УСТРОЙСТВО ЛИКВИДАЦИИ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА НА УЧАСТКЕ ГЕНЕРАТОРНОГО БЛОКА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам, предназначенным для выявления асинхронного режима на участке генераторного блока, состоящего из трехфазного генератора вместе с трансформаторами измерения напряжения и тока, контролирующими его выходные параметры, высоковольтного трансформатора, имеющего обмотки низкого напряжения (НН) и высокого напряжения (ВН), токопровода от трехфазного генератора до обмотки НН высоковольтного трансформатора и токопровода от обмотки ВН высоковольтного трансформатора до сборных шин ВН электростанции. Электростанция имеет трансформатор измерения напряжения, контролирующий напряжение на сборных шинах, и аппаратуру ликвидации асинхронного режима при его выявлении. Асинхронный режим считается выявленным на участке генераторного блока, если определено, что электрический центр качания (ЭЦК) находится между электродвижущей силой (ЭДС) трехфазного генератора и сборными шинами ВН электростанции. Во многих случаях требуется определить, находится ли ЭЦК в высоковольтном трансформаторе или в генераторе.
Известно устройство ликвидации асинхронного режима, используемое на участке генераторного блока [Наровлянский В.Г., Ваганов А.Б. Применение устройства АЛАР-М для выявления и ликвидации асинхронного режима электроэнергетической системы // Энергетик, №5, с. 17-20], [«АЛАР-М» Устройство автоматики ликвидации асинхронного режима. Руководство по эксплуатации. КДРН.402252.002 РЭ Версия 04.07]. Устройство состоит из блока измерения трехфазного напряжения, блока измерения трехфазных токов, микропроцессорного блока выявления асинхронного режима и блока выдачи сигнала на аппаратуру ликвидации асинхронного режима.
Вход блока измерения трехфазного напряжения подсоединен к выходу трансформатора измерения напряжения в узле установки устройства на участке генераторного блока; его выход подсоединен ко входу микропроцессорного блока выявления асинхронного режима. Вход блока измерения трехфазных токов подсоединен к выходу трансформатора измерения тока в узле установки устройства, его выход также подсоединен ко входу микропроцессорного блока выявления асинхронного режима.
Выход микропроцессорного блока выявления асинхронного режима подсоединен к блоку выдачи сигнала на аппаратуру ликвидации асинхронного режима.
При настройке в устройство вводят номинальные параметры измеряемых напряжений и токов и значения сопротивлений контролируемого участка.
При использовании устройства для выявления асинхронного режима на участке генераторного блока устройство можно устанавливать как на сборные шины ВН электростанции со стороны ВН высоковольтного трансформатора, так и на выходные шины генератора.
В первом случае на входы устройства подают напряжение на сборных шинах ВН электростанции и ток со стороны ВН высоковольтного трансформатора. В устройство вводят значения сопротивлений от узла установки устройства до ЭДС генератора и от узла установки устройства до выходных шин генератора.
При установке устройства со стороны НН высоковольтного трансформатора на его входы подают напряжение на выходных шинах генератора и выходной ток генератора. В устройство вводят значения сопротивлений от узла установки устройства до ЭДС генератора и от узла установки устройства до сборных шин ВН электростанции.
На основании измеренных напряжения и токов микропроцессорный блок рассчитывает вектор ЭДС генератора в обоих вариантах и вектора напряжения на выходных шинах генератора в первом варианте установки или напряжения на сборных шинах ВН электростанции во втором варианте.
Выявление асинхронного режима основано на факте достижения углом между рассчитанными напряжениями и напряжением в узле установки значения 180 градусов. В этот момент ЭЦК находится в генераторном блоке и устройство выдает сигнал на ликвидацию асинхронного режима. Положение ЭЦК определяется тем, между какими именно напряжениями угол достиг 180 градусов.
Расчет указанных векторов производят по формуле
U
I
1
1
где ,  - вектора напряжения и тока, измеряемых устройством в месте его установки (узел 1),
U
2
- напряжение в узле 2,
12
Z - комплексное сопротивление между узлами 1 и 2.
12
2
12
2
U
U
Если при настройке устройства будет введено значение сопротивления, меньшее Z, то расчет даст значение , соответствующее не узлу 2, а точке электрического участка, расположенной ближе к узлу 1, чем узел 2. Это приводит к пропуску выявления асинхронного режима в случае, когда ЭЦК находится на участке генераторного блока рядом с узлом 2. Если же будет введено значение сопротивления, большее Z, то расчет даст значение , соответствующее не узлу 2, а точке электрического участка, расположенной дальше от узла 1, чем узел 2. Это приводит к ложному срабатыванию, т.к. ЭЦК будет находиться не на участке генераторного блока, а вне его.
При настройке устройства от выходных шин генератора до ЭДС генератора используют тот факт, что за ЭДС генератора нет никаких элементов энергосистемы. Поэтому можно задавать значение указанного сопротивления, превышающее переходное сопротивление, определяемое в технических данных на генераторы параметрами  или . Значения этих параметров для генераторов Единой национальной энергосистемы (ЕНЭС) с номинальной полной мощностью более 100 МВт не превышают значения 1 Ом, а при мощности генераторов менее 100 МВт - значения 2 Ом.
Данное устройство принято за прототип.
К недостаткам технического решения при его использовании для ликвидации асинхронного режима в генераторном блоке относятся трудности его настройки, вызванные необходимостью использовать рассчитанное сопротивление участка от выходных шин генератора до сборных шин ВН при установке устройства со стороны НН высоковольтного трансформатора или от сборных шин ВН до выходных шин генератора.
Для этого необходим расчет схемы, содержащей сопротивления используемых токопроводов и эквивалентную схему высоковольтного трансформатора со стороны ВН или, соответственно, НН. Сопротивления токопроводов зависят от температуры. Эквивалентную схему высоковольтного трансформатора рассчитывают на основе паспортных технических параметров. Поэтому погрешность таких расчетов неопределенна.
Неопределенная погрешность расчета параметров настройки вызывает неопределенности в срабатывании устройства.
При установке устройства на выходных шинах генератора возможны пропуски выявления асинхронного режима с ЭЦК вблизи сборных шин ВН электростанции или выявление асинхронного режима, когда ЭЦК находится вне генераторного блока на отходящих высоковольтных линиях, что нарушает координированную работу устройств ликвидации асинхронного режима генераторных блоков и устройств ликвидации асинхронного режима на отходящих линиях. При установке устройства на сборных шинах электростанции возможны пропуски выявления асинхронного режима с ЭЦК вблизи выходных шин генератора со стороны НН высоковольтного трансформатора.
Целью предлагаемого технического решения является устранение указанных недостатков, что существенно облегчит настройку устройств выявления асинхронного режима на участке генераторного блока, повысит их быстродействие и исключит нарушение координации работы устройств ликвидации асинхронного режима на электростанции.
Указанная цель достигается тем, что в устройство ликвидации асинхронного режима на участке генераторного блока электростанции, содержащее блок измерения трехфазного напряжения, блок измерения трехфазных токов, микропроцессорный блок выявления асинхронного режима и блок выдачи сигнала на аппаратуру ликвидации асинхронного режима; причем вход блока измерения трехфазного напряжения соединен с выходом трансформатора измерения напряжения, установленного на выходных шинах генератора, а выход соединен со входом микропроцессорного блока выявления асинхронного режима; вход блока измерения трехфазных токов соединен с выходом трансформатора тока на выходных шинах генератора, а выход соединен со входом микропроцессорного блока выявления асинхронного режима; выход микропроцессорного блока выявления асинхронного режима соединен с блоком выдачи сигнала на аппаратуру ликвидации асинхронного режима, дополнительно введен второй блок измерения трехфазного напряжения, вход которого соединен с выходом трансформатора измерения напряжения на сборных шинах электростанции, а выход соединен со входом микропроцессорного блока выявления асинхронного режима.
Схема устройства приведена на рисунке. Для простоты приведена схема соединений для одной фазы.
Устройство содержит: блок измерения трехфазного напряжения (1), который подключен к трансформатору измерения напряжения на выходных шинах генератора (2); второй блок измерения трехфазного напряжения (3), который подключен ко второму трансформатору измерения напряжения на сборных шинах электростанции (4); блок измерения трехфазных токов (5), подключенный к трансформатору тока на выходных шинах генератора (6); микропроцессорный блок выявления асинхронного режима (7), на вход которого подсоединены выходы блоков измерения (1, 3, 5), и блок выдачи сигнала на аппаратуру ликвидации асинхронного режима (8), на вход которого подсоединен выход микропроцессорного блока выявления асинхронного режима (7).
Участок генераторного блока электростанции содержит трехфазный генератор (9), токопровод (10) от выходных шин трехфазного генератора (9) до обмотки НН (11) высоковольтного трансформатора (12), токопровод (13) от обмотки ВН (14) высоковольтного трансформатора (12) до сборных шин ВН (15) электростанции.
От сборных шин ВН (15) отходят высоковольтные линии электропередачи (16).
Устройство работает следующим образом.
Аналоговые сигналы вторичных обмоток трансформаторов измерения напряжения (2, 4) и трансформатора тока на выходных шинах генератора (6) поступают в соответствующие блоки их измерения (1, 3, 5), преобразуются в них в дискретные величины и передаются в микропроцессорный блок выявления асинхронного режима (7). В микропроцессорном блоке выявления асинхронного режима (7) формируются вектора напряжения на шинах трехфазного генератора (9) и на сборных шинах ВН (15) и вектор тока из трехфазного генератора (9). На основе приведенной выше формулы (1) с использованием вектора напряжения на шинах генератора и вектора тока из генератора формируется вектор ЭДС трехфазного генератора (9). По достижении угла значения 180 градусов между вектором ЭДС и вектором напряжения на шинах генератора или между вектором напряжения на шинах генератора и вектором на сборных шинах ВН микропроцессорный блок выявления асинхронного режима (7) определяет положение ЭЦК и выдает сигнал на работу блока выдачи сигнала на аппаратуру ликвидации асинхронного режима (8). Блок выдачи сигнала на аппаратуру ликвидации асинхронного режима (8) формирует сигнал и посылает его на аппаратуру ликвидации асинхронного режима.
Устройство-прототип разработано для выявления асинхронного режима на протяженных электрических связях. Поэтому в прототипе нельзя использовать значение напряжения, непосредственно измеренное в удаленном узле, и его приходится рассчитывать, т.к. устройства ликвидации асинхронного режима являются локальными устройствами противоаварийной автоматики, т.е. должны формировать и реализовать противоаварийное управление на основе местной схемно-режимной информации [Технические требования к автоматике ликвидации асинхронных режимов в энергообъединении ЕЭС/ОЭС, утвержденные Решением Электроэнергетического Совета СНГ (Протокол №41 от 25 мая 2012 года, п. 3.2)].
Генераторный блок как участок выявления асинхронного режима компактен, расположен в пределах одной электростанции. Все напряжения и токи в этом случае - параметры местной схемно-режимной информации. Поэтому в предлагаемой полезной модели можно использовать напряжения на выходных шинах генератора и на сборных шинах ВН электростанции, измеренные непосредственно, а не рассчитывать их с использованием сопротивлений элементов контролируемого участка, известных с большой погрешностью.
Дополнительный блок измерения трехфазного напряжения качественно изменяет предлагаемое устройство по сравнению с прототипом. Для настройки работы предлагаемого устройства значение сопротивления, необходимое для расчета вектора ЭДС трехфазного генератора, вводят на стадии изготовления и ввода программного обеспечения с учетом мощности защищаемого генератора. Значение второго сопротивления становится вообще не нужным, т.к. напряжения на выходных шинах генератора и на сборных шинах ВН электростанции, т.е. на конечных элементах генераторного блока, измеряются непосредственно. Поэтому предлагаемое устройство по принципу работы находит ЭЦК только на участке генераторного блока, что исключает нарушение координации работы устройств ликвидации асинхронного режима генераторных блоков и устройств ликвидации асинхронного режима на отходящих линиях. Быстродействие устройства возрастает, т.к. уменьшается объем необходимых расчетов.
Подсоединение блока измерения трехфазных токов предлагаемого устройства к трансформатору тока на выходных шинах генератора позволяет обойтись без ввода параметров трансформатора высокого напряжения при настройке устройства для работы.
Второй блок измерения напряжения с инженерной точки зрения идентичен уже опробованному блоку, имеющемуся в прототипе.