1.3. Характеристика устройств автоматики и управления в системах передачи и распределения электроэнергии

Различные автоматические устройства применяют во всех частях системы передачи и распределения электроэнергии. Высокая скорость изменения электри­ческих величин, особенно в переходных процессах, исключает возможность регу­лирования за счет действия персонала. Некоторые объекты системы работают без обслуживающего персонала. Сложность и непрерывность процессов производст­ва, передачи и распределения ЭЭ определяет необходимость широкого использо­вания автоматических устройств практически на всех объектах. Автоматические устройства позволяют обеспечить ликвидацию аварий и способны выполнять ре­гулирование электрического режима при изменении нагрузки. Широко использу­ются устройства режимной и противоаварийной автоматики, которые наряду с быстродействующими защитами значительно повышают надежность работы всей системы передачи и распределения ЭЭ.

К ним относятся устройства: автоматического регулирования возбуждения (АРВ), автоматического включения резервных элементов (АВР), автоматического повторного включения (АПВ), автоматической частотной разгрузки (АЧР) и др.

Генераторы электростанций и синхронные компенсаторы подстанций име­ют автоматическое регулирование тока возбуждения (АРВ). Изменение тока ста­тора (в основном реактивной составляющей) сопровождается регулированием то­ка возбуждения и ЭДС статора с таким расчетом, чтобы обеспечить необходимый синхронизирующий момент машины и заданный режим напряжения на ее выво­дах и шинах станций, устойчивость генераторов или системы. Для повышения ус­тойчивости системы при коротком замыкании АРВ форсированно увеличивает ток возбуждения. Для этого применяют быстродействующее возбуждение на ос­нове полупроводниковых выпрямителей, автоматически многократно изменяю­щих возбуждение в течение долей секунды. Более подробно регуляторы возбуж­дения и влияние форсировки возбуждения на устойчивость работы синхронных машин и систем электропередач рассматривается в курсах «Электрические маши­ны» и «Переходные процессы в ЭЭС».

Автоматическое повторное включение — вид системной автоматики, примене­ние которой значительно повышает надежность электроснабжения. Наиболее частое дуговое перекрытие гирлянды изоляторов на ВЛ 110 кВ является коротким замыкани­ем и отключается защитой. Через короткий интервал времени, достаточный для деонизации зарядов потухшей дуги, АПВ включает линию. В большей части повторных включений короткие замыкания не возобновляются, линии продолжают нормально работать, а потребители почти не чувствуют перерыва. Основная область применения АПВ — радиальные и транзитные линии напряжением 35 кВ и выше. На линиях с на­пряжением 220 кВ и выше, кроме трехфазного, применяется однофазное автоматиче­ское повторное включение (ОАПВ) и др. Используют АПВ двух- и трехкратного дей­ствия. Особенно резко АПВ повышает надежность электроснабжения потребителей, питаемых по одиночным радиальным линиям.

Также широко, как АПВ, в электропередачах применяется другой вид сис­темной автоматики — автоматическое включение резерва (АВР). Однако область применения АВР отличается от области преимущественного распространения АПВ. Автоматическое включение резерва применяют для восстановления пита­ния потребителей при повреждении в резервированной системе электроснабже­ния, когда параллельно включенные элементы (линии или трансформаторы) рабо­тают раздельно для снижения уровня токов короткого замыкания. Применяют АВР линии, трансформатора, секции шин, в некоторых случаях генератора или двигателя. Наиболее часто применяют АВР в системах распределения ЭЭ.

Автоматическая частотная разгрузка (АЧР) — вид системной автоматики, применяют ее в тяжелых послеаварийных режимах, связанных с потерей генера­торных мощностей. Предположим, что отключается ЛЭП, связывающая две ЭЭС. В системе, которая получала мощность, частота будет снижаться. На некоторых подстанциях этой системы устанавливают комплекты АЧР, под действием кото­рой очередями (группами) отключаются потребители, восстанавливается равенст­во механического момента вращения турбины и противодействующего электро­магнитного момента генератора для всех генераторов системы. В результате пре­кращается снижение скорости вращения генераторов и частоты, восстанавливает­ся ее нормальное значение. В ЭЭС, из которой мощность передавалась, происхо­дит повышение частоты. Посредством автоматических регуляторов числа оборо­тов, действующих на впускные клапаны (задвижки) турбин, уменьшается впуск энергоносителя в турбины и восстанавливается нормальная частота. Подробно принципы работы систем режимной и противоаварийной автоматики рассматри­ваются в курсе «Автоматизация энергосистем».

На подстанциях центров питания и объединения ЭЭС включают устройства автоматического регулирования напряжения на вторичных шинах. Используются трансформаторы и автотрансформаторы с РПН, регулируемые источники реак­тивной мощности и др. Регулирование напряжения на этих шинах должно произ­водиться автоматически по заданному закону.

Мощность компенсирующих устройств (конденсаторных батарей, реакто­ров, статических компенсаторов) также должна автоматически регулироваться ступенями или непрерывно (плавно) при изменении реактивных нагрузок и на­пряжения в пунктах электропередачи.

В кабельных сетях 6—35 кВ с компенсированной нейтралью при замыкании фа­зы на землю используют автоматику регулирования величины индуктивного сопротив­ления катушки (реактора), включенного в нулевую точку трансформатора.

В электрических системах и сетях различного назначения используют ряд других устройств управления режимами напряжения [13—18]. Основы регулиро­вания напряжения в системах передачи и распределения ЭЭ рассмотрены в главе 10 настоящего учебного пособия.

Работа систем электроснабжения немыслима без применения различных ав­томатических действующих релейных защит, аппаратов защиты от перенапряже­нии и других. Релейная защита от коротких замыканий предназначена для локализации аварий отключением того элемента, в котором произошло замыкание. Основными требованиями к релейной защите являются быстродействие и селек­тивность (избирательность). Защита от перенапряжений — многократного крат­ковременного превышения номинального напряжения, возникающих в результате 'атмосферных (грозовых) и коммутационных (внутренних) явлений, осуществля­ется автоматически аппаратами ограничения перенапряжения и разрядниками. Защита от замыканий и перенапряжений рассматривается в курсах «Релейная за­щита» и «Техника высоких напряжений».

Центры управления ЭЭС — центральные диспетчерские и оперативные службы и управления (ЦДС, ОДУ, ЦЦУ), а также отдельные объекты системы располагают связью и устройствами измерения, сигнализации, управления и ре­гулирования, действующими на расстоянии. Ряд параметров электрического со­стояния (величины напряжения, тока, активной и реактивной мощности и др.), измеряемые в важнейших пунктах системы, передают на диспетчерский пункт. Наиболее распространенная телесигнализация показывает на диспетчерском пункте включенное или отключенное состояние коммутационных аппаратов, ус­тановленных на главных подстанциях системы. С помощью телеуправления включают или отключают из диспетчерского пункта выключатели, установлен­ные на крупных подстанциях системы и др.

Условия работы и возросшие масштабы современных систем передачи и распределения ЭЭ требуют применения автоматического регулирования взаимо­связанных и разобщенных объектов в составе автоматизированных систем дис­петчерского и технологического управления (АСДТУ), в основе которых нахо­дится комплекс управляющих и вычислительных ЭВМ, средств связи и передачи информации. Информация с объектов управления вводится в ЭВМ, результаты расчетов поступают на блок принятия решений, в котором заложены критерии оптимальных решений. К управляемым объектам без участия персонала переда­ются оптимальные параметры режима, важнейшие объекты ЭЭС могут автомати­чески управляться от ЭВМ. Применение автоматизированной системы управле­ния указанного содержания возможно лишь при достаточно широком внедрении автоматики на ряде объектов и телеуправления выключателями системы передачи и распределения электрической энергии.