Режимная надёжность

Надёжность энергосистемы режимная — способность энергосистемы при определенных условиях противостоять внезапным возмущениям, таким как короткие замыкания, непредвиденные потери крупных элементов энергосистемы, каскадные отказы работоспособности и др.

Общие положения

Электроэнергетическая система в отличие от других технических систем характеризуется постоянно изменяющимся во времени, зависящим от состояния любого элемента системы, электрическим режимом её работы. Под режимом понимается совокупность величин, определяющих электрические процессы в электрической сети (частота, напряжения, токи, мощности). Именно эти величины позволяют судить о состоянии безотказности энергосистемы. Если все параметры режима находятся в допустимых пределах, то считается, что система находится в работоспособном состоянии. Если хотя бы один электрический параметр вышел за пределы допустимых значений, то фиксируется отказ системы.

Надежность режима энергосистемы – способность выдерживать те или иные возмущения. Ее можно охарактеризовать степенью его устойчивости – статической при малых возмущениях, постоянно имеющих место в системе, и динамической при больших возмущениях, например при коротких замыканиях на линиях электропередачи, потере генерирующей мощности, набросах и сбросах нагрузки и т.п.

Анализ режимной надёжности состоит в расчёте доаварийного и послеаварийного режимов, выборе необходимых управляющих воздействий (УВ) и экономической оценке последствий от УВ.

При рассмотрении проблемы резервирования видно, что максимум ожидаемого ущерба приходится на многократно наложенные отказы (одновременное отключение трех-четырех генераторов). Аналогичная ситуация имеется и для сетевого оборудования.

Проблема анализа режимной надежности заключается не только в большой размерности анализируемых состояний, но и в математической сущности анализа.

Определяющим в надёжности является фактор резервирования. Отсутствие резервов: генерирующей или трансформаторной мощности, энергии, сетевой структуры и пропускной способности электропередач, управляющего диапазона систем управления, запаса рабочего ресурса, электротехнических устройств и других неизбежно приводит у нарушению функционирования ЭЭС при отказе её элементов или случайном отклонении её режимных параметров.

Нормирование показателей режимной надёжности

Режимная надёжность нормируется в виде запаса статической устойчивости и расчётного возмущения для проверки динамической устойчивости.

Нормируются коэффициенты запаса статической устойчивости по передаваемой мощности [math]K_P[/math] и по напряжению [math]K_U[/math] в узловых точках системы, %.

[math]\displaystyle K_P = \frac{P_{max} - \Delta P - P}{ P}[/math],

где [math]P_{max}[/math] - предельная передаваемая мощность, определенная из условий устойчивости режима; [math]\Delta P[/math] - увеличение передаваемой мощности за счёт её нерегулярных колебаний по межсистемной передаче; [math]P[/math] - передаваемая активная мощность.

[math]\displaystyle K_U = \frac{U - U_{min}}{U}[/math],

где [math]U[/math] - длительно поддерживаемое напряжение в узловой точке системы; [math]U_{min}[/math] - критическое напряжение (в той же точке), при котором нарушается устойчивость системы или нагрузки.

Динамическая устойчивость нормируется расчётным видом и длительностью короткого замыкания.

Общая характеристика средств повышения устойчивости и противоаварийного управления

Надёжность работы современных объединенных электроэнергетических систем, содержащих протяженные сильно загруженные передачи, слабые межсистемные связи, крупные станции с мощными агрегатами, имеющими ухудшенные, в смысле устойчивости, параметры, невозможна без применения целого комплекса средств повышения устойчивости режимов их работы. Эти средства можно классифицировать следующим образом:

1. Улучшение характеристик основных элементов, непосредственно принимающих участие в производстве и передаче электроэнергии, с помощью конструктивных изменений:
   • улучшение параметров генераторов;
   • снижение индуктивного сопротивления линий электропередачи путем расщепления проводов;
   • уменьшение времени действия релейной защиты и выключателей;
   • применение асинхронизированных синхронных генераторов и т. п.
2. Улучшение характеристик основных элементов средствами автоматизации:
   • применение автоматических регуляторов возбуждения;
   • экстренного форсирования возбуждения при глубоких посадках напряжения;
   • АПВ трехфазного и пофазного.
3. Дополнительные средства повышения устойчивости:
   • продольная ёмкостная компенсация;
   • переключательные пункты на линиях электропередачи;
   • электрическое торможение;
   • синхронные компенсаторы с АРВ с. д.
4. Мероприятия эксплуатационного характера:
   • выбор схемы соединений, обеспечивающей наибольшую устойчивость;
   • регулирование или ограничение перетока мощности по межсистемным связям;
   • отключение части генераторов или экстренная разгрузка турбин;
   • форсирование продольной ёмкостной компенсации;
   • отключение поперечных реакторов;
   • отключение части нагрузки;
   • деление энергосистем на несинхронно работающие районы, предотвращающее нарушение устойчивости, и др.

Из всех названных средств повышения устойчивости средства автоматизации и мероприятия эксплуатационного характера (также автоматизированные) требуют относительно меньших затрат и поэтому широко используются.

Надежность режимов работы ЕЭС и её отдельных систем обеспечивается иерархической (в структурном и временном разрезах) системой противоаварийной режимной автоматики. В неё входят устройства автоматического ограничения (регулирования) перетоков мощности (АОПМ) по межсистемным линиям электропередачи, устройства автоматического управления мощностью для сохранения устойчивости (АУМСУ), устройства автоматической ликвидации (предотвращения) асинхронного режима (АЛАР), автоматическая частотная разгрузка (АЧР), Для быстрой ликвидации последствий аварий используется также автоматический частотный пуск гидрогенераторов (АЧП) и частотное автоматическое повторное включение (ЧАПВ) потребителей.

Широко используемые средства повышения устойчивости при больших возмущениях — отключение генераторов, экстренная разгрузка турбин, отключение нагрузки, деление систем — позволяют повысить пропускную способность линий электропередачи от станций в систему или межсистемных, но, как правило, приводят к недоотпуску электроэнергии потребителям. Это очевидно при непосредственном отключении потребителей действие САОН. Включение их обычно происходит достаточно быстро, в пределах 20 мин, но продолжительность простоя электроприемников может быть больше из-за расстройств технологического процесса.

При отключении генераторов, разгрузке турбин, делении систем появляется дефицит активной мощности, приводящий к снижению частоты и уменьшению потребления электроэнергии в соответствии с регулирующим эффектом нагрузки по частоте, даже если АЧР не подействовала.

Поэтому при применении этих средств повышения устойчивости необходимо считаться с ущербом у потребителей, хотя он и существенно меньше, чем в случае нарушения устойчивости с последующим действием АЛАР и АЧР в отделившихся дефицитных частях системы.

Литература

1. Китушин В.Г. Надежность энергетических систем: учебное пособие для электроэнергетических специализированных вузов. Высшая школа, 1984. 256 с;
2. Обоскалов В.П. Надежность обеспечения баланса мощности электроэнергетических систем. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. 210 с;
3. Обоскалов В.П. Резервы мощности в электроэнергетических системах: учебное пособие. Свердловск: УПИ, 1989. 92 с;
4. Розанов М.Н. Надежность электроэнергетических систем. Энергоатомиздат, 1984. 200 с.