Глава 16

16.3. Использование устройств релейной защиты и автоматики

Устройства релейной защиты и автоматики позволяют весьма эффективно влиять на устойчивость путем изменения режимов СЭС.

Уменьшение времени отключения КЗ. Сокращение времени отключения КЗ приводит к уменьшению площади ускорения Fу и увеличению площади возможного торможения FT (рис. 16.3, а). Поскольку ротор генератора при КЗ ускоряется весьма интенсивно (рис. 16.3, б), даже незначительное уменьшение времени отключения КЗ Δt приводит к существенному уменьшению угла отключения Δδ.

Рис.16.3. К рассмотрению влияния продолжительности КЗ на устойчивость СЭС

На рис. 16.4 изображена зависимость коэффициента запаса динамической устойчивости Кд от продолжительности. КЗ, из которой следует, что сокращение времени отключения КЗ является эффективным способом увеличения запаса динамической устойчивости.

Время отключения КЗ складывается из времени действия релейной защиты и времени срабатывания выключателя:

Применяемые воздушные выключатели имеют собственное время срабатывания с. Для работы релейной защиты требуется с. Общее время отключения с. В перспективе возможно сокращение времени отключения КЗ до 0,05-0,08 с.

Рис. 16.4. Зависимость коэффициента запаса динамической устойчивости СЭС от продолжительности КЗ

Автоматическое повторное включение. Преобладающая часть аварийных отключений ВЛ является следствием неустойчивых повреждений, которые самоустраняются после снятия напряжения путем отключения линии. Обычно подобные нарушения нормального режима работы СЭС возникают при появлении дуги в результате грозовых перенапряжений, набросах на провода, перекрытии изоляции и по другим причинам.

Таблица 16.1. Характеристика АПВ электропередачи

Вид АПВ | Напряжение ЛЭП,кВ | Успешность действия АПВ,%
Однократное Двукратное Однократное Двукратное | 2-10 2-10 110-330 110-330 | 53,5 56,2 75 77-80

Рис. 16.5. Влияние АПВ на динамическую устойчивость СЭС

Из опыта эксплуатации известно, что более 50 % всех КЗ прекращаются после временного отключения электропередачи. После повторной подачи напряжения путем АПВ на ЛЭП, в которой произошло неустойчивое повреждение, нормальный режим ее работы восстанавливается. В тех случаях, когда повторное включение оказывается неуспешным, ЛЭП вновь отключается. Успешность действия устройств АПВ характеризуется статистическими данными, приведенными в табл. 16.1.

Автоматическое повторное включение электропередачи позволяет быстро ликвидировать аварию и восстановить нормальную работу СЭС не только после самоустраняющихся повреждений, но и при ложном срабатывании средств релейной защиты, самопроизвольном отключении выключателей или ошибочных действиях персонала.

Успешное АПВ увеличивает площадь возможного торможения FТ, (рис. 16.5), что способствует сохранению динамической устойчивости СЭС.

На рис. 16.6 изображены схемы электропередачи в режимах, которые соответствуют различным угловым характеристикам мощности, показанным на рис. 16.5.

Рис. 16.6. Схемы электропередачи, соответствующие нормальному (а), аварийному (б), послеаварийному (в) режимам и режиму работы после успешного АПВ (г)

Номинальный режим, угловая характеристика мощности которого соответствует кривой I, характеризуется параметрами

При аварийном режиме (кривая II)

В послеаварийном режиме (кривая III)

В режиме, соответствующем успешному АПВ, кривая IV совпадает с кривой I и характеризуется параметрами

Опыт эксплуатации устройств АПВ показывает, что повторное включение является одним из эффективных средств повышения устойчивости СЭС Успешное действие устройств АПВ на одиночных питающих ЛЭП позволяет быстро ликвидировать перерывы в электроснабжении и предотвратить полное нарушение электроснабжения, а значит, и технологического процесса на производстве.

Эффективность применения АПВ также высока на ЛЭП с двусторонним питанием, в особенности на мощных межсистемных связях, отключение которых может привести к серьезной аварии в СЭС. Поэтому согласно Правилам устройства электроустановок применение АПВ является обязательным для ЛЭП всех напряжений выше 1 кВ.

Необходимо отметить, что самоустраняющиеся повреждения, помимо ЛЭП, часто происходят на сборных шинах электростанций и подстанций, на трансформаторах и электрических аппаратах. В связи с этим широкое распространение получили также устройства АПВ шин трансформаторов, успешность действия которых составляет 60-75 %.

Регулирование напряжения в узловых точках СЗС. В сложных разветвленных сетях СЭС имеется большое количество узлов электрических нагрузок, связанных различными ЛЭП. Поэтому на уровень напряжения у потребителя, подключенного к какой-либо точке распределительной сети, можно воздействовать, изменяя следующие параметры СЭС:

напряжения центров питания ЭЭС и узловых точек питающих сетей;

коэффициенты трансформации между питающими и распределительными сетями;

потери напряжения, зависящие от схем и параметров СЭС, нагрузок, мест подключения и режимов работы ИРМ.

От значения напряжения зависят срок службы изоляции электрооборудования, расход электрической энергии, запас устойчивости узлов нагрузки и устойчивости СЭС в целом, С целью поддержания напряжения в допустимых пределах применяют следующие способы регулирования напряжения в распределительных сетях:

встречное регулирование напряжения на шинах электростанций и центров питания ЭЭС (регулирование с отрицательным статизмом по определяющим нагрузкам);

изменение коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов;

регулирование мощности компенсирующих устройств, включенных в точках, где регулируется напряжение (синхронные компенсаторы и двигатели, управляемые батареи статических конденсаторов);

изменение реактивности управляемых реакторов;

применение более быстродействующих по сравнению с синхронными компенсаторами ИРМ с плавным регулированием.

Наибольший эффект от регулирования напряжения достигается при использовании автоматических устройств местного регулирования или систем централизованного контроля и управления а применением вычислительной техники. Целесообразно также использование систем совместного регулирования напряжения и перетоков реактивной мощности. Регулятор напряжения и реактивной мощности должен обеспечивать регулирование напряжения на шинах подстанций и загрузку трансформатора реактивной мощностью в заданных пределах для создания необходимого запаса устойчивости и высокого к. п. д. ЛЭП.