Принцип выполнения устройств автоматической ликвидации асинхронного режима

В энергосистемах применяется большое количество различных устройств автоматической ликвидации асинхронного режима, отличающихся способом выявления асинхронного режима и параметрами, на которых они реагируют.

В соответствии с характерными признаками асинхронного режима, применяются устройства, реагирующие на изменение тока, активной мощности в линии электропередачи, напряжения на шинах подстанции, сопротивления на зажимах реле сопротивления. Часто применяются комбинированные устройства, с помощью которых осуществляется контроль изменения не одного, а нескольких режимных параметров. К устройствам, выявляющим асинхронный режим, предъявляются следующие основные требования: селективность, чувствительность к асинхронному режиму, быстрота срабатывания, способность определения знака скольжения.

На рис. 5.1 показана структурная схема устройства АЛАР. Устройство имеет трехступенчатое исполнение. Первая ступень (I) выявляет асинхронный режим на первом его цикле, вторая ступень (II) действует по истечении двух-четырех циклов асинхронного режима, третья ступень (III) действует с дополнительной выдержкой времени t₂, после срабатывания второй ступени. Асинхронный режим выявляется путем фиксирования изменения сопротивления на зажимах реле сопротивления, а также знака мощности электропередачи в этом режиме. Для этой цели в устройстве используется комплект реле сопротивления, содержащий три направленных реле сопротивления KZ1-KZ3. Для фиксирования изменения знака мощности используется максимальное реле мощности KW1.

Рис. 5.1 Структурная схема устройства автоматической ликвидации асинхронного режима

KZ1-KZ3 – минимальные реле устройства сопротивления; KW1 – максимальное реле мощности; t₁, t₂ – элементы выдержки времени; Запрет – логический элемент, в котором сквозной сигнал блокируется сигналом со знаком минус; И – логический элемент; n_ц – счетчик циклов; Т_S > T_кр – элемент контроля периода асинхронного режима Т_S, срабатывающий в условии, что значение T_S превышает критическое значение Т_кр; I.У, I.T, II.T, IIIУ, III – выходные цепи трех ступеней устройства с фиксацией ускорения (У) или торможения (Т) генераторов энергосистемы.

Первая ступень устройства. Необходимость действия устройства на первом цикле возникает при нарушении устойчивости, которое сопровождается глубоким снижением напряжения, грозящим серьезным расстройством потребителей или дополнительным выходом из синхронизма генераторов в другом узле энергосистемы. Принцип действия первой ступени устройства, выявляющей асинхронный режим на первом цикле, основан на изменении скорости изменения сопротивления на зажимах реле сопротивления. Эта скорость фиксируется с помощью двух реле сопротивления KZ1 и KZ2, имеющих различные характеристики срабатывания. При нарушении синхронизма годограф сопротивления на зажимах реле сопротивления Z_р последовательно входит сначала в зону срабатывания чувствительного реле сопротивления KZ1, а затем грубого реле KZ2 (рис. 5.2). При срабатывании KZ1 пускается элемент времени t₁, имеющий выдержку времени 0,1-0,2 с. Дальнейшее изменение Z_р приводит к срабатыванию реле KZ2 и появлению логического сигнала на выходе первого элемента И. Чтобы этот сигнал не исчезал вследствие срабатывания элемента Запрет, предусмотрено удерживание сигнала с помощью обратной связи, соединяющий вход элемента И с входом элемента t₁. Поочередное срабатывание двух реле сопротивления означает, что происходит процесс снижения сопротивления при коротких замыканиях или неисправности в измерительных цепях напряжения. Однако поочередное срабатывание двух реле сопротивления недостаточно для селективного определения нарушения синхронизма, это срабатывание может иметь место при синхронных качаниях. Вторым условием срабатывания первой ступени устройства является прохождение угла между векторами ЭДС двух частей энергосистемы через критическое значение. Сигнал о прохождении угла через критическое значение поступает от выявительного органа второй ступени устройства на выходы элементов И первой ступени, причем этот сигнал существует в одном из двух видов в зависимости от того, ускоряются (I.У) или тормозят (I.Т) генераторы той части энергосистемы, в которой установлено устройство.

Рис. 5.2 Характеристики срабатывания реле сопротивления

При коротком замыкании, сопровождающемся срабатыванием реле KZ1 и KZ2, элемент времени t₁ не успевает сработать, так как реле KZ2 с помощью элемента Запрет снимает сигнал с его входа, в результате сигнал на выходе устройства не создается.

Следует отметить, что первая ступень устройства может отказать в действии при быстром выпадении генераторов из синхронизма, когда реле KZ2 срабатывает раньше, чем элемент t₁. В этом случае асинхронный режим должен быть прекращен действием второй ступени устройства.

Вторая ступень устройства. Во второй ступени устройства используется комбинированный выявительный орган, реагирующий на изменение сопротивления на зажимах реле сопротивления и знака мощности электропередачи. Характеристика срабатывания реле мощности KW1 выбирается такой, чтобы переориентация реле KW1 происходила при максимальном значении критического угла , что свидетельствует о нарушении синхронизма. Для того чтобы отличить переориентацию реле KW1 при от переориентации при , осуществляется контроль положения реле сопротивления: при реле сопротивления KZ1 и KZ3 должны находиться в положении срабатывания, а при - в положении возврата. Таким образом, сочетанием поведения реле мощности и реле сопротивления можно проконтролировать изменение угла в цикле асинхронного режима и переход его за критическое значение.

Выходное реле выявительного органа KL3 управляет работой счетчика циклов (СЦ) асинхронного режима n_ц. По истечении двух-четырех циклов производится контроль положения ЭЦК. Если ЭЦК располагается в контролируемом сечении энергосистемы, то срабатывают реле сопротивления, фиксирующие ЭЦК. В результате с помощью счетчика циклов, реле фиксации ЭЦК и реле фиксации ускорения или торможения генераторов формируются выходные сигналы второй ступени устройства II.У и II.Т. По цепям II.У и II.Т производится действие, направленное на ресинхронизацию, или, если ресинхронизация недопустима, на разделение энергосистемы на несинхронно работающие части. В последнем случае допустимо не фиксировать знак скольжения.

В процессе работы счетчика циклов осуществляется контроль длительности каждого цикла. Если длительность цикла превышает некоторое критическое значение, при котором наступает ресинхронизация, устройство блокируется: производится сброс счетчика циклов и отключение выявительного органа.

Третья ступень устройства применяется в том случае, если первая или вторая ступени действует на ресинхронизацию. В этих условиях третья ступень резервирует действие первых двух. Если в результате управляющих воздействий, направленных на ресинхронизацию, асинхронный режим не ликвидирован, третья ступень устройства с выдержкой времени t₂ действует на разделение энергосистемы на несинхронно работающие части. Выдержка времени t₂ должна превышать возможную продолжительность ресинхронизации и должна быть меньше допустимой продолжительности асинхронного режима. Обычно эта выдержка времени составляет приблизительно 10-20 с. Наличие асинхронного режима по истечении выдержки времени t₂ проверяется по факту повторного срабатывания второй ступени устройства со счетчиком циклов.