение, знака скорости изменения частоты приводит к из ленению знака напряжения на выходе измерительного органа б скорости изменения частоты, что приводит .к. срабатыванию порогового элемента 12.

;Срабатывание порогового элемента 12 запоминается на элементе 13 памяти ,на заданное время, определяемое

1:029325

Составитель K.Cîòèíà

Техред A.Бабинец Корректор O.Нилак

Редактор И.Касарда

Заказ 4995/54 Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 элементом 14 выдержки времени, достаточное для отстройки устройства.

Во время затянутого короткого замыкания изменение частоты и ее скорости могут быть достаточными для срабатывания устройства г в целом.

Отстройка устройства в этих режимах .осуществляется путем задержки сигнала о срабатывании реагирующего органа 9, которая выполняется элементом 10 выдержки времени и должна быть р достаточной для отключения короткого замыкания.

При больших возмущениях возможно одновременное срабатывание реагирующих органов 9, число которых опреде- 15 ляется требуемой точностью дозировки управляющих воздействий. Поскольку управляющие воздействия, которые могут осуществляться этими реле, отличаются только интенсивностью, выпол- 2р няться должно воздействие большей величины.

Для автоматического ограничения частоты используются устройства, выполненные несколькими ступенями, отключающими гидрогенераторы-по мере увеличения частоты. Низкие установки автоматов безопасности современных тепловых турбин заставляют выполнять первые ступени устройств, действующими при незначительном повьыении частоты. Но даже и при этом условии не удается организовать больше двухтрех ступеней разгрузки. Поэтому точность дозировки устройств, предотвращающих опасное повышение частоты, невелика.

Предлагаемое устройство обладает повышенной точностью. Кроме того., оно позволяет исключить ложное отключение генераторов от первой ступени.

На случай потери генерирующей мощности в энергосистеме нужно иметь горячий резерв.