Специалисты АО «Институт автоматизации энергетических систем» (Нотова В.О., Новикова А.В.) совместно со специалистами ООО «Меридиан Энерго» (г. Москва) в данной статье обобщили опыт разработки унифицированных требований к делительной автоматике для объектов малой генерации.
Одним из важнейших преимуществ, возникающих при интеграции объектов малой генерации в энергосистему, является повышение надежности электроснабжения. Это достигается за счет возможности отделения энергорайона от внешней энергосистемы при возникновении возмущений и аварийных режимов с помощью делительной автоматики. В рамках данной статьи сформулированы требования к делительной автоматике на основе анализа технических решений, разработанных для реальных объектов энергетики. Дадим краткую характеристику схемы электроснабжения первого предприятия. Питание потребителей на данном объекте осуществляется через шины 10кВ ТП-1, которое связано с внешней энергосистемой двумя кабельными линиями: основное питание от Подстанции №1 110/10 кВ и резервное – от Подстанции №2.Выдача мощности от газо-поршневой установки (ГПУ) напряжением 0,4 кВ, мощностью 1067 кВт, работающей через повышающий трансформатор ТС-1250/0,4/10, осуществляется через шины ЗРУ ГПУ, которое, в свою очередь, подключено к ТП-1, рисунок 1.
В рамках проекта необходимо произвести технологическое присоединение ГПУ на параллельную работу с энергосистемой с нулевым экспортом электрической энергии во внешнюю сеть. Это позволит обеспечить питание потребителей данного предприятия от собственной генерации с параллельным отбором недостающей мощности от шин сетевой организации
При возникновении аварийных режимов с целью исключения подпитки точки КЗ была установлена автоматика опережающего деления сети (АОДС). Действие автоматики направлено на выключатель ячейки №9 РП ТП-1, с помощью которого производится отключение генератора при внешних коротких замыканиях. Таким образом, после деления сети схема электроснабжения возвращается к первоначальному виду, существующая релейная защита работает в том же режиме, что и без генератора. Таким образом, сформулируем следующие требования:
1. АОДС должна исключать параллельную работу генерирующей установки с внешней энергосистемой при внешних коротких замыканиях.
2. АОДС должна исключать ухудшение работы имеющихся защит оборудования и обеспечивать быстрое отключение установок от объекта генерациипри замыканиях во внешней сети и внутренней, если после работы защит на поврежденном элементе сохраняется подпитка от вновь вводимого генератора.
В качестве реагирующего органа было выбрано токовое реле, измеряющее токи генератора на стороне 10 кВ и реагирующее на их фазные значения. Уставка токового органа выбрана исходя из отстройки от максимально возможного тока, возникающего при качаниях генератора по выражению:
I_уст=k_н∙I_(кач Г), (1)
где kн – коэффициент надежности.
Получившееся значение тока срабатывания необходимо проверить на чувствительность к КЗ на питающих линиях по формуле:
k_ч≤I_кз(3)ген/I_уст (2).
Следовательно, к АОДС предъявляем еще два требования:
3. АОДС не должна действовать при возникновении синхронных качаний.
4. АОДС должна действовать при КЗ по всей длине линии, по которым осуществляется связь электростанции с системой, то есть пусковые органы автоматики должны обладать достаточной чувствительностью.
Надежность функционирования АОДС должна обеспечиваться резервированием. На данном объекте установленная АОДС не резервировалась вторым комплектом, поэтому для этих целей использовался микропроцессорный терминал, уже установленный на Подстанции №1. Данная защита выполнена в виде направленной МТЗ, действующей при повреждениях во внешней сети и фиксации подпитки КЗ от генератора.
Перейдем к рассмотрению второго объекта.Второе предприятие представляет собой котельную, на которой заменяются паровые котлыи устанавливается один генератор мощностью 6 МВт. Существующее электроснабжение станции выполнено по двум фидерам 6 кВ от Подстанции №3 110/6 кВ, которая, в свою очередь,питается от внешней сети отпайками от двух ВЛ 110 кВ. Все основные потребители подключены к двум распределительным пунктам: РП-8 и РП-9. Шины этих РП выполнены секционированными, каждая секция РП соединена с одной из секций 6 кВПодстанции№3. Одна из секций РП-8, РП-9 соединена с Новым РУ 6,3 кВ, на шины которого выдается мощность от устанавливаемого генератора.Электрическая схема локальной сети и прилегающего энергорайона представлена на рисунке 2.
Цель данного проекта заключалась в снижении затрат на покупку электроэнергии на собственные нужды за счет собственной генерации электроэнергии с возможностью отпуска излишков в сеть.
При проверке выключателей на отключающую способность было выявлено несоответствие выключателей 6 кВ, установленных на Подстанции №3 110 кВ и на РП-8, РП-9 расчетным токам трехфазного КЗ. Такое несоответствие существовало и до подключения генерирующей установки, если в расчетах токов КЗ учитывать подпитку от мощных двигателей. Соответственно, отключения генератора недостаточно, чтобы обеспечить отключающую способность выключателей, поэтому необходимо убрать хотя бы часть подпитки от двигателей и шунтирующие связи через Новое РУ 6 кВ. Замена выключателей была оценена как нецелесообразная мера ввиду их количества, поэтому в качестве средства снижения токов КЗвыбрана установка устройства АОДС. Причем эффективно оно будет лишь тогда, когда деление сети происходит до того, как начнут расходиться контакты выключателя, на который подействовала токовая отсечка поврежденного элемента с током КЗ, превышающим его отключающую способность.
Устройство АОДС было решено выполнить реагирующим на увеличение контролируемого тока. Контроль тока осуществлять по фидерам связи 6 кВ РП-8 (РП-9) с шинами 6 кВ Подстанции №3 110 кВ. Ток по генераторному присоединению в Новом РУ 6,3 кВ не контролируется, т.к. генератор может быть в ремонте, а АОДС должна быть в работе из-за больших токов КЗ в схеме и без генератора. Уставка срабатывания выбиралась по двум условиям:
- Отстройка от тока через контрольные точки при трехфазном КЗ на выводах трансформатора со стороны 110 кВ Подстанции №3;
- Обеспечение коэффициента чувствительности для реагирующего токового органа АОДС в режимах с минимальными токами КЗ.
Ввиду противоречивости этих двух условий принято решение выбрать уставку исходя из второго условия и допустить излишнее срабатывание АОДС при междуфазных КЗ на стороне 110 кВ Подстанции №3, которое бы не приводило к отключению потребителей, а только производило деление сети.Таким образом, для делительной автоматики на данном объекте должно выполняться требование по чувствительности к пусковым органам АОДС, так же как и для АОДСна объекте №1.
Так как весь энергорайон подключается нормально к 1-й секции 6 кВ ПС №3, АОДС нормально будет подключена к токовым замерам вводов первых секций РП-8 и РП-9, а также на сумму токов этих вводов. Если по какой-то причине питание осуществляется от 2-ой секции 6 кВ ПС №3, тогда токовые реле АОДС должны быть подключены на токи вводов 2-ых секций. Таким образом, ввиду сложной топологии схемы возникает её большая вариативность, вследствие чего необходимо менять состав контролируемых присоединений в зависимости от режима.Вместе с топологией схемы также меняется уровень токов короткого замыкания, что влечет за собой необходимость установки разных уставок реагирующих органов. В ходе выполнения расчетов и рассмотрения всевозможных режимов было принято решение предусмотреть для замера токов по вводам РП-8, РП-9, нового РУ 6 кВ по два токовых реле (фаза «А» и фаза «С»), а для замера суммы токов по вводам –4 токовых реле (фаза «А» и фаза «С» для двух уставок). В итоге комплекс противоаварийной автоматики контролирует состояние связей схемы и выдает задание в устройства релейной защиты на изменение групп уставок. Кроме того, по результатам расчётов режимов при аварийном отключении трансформатора Т-1(2) или при отключении питающих линий 110 кВ, энергорайон с генератором и связанные с ним другие узлы выделяются с дефицитом мощности, приводящим к недопустимому снижению частоты. Более того, возможны ситуации общесистемного снижения частоты, и для сохранения питания потребителей при таких авариях предусмотрено применение частотно-делительной автоматики (ЧДА), которая выделяет генератор на изолированную работу. Соответственно, формулируем еще одно требование:
5. Делительная автоматика должна действовать только в тех случаях, когда после отделения электростанции от системы в отделившейся части возникает опасный дефицит мощности. При отделении с нагрузкой, которую может покрыть отделившаяся электростанция, делительная автоматика работать не должна.
Таким образом, для объекта №2 комплекс противоаварийной автоматики включает в себя не только АОДС на токовом принципе, обеспечивающую коммутационную способность выключателей, но и ЧДА, позволяющую сохранить питание потребителей при снижениях частоты в данном энергорайоне. Надежность функционирования АОДС резервируется направленной МТЗ, устанавливаемой со стороны низкого напряжения Подстанции №3.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подводя итоги вышесказанному, необходимо отметить следующее: для объектов малой генерации в качестве противоаварийной автоматики применение автоматики опережающего деления сети обязательно, причем её действие должно быть резервировано. Очевидно, что АОДС не должна действовать при замыканиях на линиях, отключение которых не приводит к отделению электростанции от системы, поэтому автоматика должна обладать селективностью. Предложенный перечень требований не исключает необходимости разработки технических мероприятий для каждого объекта малой генерации, ввиду уникальности таких объектов.