Системный оператор единой энергетической системы

1.

Всероссийские курсы повышения квалификации по теме «Режимные задачи оперативно-диспетчерского управления»,
Санкт-Петербург
АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
«СИСТЕМНЫЙ ОПЕРАТОР
ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ»
Автоматика ликвидации
асинхронного режима
Артемьева Антонина А.
Главный эксперт СЭР Филиала АО «СО ЕЭС» ОДУ Северо-Запада

2.

Введение
2
Аварийный режим работы энергосистемы, характеризующийся
несинхронным вращением части генераторов энергосистемы,
называется асинхронным режимом.
Причины возникновения асинхронных режимов
Возникновение в энергосистеме более тяжелых возмущений, чем расчетные
(нормативные), принятые при проектировании и реализации АПНУ
Отказ АПНУ (пускового, исполнительного органа; канала передачи информации и т.д.)
Выход исходного режима за границы расчетной области (глубокие отклонения
балансов мощности от плановых, наложение плановых и аварийных ремонтов и др.),
при котором АПНУ становится неэффективна
Непредвиденное развитие аварий (цепочечные аварии)
Устройства АЛАР могут использоваться в качестве резерва к устройствам АПНУ, так и
самостоятельно. В обоих случаях — это автоматика, воздействующая на разрыв связей,
потерявших устойчивость.

3.

Основные понятия
3
Основная функция АЛАР — выявление факта перехода режима в
асинхронный
Характерные признаки асинхронного режима
1. Периодическое изменение всех параметров электрического режима:
угла между эквивалентными ЭДС несинхронно работающих частей энергосистемы
величин напряжения и тока в различных точках сети
активной и реактивной мощности электропередачи
сопротивления на зажимах реле сопротивления
2. Возникновение разности частот между частями синхронной зоны, вышедшими из
синхронизма, при сохранении электрической связи между ними
Опасные последствия асинхронных режимов
Глубокие снижения напряжения опасны для
потребителей (отключение электродвигательной нагрузки, т.к. )
устойчивости ближайших станций
энергосистемы, т.к. глубокие снижения напряжения при двухчастотном АР могут
привести к его развитию в трехчастотный и многочастотный АР.
Характер изменения электрических величин во времени зависит от разности частот
асинхронно идущих частей.

4.

Асинхронный режим
4
а)
a
a
Ė1
b
b
2
a
UА
d
b
UВ
d
Ė2
В
А
c
1
UВ
UА
2
d
А
ЭЦК
c
c
В
б)
а)схема электропередачи
б) распределение напряжения по линии при асинхронном
режиме в различных точках линии при четырех значениях
угла δ12
в) векторная диаграмма при δ12=90°
1 Ė
1
δ12=90°
в)
Ė2

5.

Определения
5
Термин
Определение
Сечение асинхронного режима
Совокупность элементов одной или нескольких связей,
соединяющих две несинхронно работающие части
энергосистемы, на которых располагается электрический
центр качаний
Электрический центр качаний
(ЭЦК)
Точка электрической сети, напряжение в которой при
асинхронном режиме снижается до нуля.
Цикл асинхронного режима
Изменение на 360° относительного угла между векторами
электродвижущей силы несинхронно работающих
генераторов
Начало цикла асинхронного
режима
Момент времени в течение асинхронного режима, в
который напряжение в электрическом центре качаний
снижается до нуля
Длительность цикла
асинхронного режима
Период времени между двумя последовательными
моментами времени, в которые напряжение в
электрическом центре качаний снижается до нуля

6.

Тестовая модель энергосистемы
6
В тестовой модели
энергосистемы
смоделировано
возмущение: трехфазное КЗ
на шинах 330 кВ ПС №7.
В результате возмущения
нарушается устойчивость
генерирующего оборудования ГЭС (в
схеме генератор 71) относительно
ЕЭС

7.

Асинхронный режим
7
Пример: Нарушение устойчивости генератора 71 относительно
энергосистемы. Изменение углов роторов расположенных в
энергорайоне электростанций.

8.

Асинхронный режим
8
Пример: Нарушение устойчивости генератора 71 относительно
энергосистемы. Изменение перетоков активной мощности и тока
по блочному трансформатору.

9.

Асинхронный режим
9
Пример: Нарушение устойчивости генератора 71 относительно
энергосистемы. Изменение напряжения на шинах 330 кВ блочного
трансформатора.

10.

Асинхронный режим
10
Пример: Нарушение устойчивости генератора 71 относительно
энергосистемы. Изменение углов напряжения в узлах 330 кВ
энергорайона.

11.

Асинхронный режим
11
Пример: Нарушение устойчивости генератора 71 относительно
энергосистемы. Изменение комплексного сопротивления на
зажимах измерительного реле сопротивления.

12.

Годограф сопротивления
12
+jX
360° 0°
A
ЭЦК
B
E2
E1 =0,9
Zэ
180°
+R
180°
E1
E2 =0,9
A
ЭЦК
360°
0° B
A
ЭЦК E2
B
E1 =1,0
Изменение сопротивления на зажимах реле в точках
A, ЭЦК, B электропередачи за один цикл при
различных соотношениях E1 и E2

13.

Нормативные документы
13
1. ГОСТ Р 59371-2021 «Единая энергетическая система и изолированно работающие
энергосистемы. Релейная защита и автоматика. Автоматическое противоаварийное
управление режимами энергосистем. Автоматика ликвидации асинхронного режима.
Нормы и требования»
основные требования к микропроцессорным устройствам АЛАР;
порядок и методику проведения испытаний микропроцессорных устройств АЛАР для
проверки их соответствия указанным требованиям.
2. ГОСТ Р 55105-2019 «Единая энергетическая система и изолированно работающие
энергосистемы.
Оперативно-диспетчерское
управление.
Автоматическое
противоаварийное
управление
режимами
энергосистем.
Противоаварийная
автоматика энергосистем. Нормы и требования»
требования к организации ликвидации асинхронных режимов отдельных генераторов,
электростанций и частей энергосистем.
3. «ТРЕБОВАНИЯ к оснащению линий электропередачи и оборудования объектов
электроэнергетики классом напряжения 110 кВ и выше устройствами и комплексами
релейной защиты и автоматики, а также к принципам функционирования устройств и
комплексов релейной защиты и автоматики», утвержденные приказом Министерства
энергетики РФ от 13.02.2019 № 101
с
+ письмо ИА от 07.08.2019 №В2-I-19-8817 «О требованиях НПА Минэнерго РФ» (принципы
реализации управляющих воздействий АЛАР на деление сети)

14.

Общие требования к автоматической ликвидации
асинхронного режима на ЛЭП
14
АЛАР предназначена для ликвидации АР отдельных генераторов, электростанций и
частей энергосистем. Устройства АЛАР должны ликвидировать АР в полнофазном режиме.
АЛАР должна применяться вне зависимости от использования АПНУ.
На всех связях, по которым возможен АР, должно обеспечиваться селективное выявление
АР с ЭЦК в любой точке связи двумя устройствами АЛАР, установленными на разных
объектах электроэнергетики. Исключение: межгосударственные линии электропередач.
Алгоритм АЛАР ЛЭП выше 220 кВ и АЛАР ТГ должен выявлять ЭЦК. Для АЛАР ЛЭП 150
кВ и ниже допускается не выявлять ЭЦК
Первые ступени устройств АЛАР ЛЭП 330 кВ и выше и АЛАР ТГ должны выдавать УВ до
начала 2 цикла АР (в СТО АО «СО ЕЭС» 2018 (отменен) при возможности
многочастотного АР необходимо устанавливать АЛАР, выдающие УВ на ДС до начала
первого цикла АР)
АЛАР на связях 220 кВ и ниже должны срабатывать после АЛАР ЛЭП 330 кВ и выше,
входящих в сечение АР, но не позднее начала 5 цикла АР
допускается действие АЛАР на смежном объекте при условии действия последней
ступени на ДС "своей" ЛЭП

15.

Общие требования к автоматической ликвидации
асинхронного режима на ЛЭП
15
Устройства АЛАР должны действовать на ДС или ОГ. Реализация ресинхронизации не
допускается
Действие на отключение (с запретом АПВ) должно осуществляться:
– ЛЭП 330 кВ и выше – с двух сторон;
– ЛЭП 220 кВ и ниже – с двух сторон при наличии каналов для передачи команды ТО;
– АТ – со стороны высокого и среднего напряжения.
Уточнение
реализации
управляющих
воздействий
АЛАР на деление
сети по письму
ИА от 07.08.2019
№В2-I-19-8817)
АЛАР-1
ПС А
Команда «телеотключение»
Действие на ПС А:
- отключение выключателей
- запрет АПВ выключателей
- без действия на пуск УРОВ
выключателей
ПС Б
Действие на ПС Б:
- отключение выключателей
- запрет АПВ выключателей
- пуск УРОВ выключателей

16.

Общие требования к автоматической ликвидации
асинхронного режима генераторов
16
На всех генераторах АЭС и на всех генераторах мощностью 500 МВт и выше ТЭС и ГЭС
должны устанавливаться два устройства АЛАР.
При необходимости установки устройств АЛАР на двух и более генераторах суммарной
мощностью менее 500 МВт, подключенных к общим шинам посредством одного
выключателя, допускается установка двух устройств АЛАР, включенных на суммарный ток
данных генераторов.
Ликвидация
асинхронного
режима
возбужденного
генератора
электростанции должна осуществляться посредством его отключения
относительно
При реализации в устройстве ПА функции АЛАР генератора, работающего по схеме
«блок генератор-трансформатор», должно предусматриваться действие разных ступеней
устройства АЛАР на выключатели разных классов напряжения (при их наличии).

17.

Общие требования к устройствам АЛАР
17
Отсутствие срабатывания при отсутствии АР
Выявлять и ликвидировать АР с циклом 0.2-10 сек
Выявлять первый цикл АР, который начинается через 50 мс и более после ликвидации
возмущающего воздействия
В устройстве должна быть реализована возможность использования не менее 2-х
ступеней (для сети 150 кВ и ниже допускается 1 ступень) и не менее 2-х групп для каждой
ступени
Передача информации в АСУ ТП
Восстанавливать работоспособность после перерывов питания любой длительности
Отсутствие ложного срабатывания при неисправности цепей оперативного тока,
напряжения, перезагрузке устройства
Должна быть регистрация аналоговых сигналов и дискретных событий в объеме,
необходимом для анализа работы устройства;
Экспорт осциллограмм в формат COMTRADE
Самодиагностика исправности
Должно быть синхронизировано с системами единого времени, данные имеют
единого астрономического времени
Требования к документации
метку

18.

Сертификация устройств АЛАР
18
1.
Подтверждение
соответствия
осуществляется путем проведения
(приложение А).
устройств
испытаний
АЛАР
требованиям
ГОСТа
в соответствии с методикой
2. Перечень органов, допущенных к добровольной сертификации, и список
сертифицированных устройств представлен на сайте АО «СО ЕЭС» https://soups.ru/index.php?id=sds_cert_alar0
3. Сертифицированные устройства на 10.2023 (см. версию алгоритма):
-
АЛАРу, АЛАРт, ЗАО «ТеконГруп»
-
МКПА, МКПА-2,МКПА-РЗ с алгоритмом АЛАР ФКТ, ООО «Прософт-Cистемы»
-
МКПА, МКПА-2,МКПА-РЗ с алгоритмами АЛАР ФССС и ФЦК, ООО «ПрософтCистемы»
-
АЛАР КПА-М-02, АО «Институт автоматизации энергетических систем»
-
ЭКРА 200, реализующее функцию АЛАРо и АЛАРр, ООО НПП «ЭКРА»
-
ЭКРА 200, реализующее функцию АЛАРг(Фz) и АЛАРг(Фu), ООО НПП «ЭКРА»
-
АЛАР серии 670, ООО «АББ Силовые и Автоматизированные Системы»
-
ТОР 300, реализующий функцию АЛАР, ООО «Релематика»
-
Устройство на базе терминала Бреслер–0107, реализующее функцию АЛАР, ООО
НПП Бреслер
-
PLATFORM, реализующее функцию АЛАР, ООО ПАРМА

19.

Методика выбора алгоритмов функционирования и
уставок срабатывания устройств АЛАР
Методика настройки АЛАР зависит от типа применяемого устройства
Разработчики автоматики снабжают пользователей подробными инструкциями по
выбору уставок своих аппаратов. В таких описаниях содержатся рекомендации
по взаимной координации нескольких устройств одного рассматриваемого типа.
(все типы АЛАР);
2021 г в АО «НТЦ ЕЭС противоаварийное управление» разработаны
Методические указания по выбору параметров устройств АЛАР, фиксирующих
изменение сопротивления, (АЛАР МКПА, КПА-М, Фz, ЭПО 1047) взамен
устаревших материалов 1988 г московского института «Энергосетьпроект»:
Принципиальные схемы устройств автоматического прекращения асинхронного
режима (АЛАР ЭПО 1047), согласованы ИА.
Причины разработки новой методики:
• изменение элементной базы устройств АЛАР;
• алгоритмы современных устройств АЛАР построены на микропроцессорной
технике;
• изменились программные комплексы, необходимые для проведения
расчетов;
• ориентация старой методики на инженеров-проектировщиков
19

20.

Практика
20
Типы АЛАР, эксплуатируемые в энергосистемах России:
устройства, фиксирующие колебания фазного тока;
устройства, работа которых основана на принципе моделирования угла между
векторами эквивалентных ЭДС (АЛАР-У, АЛАР-М, Текон, ШЭЭ 223 0509
производства НПП «Экра»);
устройства, работа которых основана на принципе фиксации скорости снижения
сопротивления и со счетчиком циклов (цифровое МКПА, стандартное
электромеханическое АЛАР ФССС, ФЦС – панель ЭПО 1074, функция защиты
генератора от асинхронного режима без потери возбуждения (Фz) (в составе
терминала защит «Экра»);
устройства, принцип действия которых основан на выполнении непрерывных
расчетов при изменении электрических параметров по заложенным в
микропроцессор формулам (АЛАР-Ц, производства НПП «Модус», действовало
до 21.08.2020).

21.

АЛАР ФКТ
21
Уставки устройства АЛАР,
реагирующего на колебания
фазного тока
Название
Обозн
ачени
е
Минимальный ток Imin
Максимальный ток Imax
Период колебаний TI
Количество циклов NI
Единица
измере
ния
кА
кА
сек
Диапазон
0.01-2Iном
0.01-5Iном
0.5-20
1-20

22.

АЛАР-У, АЛАР-М
22
Название
Обо
знач
ени
е
Zk1
Сопротивление
компенсации
в сторону шин
Сопротивление Zk2
компенсации
в сторону линии
Моделируемый φ
угол
Единица Диапазо
измерени н
я
Ом
1-400
Ом
1-400
градус
20-100
Устройство моделирует угол между
векторами напряжений по концам
контролируемого участка, ограниченного
уставками сопротивления компенсации в
шины и в линию.
При достижении угла заданной уставки
устройство АЛАР действует на
отключение «своей» ЛЭП

23.

АЛАР-У, АЛАР-М
23