ПРАВИЛА
застосування системної протиаварійної автоматики запобігання та ліквідації небезпечного зниження або підвищення частоти в енергосистемах
VI. Автоматичне частотне розвантаження
6.1. Загальні вимоги до автоматичного частотного розвантаження:
6.1.1. АЧР призначене для запобігання небезпечному зниженню частоти в разі виникнення дефіциту активної потужності в ОЕС України або її окремій частині шляхом вимкнення частини навантаження споживачів:
невеликими чергами (обсягами) при відносно повільному зниженні (сповзанні) частоти (не більше 1,7 Гц/с; швидкість зниження частоти потребує уточнення з урахуванням пункту 9.1 розділу ІХ цих Правил) для припинення її зниження. Повільне зниження частоти найбільш характерне для паралельної роботи ОЕС України із суміжними енергосистемами або у разі незначних аварійних дефіцитах потужності;
у разі швидкого зниження частоти (понад 1,7 Гц/с; швидкість зниження частоти потребує уточнення з урахуванням пункту 9.1 розділу ІХ цих Правил) чергами (обсягами) відповідно до аварійного дефіциту потужності, що виник (швидкості зниження частоти). Як правило, значна швидкість зниження частоти більш характерна для автономної роботи ОЕС України або її окремої частини при виникненні аварійного дефіциту потужності;
невеликими чергами (обсягами) для підвищення частоти після закінчення процесу її зниження.
6.1.2. АЧР має децентралізовану структуру і виконується у вигляді сукупності окремих автономних пристроїв, які діють на вимкнення заданих приєднань на електростанціях, а також на ПС електроенергетичних систем, електропередавальних компаній і споживачів. Пристрої АЧР, як правило, необхідно розташовувати на об'єктах електроенергетичних систем чи енергопередавальних компаній.
6.1.3. Під час визначення обсягу навантаження, яке повинне вимикатися дією АЧР, необхідно розглядати найбільш важкі за значенням дефіциту потужності реально можливі аварійні режими в нормальних і ремонтних схемах та інші можливі варіанти виникнення значного аварійного дефіциту активної потужності, починаючи з локальних аварій і закінчуючи загальносистемними аваріями в ОЕС України з урахуванням того, що одні й ті ж самі пристрої АЧР повинні запобігати небезпечному зниженню частоти як під час локальних, так і під час системних аварій.
Вибір можливого значення аварійного дефіциту потужності треба виконувати для всіх найбільш характерних і важких, з огляду на баланс і ремонтні схеми, режимів роботи енергосистеми: вечірнього та ранкового максимумів, нічного і денного мінімумів, для робочих, вихідних і святкових днів у різні періоди року, включаючи період водопілля.
Під час визначення обсягу навантаження, яке вимикається дією АЧР, як правило, слід виходити з можливості:
вимкнення усіх живильних ліній споживача або дефіцитного району;
вимкнення потужності найбільшого блока або двох блоків електростанції, якщо вони працюють на шини електростанції через загальний вимикач;
виникнення асинхронного ходу по окремому перетину і, як наслідок, - розвиток аварії з вимкненням частини потужності, що генерується;
вимкнення потужності окремих блоків та електростанцій у дефіцитній частині ОЕС України з подальшим вимкненням «слабких» зв'язків в окремих перетинах унаслідок збільшення потужності, що передається через перетин, понад межу його стійкості;
повного відділення ОЕС України від суміжних енергосистем або поділу її на частини з вимкненням міжсистемних (магістральних) зв'язків у разі порушення їх стійкості внаслідок виникнення значних аварійних дефіцитів активної потужності (наприклад, у разі знеструмлення (посадки на «0») найбільшої електростанції або розвантаження енергоблоків АЕС відповідно до технологічного регламенту при зниженні частоти нижче ніж 49,0 Гц);
виникнення не передбаченого у розрахунках аварійного дефіциту активної потужності, що перевищує розрахунковий дефіцит (наприклад, у разі розвитку каскадної аварії);
зниження потужності навантаження, заведеного на вимкнення від пристроїв АЧР, у вихідні та святкові дні, а також у період його нічного провалу.
Обсяг споживання, заведений під всі черги АЧР, повинен уточнюватися під час виконання конкретних розрахунків і становити:
для гостродефіцитних районів - не менше ніж 70 % від споживання з переважним заведенням навантаження верхніх черг під АЧР-1Ш;
у цілому по ОЕС України - не менше ніж 60 % від споживання.
6.1.4. Пристрої АЧР необхідно розташовувати так, щоб можна було ліквідувати дефіцит потужності у всіх можливих аварійних режимах (від місцевих до загальносистемних). Визначення місця розташування пристроїв АЧР доцільно починати з аналізу місцевих аварій, переходячи до аналізу більш загальних аварій (енергорайон, більш великий енергорайон, енергосистема, енергосистема з енергорайонами інших прилеглих енергосистем тощо).
6.1.5. Потужність споживачів, які вимикаються пристроями АЧР, та їх розміщення повинні бути такими, щоб у процесі їхньої роботи не порушувалася стійкість міжсистемних зв'язків та виключалась можливість виникнення лавиноподібного падіння напруги та частоти за усіх реально можливих випадків аварійного дефіциту потужності. Якщо вибране за умовами ліквідації місцевих аварій АЧР за своїм обсягом виключає можливість виникнення лавиноподібного падіння напруги та частоти і правильно діє під час загальносистемного дефіциту потужності (тобто бере участь у відновлюванні частоти і не порушує своєю дією стійкість енергосистеми), то будь-яких його змін не потрібно. Якщо ж внаслідок його дії може порушитися стійкість при загальному зниженні частоти, то необхідно розглянути можливість запобігання такому розвитку аварії шляхом перерозподілу потужності, яка вимикається пристроями АЧР, або коригування їх уставок спрацювання.
6.1.6. Для безпечної експлуатації енергоблоків АЕС і ТЕС пристрої АЧР треба налаштовувати відповідно до пункту 4.5 розділу IV цих Правил з таким розрахунком, щоб навіть короткочасне зниження частоти нижче ніж 46 Гц було цілком унеможливленим; тривалість роботи з частотою, нижчою ніж 47 Гц, не досягала 10 секунд; з частотою, нижчою ніж 48 Гц, - не досягала 1 хвилини; а з частотою, нижчою ніж 49 Гц, - не досягала 5 хвилин.
6.2. Для зазначених нижче категорій АЧР необхідно дотримуватися таких вимог до уставок черг і обсягів навантаження:
6.2.1. АЧР-1 - швидкодійна категорія пристроїв АЧР, яка, маючи різні уставки за частотою або за частотою та швидкістю її зниження, повинна автоматично адаптуватися до аварійного дефіциту потужності в різних режимах роботи ОЕС України або окремої її частини (паралельно чи автономно із сусідніми енергосистемами) і ліквідувати процес аварійного зниження частоти.
6.2.2. Залежно від швидкості зниження частоти, яка характеризує відносне значення аварійного дефіциту потужності та режим роботи ОЕС України, мають спрацьовувати відповідні черги АЧР-1:
а) за швидкості аварійного зниження частоти до 1,7 Гц/с (швидкість зниження частоти потребує уточнення з урахуванням пункту 9.1 розділу ІХ цих Правил), яка характерна для паралельної роботи ОЕС України із суміжними енергосистемами незалежно від значення виниклого аварійного дефіциту або для режиму автономної роботи ОЕС України чи окремої її частини в разі виникнення аварійного дефіциту потужності не більше 30 % від споживання:
САЧР з мінімальною витримкою часу при f = 49,2 Гц призначена для попередження зниження частоти до уставок спрацювання АЧР-2 (наприклад, якщо за повільного зниження (сповзання) частоти не вдається реалізувати оперативні обмеження і вимкнення споживачів для її утримання);
ЗАЧР з мінімальною витримкою часу при f = 49,1 Гц призначена для запобігання спрацюванню технологічних захистів блоків АЕС у разі небезпечного зниження частоти (нижче ніж 49 Гц);
основні черги АЧР-1 з мінімальною витримкою часу при f від 48,8 Гц до 47,2 Гц призначені для припинення процесу зниження частоти;
б) для ліквідації тяжких аварій, які супроводжуються великою швидкістю зниження частоти (понад 1,7 Гц/с; швидкість зниження частоти потребує уточнення з урахуванням пункту 9.1 розділу ІХ цих Правил), що може бути характерним для аварійного дефіциту потужності значенням понад 30 % від споживання в разі:
аварійного відділення від ОЕС України окремих дефіцитних вузлів або енергорайонів;
виникнення вкрай малоймовірного, як для ОЕС України, аварійного дефіциту потужності понад 6000 МВт з наступним відділенням ОЕС України від суміжних енергосистем на автономну роботу.
Пристрої АЧР-1 необхідно доповнювати другим пуском за швидкістю зниження частоти (АЧР-1Ш), використовуючи для цього пристрої, які мають канали вимірювання частоти і швидкості її зниження.
6.2.3. АЧР-2н - повільнодійна категорія, не суміщена з АЧР-1, призначена для підвищення частоти після дії черг АЧР-1 у разі зависання частоти на неприпустимо низькому рівні.
6.2.4. АЧР-2с - суміщена повільнодійна категорія, яка доповнює АЧР-1 окремим пуском, призначена для ліквідації зниження частоти за відносно повільного аварійного збільшення дефіциту потужності (сповзання частоти), а також для підвищення частоти в разі недостатньої ефективності дії АЧР-2н. АЧР-2с має чотири високі уставки за частотою і уставки за часом із значеннями, більшими ніж значення уставки за часом АЧР-2н.
Суміщення дії пристроїв АЧР-1 і АЧР-2с для одних і тих самих приєднань споживачів, за якого пристрої АЧР-1 доповнюються другим пуском від пристроїв АЧР-2с, виконують для підвищення ефективності та гнучкості частотного розвантаження.
6.2.5. Під час суміщення дії пристроїв АЧР-1 і АЧР-2с на вимкнення одних і тих самих приєднань споживачів пуск від пристроїв АЧР-2с необхідно, у першу чергу, виконувати на приєднання споживачів, підключених до пристроїв АЧР-1 з більш високими уставками за частотою та більш низькими за швидкістю її зниження (менш відповідальні споживачі). Черги АЧР-1 з більш низькими уставками за частотою та більш високими за швидкістю її зниження (більш відповідальні споживачі) суміщуються з чергами АЧР-2, які мають більш низькі уставки за частотою і більш високі уставки за часом.
6.2.6. Суміщення дії пристроїв АЧР-1 і АЧР-2с дає можливість краще використовувати обсяги розвантаження і забезпечувати задану послідовність дії черг за миттєвого виникнення дефіциту активної потужності та відносно повільного його наростання під час аварії (каскадний розвиток аварії, зниження потужності електростанцій, які прийняли в початковий період додаткове навантаження, аварійне 10 %-ве розвантаження АЕС у разі зниження частоти нижче ніж 49 Гц тощо).
6.2.7. Розподіл навантаження за чергами і налаштування уставок спрацювання пристроїв АЧР-1 і АЧР-2 мають забезпечувати розвантаження споживачів, погоджене з процесом зміни частоти в межах частотно-часової характеристики, безпечної для обладнання електростанцій і споживачів. У міру зниження частоти та/або підвищення швидкості її зниження повинні спрацьовувати пристрої АЧР-1 з дедалі вищими уставками за швидкістю зміни частоти та відповідно нижчими уставками за частотою, для відновлення частоти - пристрої АЧР-2н, в окремих режимах АЧР-2с - з дедалі вищими уставками за часом. Це дає змогу виконувати самоналагоджувальну систему АЧР, яка забезпечує вимкнення приєднань споживачів, сумарна потужність яких у більшості випадків буде відповідати виниклому дефіциту, що особливо важливо в умовах імовірнісного характеру виникнення дефіциту потужності.
6.2.8. Обсяг (потужність) навантаження, що підключається до АЧР, необхідно вибирати за умови ліквідації розрахункових дефіцитів активної потужності (підпункт 6.1.3 цього розділу) з деяким запасом, необхідність якого зумовлено:
можливістю виникнення аварійного дефіциту активної потужності, що перевищує розрахунковий дефіцит (наприклад, у разі розвитку каскадної аварії);
можливістю зниження навантаження у вихідні та святкові дні, а також у період нічного його спаду тощо.
6.2.9. Потужність приєднань споживачів РАЧР-1, які підключаються до пристроїв АЧР-1 у кожному енергорайоні, енергосистемі, групі енергосистем чи ОЕС України, з урахуванням запасів потужності має відповідати співвідношенню (1):
|
де |
ΔРГ |
- |
розрахунковий аварійний дефіцит потужності, яка генерується (тут і далі - всі значення подано у відносних одиницях, причому за базисну потужність прийнято потужність навантаження енергорайону, енергосистеми чи ОЕС України у початковому режимі до виникнення дефіциту потужності). При цьому обертовий резерв первинного регулювання належить до запасу потужності і не враховується. |
6.2.10. Обсяг навантаження, яке підключається до САЧР, має становити не менше ніж 5 % від споживання енергосистеми і не повинен використовуватися для графіків вимкнень, дії засобів ПА та суміщення з АЧР-2. Не допускається вимикати електроустановки споживачів від САЧР більше ніж на 2 год.
6.2.11. Обсяг навантаження, яке підключається до ЗАЧР, має становити не менше ніж 5 % від споживання енергосистеми і не повинен суміщатися з АЧР-2, але може використовуватися для графіків вимкнень і дії засобів ПА.
6.2.12. Обсяг навантаження, яке підключається до АЧР-2н, має становити не менше ніж 10 % від споживання енергосистеми.
6.2.13. Сумарна потужність навантаження, яке підключається до пристроїв АЧР (АЧР-1 і АЧР-2н), з урахуванням запасів потужності має бути не меншою ніж:
Потужність навантаження, підключена до АЧР-2с і АЧР-1Ш, не повинна враховуватися в сумарній потужності АЧР, оскільки їх дію виконують додатковим пуском на вимкнення навантаження споживачів, підключених до АЧР-1. Необхідність створення запасу потужності в обсязі АЧР зумовлюється, по-перше, тим, що значення дефіциту активної потужності, який виникає, залежить від багатьох факторів, що мають імовірнісний характер (ніколи не виключено такий розвиток аварії, за якого дефіцит активної потужності може перевищувати максимальний розрахунковий), по-друге, вимогами успішної ліквідації аварій з дефіцитом активної потужності в режимах вихідних, святкових днів, нічних годин тощо.
6.2.14. За наявності в енергосистемі ГЕС, оснащених автоматикою мобілізації резерву потужності (АЧП гідрогенераторів), час фактичної мобілізації цього резерву враховують під час вибору уставок за часом АЧР-2.
6.2.15. Уся потужність навантаження, підключеного до АЧР-2с, повинна бути розділеною на кілька частин (наприклад, 20 і 20, 30 і 30 відсотків загального обсягу) за уставками частоти. Загальний відсоток суміщення АЧР-2с має бути не меншим ніж 75 % загального обсягу АЧР-1:
6.2.16. Слід прагнути здійснювати найбільш гнучке розвантаження, виходячи з якомога більшого наближення потужності приєднань споживачів, які фактично вимикаються в кожному випадку, до реально можливих значень дефіциту потужності. Для цього необхідно, за можливості, більш рівномірно розподіляти за чергами потужність навантаження, що приєднується до пристроїв АЧР-1, АЧР-2, а також до ЧАПВ, і мати якомога більшу кількість рівномірно розподілених відповідно за частотою і за часом черг із мінімальними інтервалами між ними. Мінімальні інтервали для АЧР-1, за можливості, мають бути такими, що дорівнюють значенню 0,1 Гц, для АЧР-2 - 3 с, а для ЧАПВ - 5 с. Треба мати на увазі, якщо до перших черг пристроїв АЧР приєднувати навантаження підприємств з однозмінним режимом роботи і спільними вихідними днями, то це призведе до відсутності таких черг розвантаження у вечірні та нічні години, а також у вихідні дні.
6.2.17. Необхідні обсяги розвантаження мають бути забезпеченими також у разі, коли значну частку навантаження становлять відповідальні споживачі.
6.2.18. Під час експлуатації за рахунок розкиду уставок реле допускається неселективна робота суміжних черг, а також неселективна дія окремих пристроїв АЧР-2 у разі відносно повільного зниження частоти з наближенням до верхньої уставки АЧР-2.
6.2.19. Для всіх енергосистем, що входять в ОЕС України, рішенням ДП «НЕК «Укренерго» встановлюються спільні граничні умови дії пристроїв АЧР і ЧАПВ згідно з додатком, коли:
АЧР-2н має уставку з частоти 49,1 Гц та витримку часу в діапазоні від 5 с до 20 с з інтервалом 3 с між чергами (шість черг);
АЧР-2с має діапазон уставок за частотою від 49 Гц до 48,7 Гц з інтервалом 0,1 Гц між чергами (чотири черги);
верхня межа уставок за частотою пристроїв основної черги АЧР-1 на 0,2-0,3 Гц нижча ніж відповідна верхня межа уставок пристроїв АЧР-2;
нижня межа уставок за частотою пристроїв основної черги АЧР-1 не нижча ніж 47,2 Гц;
уставка пристроїв САЧР - 49,2 Гц;
уставка пристроїв ЗАЧР - 49,1 Гц;
уставка за часом пристроїв АЧР-1, у тому числі САЧР та ЗАЧР, - мінімальна (за умовами запобігання неселективній роботі реле частоти);
уставка за часом пристроїв АЧР-2с - від 21 с до 60 с, а в умовах можливої мобілізації потужності ГЕС - до 90 с;
уставки за часом пристроїв АЧР-2с необхідно встановлювати зростаючими від пристроїв з більш високими уставками за частотою до пристроїв з більш низькими уставками за частотою;
межі уставок за частотою пристроїв ЧАПВ - від 49,5 Гц до 49,98 Гц з витримкою часу від 5 с до 90 с (кінцева уставка за часом пристроїв ЧАПВ залежно від конкретних умов може бути різною (не регламентується).
6.2.20. Для запобігання помилковій роботі пристроїв АЧР у разі короткочасного зниження частоти з уставками від 47,5 Гц до 49,0 Гц достатня витримка часу становить від 0,2 с до 0,3 с, а в більшості випадків - від 0,1 с до 0,15 с. Помилкові дії черг з уставками за частотою, нижчою ніж 47,5 Гц при короткочасній зміні частоти, - практично неможливі.
6.2.21. Прискорення дії пристроїв АЧР-1 істотно знижує імовірність глибокого тривалого зниження частоти, тому необхідно прагнути до скорочення витримок часу черг пристроїв АЧР-1. При цьому АЧР-1 не повинні спрацьовувати під час динамічних (короткочасних) відхилень частоти, що виникають під час значних небалансів потужності і автоматично усуваються за рахунок саморегулюючого ефекту навантаження електричних двигунів.
Для запобігання помилковій роботі пристроїв усіх черг АЧР-1 (включно з АЧР-1Ш) під час динамічних (короткочасних) відхилень частоти уставки їх спрацювання за часом повинні бути більшими від часу існування динамічних відхилень (Тспр = 0,15 с).
6.2.22. Слід прагнути до збільшення числа черг і пристроїв розвантаження (АЧР з уставками по рівню частоти) та зменшення значення потужності розвантаження, що припадає на кожну чергу (за таких умов ступені між чергами розвантаження можуть бути мінімальними). Чим більше число черг і, отже, менший обсяг навантаження, яке відключається кожною чергою, тим більш гнучкою стає вся система розвантаження при повільному зниженні (сповзанні) частоти.
6.2.23. Енергосистеми, що входять в ОЕС України (чи вузли енергосистеми), можуть мати неоднакову кількість черг АЧР. Погодженість їхньої дії забезпечується однаковими граничними межами уставок і рівномірним розподілом за потужністю і уставками в цих межах. Допускається істотне відхилення від рівномірного розподілу потужності за чергами, якщо це потрібно для запобігання перевантаженням «слабких» зв'язків і для урахування різної відповідальності споживачів в енергосистемах (вузлах). Але при цьому все одно треба забезпечувати ефективну дію пристроїв АЧР за будь-яких можливих варіантів виникнення дефіциту потужності.
6.2.24. У разі відхилення від рівномірного розподілу потужності бажано збільшувати обсяг АЧР в області більш високих частот. При цьому для окремих енергосистем і енергорайонів необхідно перевіряти значення потужності електроустановок споживачів, підключених до перших черг АЧР-1, за умови запобігання (при спрацьовуванні цих черг) підвищенню частоти вище уставок спрацьовування пристроїв ЧАПВ. Це необхідно також враховувати і в разі укрупнення черг АЧР-2.
6.2.25. Відмова в роботі пристроїв АЧР і АВВП при значному дефіциті потужності може викликатися перш за все недоліками існуючих на окремих ПС індукційних реле частоти, зокрема під час одночасного зниження контрольованої ними напруги в перехідному процесі зниження частоти.
Необхідним заходом підвищення ефективності АОЗЧ є повна заміна існуючих індукційних реле частоти на уніфіковані мікропроцесорні, які мають канали вимірювання частоти і швидкості її зниження і дають можливість організувати декілька незалежних черг вимкнення споживачів.
6.3. У разі короткочасного зниження частоти необхідно дотримуватися таких вимог до АЧР:
6.3.1. АЧР не повинне спрацьовувати в разі короткочасного зниження частоти при:
КЗ поблизу шин вузла, на якому встановлене АЧР;
КЗ на зв’язках поблизу шин вузла з відмовою вимикача і роботою ПРВВ;
КЗ на зв’язках поблизу шин вузла з порушенням його стійкості (виникненні асинхронного режиму);
короткочасних перервах електропостачання навантаження вузла під час дії пристроїв АПВ і АВР на відповідних приєднаннях;
вмиканні потужних електродвигунів (потужністю, не меншою ніж 20 % сумарного навантаження вузла).
6.3.2. Для запобігання вимкненню електроустановок споживачів дією пристроїв АЧР у разі короткочасного зниження частоти слід застосовувати:
блокування, які забороняють дію пристроїв АЧР у разі припинення живлення (наприклад, зникнення струму чи потужності в живильних лініях або трансформаторах);
пристрої АЧР з витримкою часу, більшою за час існування короткочасного зниження частоти, який визначають у кожному конкретному випадку окремо.
Крім цього, для зменшення тривалості перерви живлення електроустановок споживачів дією АЧР необхідно:
установлювати пристрої АЧР з пристроями ЧАПВ;
зменшувати час дії пристроїв АПВ та АВР для споживачів першої категорії.