Применение противоаварийной автоматики в системах электроснабжения

При развитии электроэнергетики, довольно быстро стало понятно, что для регулирования процессов в производстве, транспортировании и преобразовании электроэнергии необходимо применять быстродействующие устройства, которые могли бы мгновенно реагировать на изменяющиеся процессы в электросети.

Проблема в электроэнергетике заключается в следующем, год за годом электроэнергетика прирастает новыми электростанциями, высоковольтными линиями передач, трансформаторами и новыми потребителями электроэнергии, все это требует от энергосистемы повышенной устойчивости в моменты аварийных ситуаций, что приводит к усложнению устройств и алгоритмов их работы [4].

Потому что повреждения в системе электроснабжения обычно сопровождаются короткими замыканиями. В каком бы месте системы электроснабжения ни возникло короткое замыкание, оно в той или иной мере отражается на работе всех ее элементов, находящихся во взаимной связи и взаимозависимости.

Процессы коротких замыканий характеризуются прохождением больших токов и глубоким понижением напряжения. Они возникают и развиваются в очень короткое время. Очень важно для обеспечения нормальной работы систем электроснабжения и потребителей электроэнергии по возможности быстро (в течение десятых и даже сотых долей секунды) выявить и отделить место повреждения от неповрежденной части. Эта задача не может быть выполнена персоналом в такое короткое время [3].
Цель - перенос функций человека на автоматические устройства, для обеспечения быстрой работы систем электроснабжения и исключения человеческого фактора.

Задача: изучить устройства релейной защиты, которые являются основными видами электрической автоматики систем электроснабжения; изучить назначение и эффективность применения противоаварийной автоматики.

Релейная защита непрерывно контролирует состояние и режимы работы оборудования и в случае возникновения коротких замыканий или опасных ненормальных режимов воздействует на отключение соответствующих выключателей.

Ее выполнение возложено на устройства релейной защиты, являющиеся основными видами электрической автоматики систем электроснабжения. Релейная защита непрерывно контролирует состояние и режимы работы оборудования и в случае возникновения коротких замыканий или опасных ненормальных режимов воздействует на отключение соответствующих выключателей.

Актуальность заключается в переносе выполнения функций персонала на устройства релейной защиты, с целью обеспечения быстрого и надежного отделения места повреждения, но последствия аварии (восстановление нормального режима работы оборудования и питания потребителей) все так же устраняются оперативным персоналом и действием специальных устройств противоаварийной автоматики.

Время, затрачиваемое персоналом на ликвидацию несложных аварий после автоматического отключения поврежденного оборудования релейной защитой, исчисляется минутами, если персонал находился на щите управления подстанции и был готов к экстренным действиям.

На ликвидацию сложных аварий уходят как минимум десятки минут. По скорости действия и точности определения характера повреждения автоматические устройства намного превышают действия, выполняемые оперативным персоналом. Поэтому на современном этапе развития энергетики широкое применение нашли устройства противоаварийной автоматики, позволяющие в течение секунд устранять аварийные режимы и восстанавливать схемы электроснабжения потребителей, исключая в ряде случаев вмешательство персонала.

В нормальном режиме работы системы электроснабжения процесс производства, передачи и распределения электроэнергии также динамичен и подвержен случайным возмущающим воздействиям - изменениям соотношения вырабатываемой потребляемой активной и реактивной мощности.

При дефиците активной мощности падает частота в сети, а при дефиците реактивной мощности - уменьшается напряжение. Кроме того, в нормальных режимах системы электроснабжения при таких ситуациях могут отключаться один из параллельно работающих трансформаторов или одна из питающих линий [2].

Например, на главной понижающей подстанции с двумя трансформаторами при отключении одного второй перегружается и может проработать ограниченное время - соответственно это отслеживать и при необходимости отключать часть нагрузки.
Назначением противоаварийной автоматики, функционирующей при интенсивных возмущающих воздействиях, угрожающих развитием аварийной ситуации в системе электроснабжения, является устранение возмущающего воздействия, предотвращение развития общесистемной аварии и восстановление нормального режима работы.

Эффективность противоаварийной автоматики определяется быстродействием и дозированием противоаварийных управляющих воздействий, вырабатываемых на основе обширной информации о предшествующем возмущающему воздействию (исходном) режиме и получаемой о переходных процессах в системе электроснабжения в реальном времени, что является ее главной особенностью. Последнее выполняется с помощью устройств телемеханики [1].

Эта совокупность устройств и алгоритмов их работы являются основой противоаварийной автоматики, которая обеспечивает устойчивую работу энергосистемы. Отключая поврежденный синхронный генератор, трансформатор или линию электропередачи и избавляя электроэнергетическую систему от сильного возмущающего воздействия в виде КЗ, автоматические устройства релейной защиты создают часто не менее сильные возмущающие воздействия, т.е. скачкообразные уменьшения генерируемой или передаваемой электроэнергии - нарушения баланса мощности. По этому в самом начале 30-х годов появились устройства автоматического включения резервного электрооборудования (УАВР), прежде всего трансформаторов собственных нужд электростанций. Они позволяли демпфировать эти возмущающие воздействия.

Учитывая изложенное, можно сделать вывод, что надежное и экономичное функционирование систем электроснабжения в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах возможно только при широкой их автоматизации и телемеханизации.

Список использованных источников:

1. Голов, Р. С. Комплексная автоматизация в энергосбережении: Учебное пособие / Р. С. Голов, В. Ю. Теплышев, А. А. Шинелѐв.- М.: ИНФРА-М, 2017.- 312 с.

2. Организация энергосбережения (энергоменеджмент). Решения ЗСМК-НКМКНТМК-ЕВРАЗ: Учебное пособие / под ред. В. В. Кондратьева - М.: НИЦ ИНФРА.- М, 2017.- 108 с.

3. Сибикин, Ю. Д. Технология энергосбережения: Учебник / Ю. Д. Сибикин, М. Ю. Сибикин.- М.: НИЦ ИНФРА-М, 2017.- 352 с.

4. Ушаков, В. Я. Современные проблемы электроэнергетики: Учебное пособие / В. Я. Ушаков - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2018.- 447 с.