Рассмотрены основные вопросы внедрения, достоинства и недостатки применения мик-ропроцессорных систем автоматики ограничения снижения напряжения в системах электроснабжения Иркутской области в свете требований приказа №108 Минэнерго России от 28.02.2023 гРассмотрены основные вопросы внедрения, достоинства и недостатки применения мик-ропроцессорных систем автоматики ограничения снижения напряжения в системах электроснабжения Иркутской области в свете требований приказа №108 Минэнерго России от 28.02.2023 г
электроэнергетика, релейная защита, противоаварийная автоматика, переходный про-цесс в электрической сети, надёжность электроснабжения
Учитывая современное состояние и темпы развития электроэнергетики России правительство Российской Федерации приняло план дальнейшего развития (модернизации) электроэнергетики РФ, который изложен в приказе № 108 Минэнерго России от 28.02.2023 г. «Об утверждении схемы и программы развития электроэнергетических систем России на 2023–2028 годы». В нём говорится, что установленная мощность электростанций единой энергетической системы (ЕЭС) России на начало 2023 года составила 247,6 тыс. МВт [1]. Прогноз потребления электрической энергии и мощности в период с 2023 до 2028 годов по ЕЭС России должен вырасти на 85,8 млрд. кВт·ч [1]. Этот план разработан на основе сложившейся структуры потребления электрической энергии с учётом планов уже действующих крупных потребителей. В прогнозе потребления электрической энергии учтено свыше 1300 инвестиционных проектов. На территории Иркутской области в период с 2023 по 2028 годы должно быть реализовано до 89 проектов по строительству новых и модернизации действующих объектов электроэнергетического назначения. Одним из направлений модернизации электроэнергетических систем России является введение на подстанциях системы автоматического ограничения снижения напряжения (АОСН). Устройство АОСН: это микропроцессорное устройство противоаварийной автоматики, реализующее функцию АОСН, как выполненное в виде отдельного устройства противоаварийной автоматики, так и в виде микропроцессорного устройства релейной защиты и автоматики (РЗА), в котором реализована функция АОСН [2-3].
AOCH предназначена для предотвращения недопустимого по условиям устойчивости нагрузки и возникновения лавины снижения напряжения в узлах энергосистемы, нарушений технологических процессов на электростанциях и крупных промышленных предприятиях, прекращения электроснабжения потребителей. Устройства АОСН действуют на:
– увеличение генерации реактивной мощности (осуществляют форсировку и увеличивают уставки регуляторов возбуждения синхронных компенсаторов (СК), генераторов, форсировку конденсаторов и иных источников реактивной мощности (ИРМ);
– уменьшение потребления реактивной мощности (отключение шунтовых реакторов, отключение нагрузки (при наличии обоснований)). Допускается совмещение действия устройств АОСН и автомата ограничения снижения частоты (АОСЧ) на отключение нагрузки.
Устройства АОСН контролируют величину снижения напряжения с учётом его длительности. Для прогнозирования возникновения процесса лавины напряжения устройства АОСН могут контролировать изменение величины реактивной мощности и величину производной изменения реактивной мощности от изменения напряжения.
Требования к размещению и управляющим воздействиям АОСН:
– обоснование применения АОСН следует производить с учетом зависимости нагрузки от напряжения, наличия автоматического регулирования напряжения под нагрузкой (АРПН) на понизительных трансформаторах, конденсаторных батарей, схемы и режимов электрической сети;
– для АОСН рекомендуется следующая очередность применения управляющих воздействий: отключение реакторов, включение батарей статических конденсаторов (БСК), форсировка и увеличение уставок возбуждения синхронных конденсаторов, генераторов электростанций, деление сети, отключение нагрузки;
– как правило, АОСН следует выполнять с пуском по напряжению ступенями с разными выдержками времени. Выдержки времени должны обеспечивать отстройку автоматики от автоматического повторного включения (АПВ), автоматического ввода резерва (АВР) и т.д., и сводить к минимуму вероятность неправильного срабатывания устройств при полной потере напряжения вследствие неуспешных АПВ, отключений линий электропередачи распределительной сети и т.д.;
– для повышения эффективности и быстродействия АОСН рекомендуется учитывать скорость изменения напряжения;
– в тех случаях, когда не обеспечивается достаточная эффективность АОСН при контроле напряжения в месте установки устройства (например, в узлах с преобладанием синхронных двигателей, нарушение динамической устойчивости которых происходит значительно быстрее, чем у генераторов), рекомендуется применять более сложные устройства с фиксацией режимных параметров, изменений в схеме на разных участках энергосистемытелепередачей сигналов;
– минимально допустимые и аварийно допустимые напряжения в узлах с мощными электродвигателями или высокой долей электродвигательной нагрузки определяются на основании нормируемых коэффициентов запаса и критических по устойчивости напряжений (Uкр) [4]. Критическое напряжение в узлах такой нагрузки 110 кВ и выше при отсутствии более точных данных следует принимать равным Uкр = 0,7·Uном, где Uном – номинальное напряжение в рассматриваемом узле. Коэффициенты запаса в нормальном режиме должны быть не ниже 1,15, а послеаварийном режиме не ниже 1,1. При этом минимально допустимым напряжением является величина 1,15·Uкр, аварийно допустимым напряжением – величина 1,1·Uкр.
Основными факторами, которые влияют на устойчивость по напряжению, является образование дефицита реактивной мощности в узлах нагрузки, аварийные возмущения и внезапные изменения нагрузки потребителей. Дефицит пропускной способности линий электропередач (ЛЭП) с удалёнными узлами нагрузки и отсутствии источников реактивной мощности в них могут привести к такому виду неустойчивости электроэнергетической системы (ЭЭС), как лавина напряжения.
Известно, что существенное влияние на функционирование нагрузки оказывают внешние возмущения, сопровождающиеся провалами напряжения:
– однофазные короткие замыкания (КЗ) на ЛЭП при АПВ;
– однофазные КЗ на ЛЭП с успешным действием АПВ;
– двухфазные КЗ на ЛЭП при неуспешном действии двухфазного АПВ.
Задача обеспечения устойчивости энергосистемы обычно рассматривается в первую очередь как требование обеспечить параллельную работу генераторов. Однако закономерно, что в эксплуатационной практике последних лет всё больший удельный вес приобретают задачи, которые обеспечивают бесперебойную работу промышленных предприятий. Это обусловлено ростом их потребления электроэнергии, а также усложнением и автоматизацией технологических процессов, т.е. теми факторами, которые, с одной стороны, приводят к увеличению ущерба от кратковременных нарушений нормального электроснабжения, а с другой стороны к усилению влияния переходных процессов в нагрузке на режимы ЭЭС. В этом случае сами переходные процессы в нагрузке могут становиться источником возмущений, опасных для нормальной работы ЭЭС. Здесь имеются в виду такие случаи, когда КЗ происходят не в системообразующих ЛЭП, а в питающих линиях 110 и 220 кВ или даже в районных электросетях, которые вызывают большие и резкие изменения потребляемой мощности. Одним из основных принципов работы АОСН является наблюдение за текущими значениями напряжения в режиме реального времени. Для этого в системе устанавливаются датчики и измерительные устройства, которые постоянно контролируют уровень напряжения в электрической сети. Если значение напряжения превышает определенную предельно допустимую величину, то система срабатывает и принимает меры по снижению нагрузки или восстановлению напряжения. Для корректного функционирования АОСН необходимо иметь информацию о топологии и параметрах электрической сети. Эта информация содержится в базе данных системы, которая позволяет управлять и контролировать рабочие параметры сети. На основе анализа полученных данных и заданных алгоритмов, система принимает решения о необходимости вмешательства и оптимальных действиях для обеспечения стабильной работы электроснабжения.
В качестве АОСН использует два реле напряжения с близким к единице коэффициентом возврата, присоединенным по цепям напряжения на разные трансформаторы напряжения и реле времени. Выдержки времени АОСН обычно составляют от 5 до 15 с, при этом выдержка времени первой ступени должна обеспечить отстройку от действия сетевых автоматик – АПВ и АВР. При возникновении аварийных ситуаций, помимо наличия резервов реактивной мощности, в ЭЭС необходима их координация выдачи реактивной мощности по узлам нагрузки за наименьшее время.
К достоинствам АОСН относятся: повышение эффективности работы электрической системы, предотвращение повреждений оборудования, продление срока службы оборудования, улучшение качества электроснабжения, снижение потерь энергии.
Недостатком АОСН является то, что в аварийных режимах в работу вступает АОСН, но она не всегда является эффективной, т.к. не обладает достаточной гибкостью и адаптивностью выдачи управляющих воздействий, что в ряде случаев может приводить к их избыточности или недостаточности, и, как следствие, к выходу за границы допустимых значений. Поэтому в целях сохранения устойчивости по напряжению необходима разработка интеллектуальных средств противоаварийного управления, которые должны координировать локальные устройства с учётом устранений вышеупомянутых недостатков.v
1. Об утверждении схемы и про-граммы развития электроэнергетических систем России на 2023 - 2028 годы.- Текст: электронный // Приказ Минэнерго России №108 от 28.02.2023 г. https://minenergo.gov.ru/node/24125 (дата обращения 04.11.2023)
2. Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Релейная защита и автоматика. Автомати-ческое противоаварийное управление ре-жимами энергосистем. Устройства авто-матики ограничения снижения напряжения. Нормы и требования. - Текст: электрон-ный // федеральное агентство по техниче-скому регулированию и метрологии. Национальный стандарт Российской феде-рации. ГОСТ Р 70411 - 2022. https://files.stroyinf.ru/Data/790/79007.pdf (дата обращения 04.11.2023)
3. Автоматическое противоаварий-ное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергоси-стем. Условия организации процесса. Условия создания объекта. Нормы и тре-бования. - Текст: электронный //АО «Си-стемный оператор Единой энергетической системы» https://www.soups.ru/fileadmin/files/laws/standards/Emergency_control.pdf (дата обращения 04.11.2023)
4. РД 34.35.113 Руководящие указа-ния по противоаварийной автоматике энергосистем: (Основные положения)/. Утв. Главтехупр. Минэнерго СССР 23.09.86. - Текст: электронный //Разраб. ВНИИЭ, Энергосетьпроект, ЦДУ ЕЭС СССР, НИИПТ.-М.: СПО Союзтехэнерго, 1987. https://www.rosteplo.ru/Npb_files/npb_shablon.php?id=2060 (дата обращения 04.11.2023).
