Як відомо з курсу ТОЕ, в нормальному стабільному режимі сумарна потужність виробляється усіма генераторами електричної системою повинна бути точно рівна сумарній потужності всіх електроприймачів підключеної до системи в даний момент. В цьому випадку, швидкість обертання генераторів системи (а всі вони обертаються синхронно), а отже, і частота в електросистемі, повинна залишатися незмінною і рівної номінальної - 50 Гц (в США, Японії і низці інших країн 60 Гц).
Будь-яке порушення балансу між вироблюваної і споживаної потужності викликає зміна швидкості обертання генераторів т. Е. Частоти в системі.
При аварійному відключенні одного (декількох) генераторів або підключенні потужних навантажень в системі виникає дефіцит активної потужності. Електричне навантаження (їх віддають струм) на які у роботі генератори зростає. При цьому турбіни цих генераторів починають гальмуватися, що призводить до зниження частоти в системі.
Автоматичні регулятори частоти (АРЧ) збільшують подачу пара в турбіни (або води в гідротурбіни) і їх обороти (потужність) збільшуються, відповідно збільшується до номінальної і частота напруги виробляється справними генераторами.
Таке підтримку частоти можливо тільки при наявності резерву активної потужності в генераторах, тобто, якщо генератори до розглянутого моменту були частково не догружен. Якщо ж все резерви по потужності будуть вичерпані, системі не вдається відновити частоту.
При відключенні потужних навантажень, з системі з'являється надлишкова генерується потужність, т. К. Потужність виробляється турбінами генераторів в перший момент залишається незмінною, що призводить до підвищення їх оборотів і, відповідно, частоти в системі. При цьому вступають в дію регулятори швидкості парових турбін, які дещо зменшують подачу пара (в гідравлічних турбінах - подачу води) знижуючи тим самим виробляється генератором потужність до досягнення нового балансу потужності в системі.
Регулятори швидкості обертання парових турбін працюють досить швидко, тому скидання навантаження проводить до незначного зростання частоти і швидкому її відновленню до номінального значення. У гідравлічних турбінах регулятори діють повільніше і у них швидкість обертання (частота) може підвищитися до 120 - 140%.
19) Вплив відхилення частоти на роботу електроприймачів, вимоги нормативних документів до відхилень частоти.
Вплив відхилення частоти на роботу електроприймачів і електросистеми
Незначітельниесніженія частоти (на кілька десятих герца) не становить серйозної проблеми для електросистеми, але таке зниження частоти не сприятливо відбивається на роботі споживачів. Зі зниженням частоти знижується швидкість обертання електродвигунів (особливо асинхронних) і, відповідно, продуктивність наведених ними в рух механізмів.
На окремих підприємствах відхилення частоти від номінальної може привести до порушення технології виробництва, зниження частоти на 3 - 5% порушує роботу радіообладнання і ряду автоматичних пристроїв управління. При зниженні частоти різко зростає реактивна потужність трансформаторів і обертових машин, що знижує економічність роботи електричних мереж.
Вкрай негативно впливає зниження частоти на роботу теплових електростанцій. Так, наприклад зниження частоти на 3 - 5 Гц спричиняє зменшення на 20 - 40% подачу води в конденсатор циркуляційними насосами. Це веде до зменшення располагаемой потужності (потужності яку може генерувати) станції, що в свою чергу веде до подальшого падіння частоти в системі. Це небезпечне явище отримало назву «лавина частоти».
Вимоги нормативних документів до пристроїв АЧР
Згідно ПУЕ [11] пристрій автоматичного обмеження зниження частоти має виключити роботу електросистеми при частотах нижче 45 Гц, час роботи з частотою нижче 47 Гц не повинна перевищувати 20 с, а з частотою нижче 48,5 Гц - 60 с.
ГОСТ за якістю електроенергії [8] нормує такі відхилення частоти:
- нормально допустимі відхилення (в нормальному режимах роботи)
- максимально допустимі відхилення (в післяаварійний режимах)
Принцип дії АЧР
Аварійне зниження частоти, викликане раптовим значним дефіцитом активної потужності має швидкоплинний характер - кілька секунд. Тому парирувати це зниження може тільки автоматика. Спочатку, автоматика задіє всі резерви активної потужності в системі. Справні генератори системи беруть на себе максимум навантаження (з урахуванням допустимих короткочасних перевантажень).
Якщо після цих дій автоматики частота продовжує знижуватися (що свідчить про не усунення дефіциті активної потужності) залишається єдиний спосіб зрівняти величини генерується і споживаної потужностей - відключити частину найменш відповідальних електроприймачів.
Такі відключення здійснюються спеціальними пристроями електроавтоматики - автоматами частотного розвантаження - АЧР.
Пристрої АЧР, як правило, встановлюються на підстанціях електросистеми, допускається їх установка безпосередньо у споживачів, але під контролем електросистеми [8].
21) Ел.схема пристрої АЧР на електромеханічних реле, робота схеми.
На рис. 7.1 приведена схема пристрою АЧР на постійному оперативному струмі з використанням електромеханічних або електронних реле.
Основним елементом схеми є реле частоти KF (електромеханічне типу ИВЧ-3 індукційного принципу дії або електронне типу УРЧ-3М). Реле KF контролює частоту первинної мережі через вимірювальний трансформатор напруги TV. При зниженні частоти нижче уставки, реле KF замикаетсвой контакт в ланцюзі реле часу KT. Напруга постійного оперативного струму, що виробляється блоком живлення UGV (наприклад типу БПЗ-401), подається на обмотку реле часу KT (типу ЕВ-100 або ВЛ-68). Останнє, через задану витримку часу замкне свій контакт KT в ланцюзі обмоток вказівного реле KH (типу РУ-21) і проміжного реле KL (типу РП-23). Детальний опис названих реле наведено в лабораторній роботі 1 і 2.
Проміжне реле замикає свої контакти KL1 і KL2, посилаючи команди відключення на приводи вимикачів Q1 і Q2. Вимикачі спрацьовують, відключаючи приєднані через них електроприймачі. Замкнувшись контакти KL3 формують команду на заборону АПВ. Спрацювання вказівного реле KH сигналізує обслуговуючому персоналу про фактесрабативанія пристрої АЧР.