Устройство делительной автоматики по частоте электростанции Советский патент 1984 года по МПК H02J3/24 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к противоаварийной автоматике энергосистем.

В энергосистемах широко применяются устройства делительной автоматики по частоте, производя1цие отделение тепловых электростанций с примерно сбалансированной нагрузкой или отдельных агрегатов этих станций с нагрузкой собственных нужд. Такая автоматика действует при глубоком или длительном аварийном снижении частоты и предназначена для сохранения в работе тепловых электростанций или их собственных нужд при тяжелых авариях, развивающихся в результате возникновения дефицитов активной мощности.

Глубокое резкое снижение частоты и, как правило, сопутствующее ему глубокое снижение напряжения приводят к нарушению работы или существенному снижению производительности различных механизмов собственных нужд тепловых электростанций и отключению агрегатов технологическими защитами. При длительном снижении частоты в первую очередь падает производительность питательных электронасосов (ПЭН). На тепловых электростанциях с прямоточнымИ котлами это приводит к снижению мощности агрегатов, увеличению дефицита мощности и дальнейшему развитию аварии вплоть до полного погашения электростанций. На электрбстанциях с барабанными котлами следствием падения производительноети ПЭН является снижение уровня воды в барабане котла, приводящего к срабатыванию технологической защиты от понижения уровня, отключению агрегата и развитию аварии в энергосистеме.

Известны устройства делительной автоматики по частоте, в которых осуществляется измерение частоты энергосистемы и при ее снижении ниже заданной уставки на время более заданного производится отключение выключателей, обеспечивающих отделение станции с примерно сбалансированной нагрузкой или отдельных агрегатов иа нагрузку собственных нужд электростанции 1.

Указанные устройства имеют следующие недостатки.

Выдержка времени делительной автоматики при относительно неглубоком, но длительном снижении частоты не зависит от уровня снижения частоты. При постоянной выдержке времени, не учитывающей уровень снижения частоты, ее выбор производится по условиям наиболее тяжелых режимов (с более низкими уровнями частоты). В результате этого при более высоких уровнях -частоты (вблизи уставки автоматики), при которых станция могла бы работать большее время, происходит ее излишнее (преждевременное) отделение от энергосистемы, что утяжеляет условия работы отделившейся энергосистемы, .увеличивает объем отключаемых устройствами АЧР потребителей и народно-хозяйственный ущерб при аварии.

Не учитывается каскадный характер развития аварии, чем снижается надежность энергосистемы в работе. Опыт эксплуатации показывает, что значительная часть аварий с дефицитом активной мощности сопровождается повторяющимися снижениями и подъемами частоты. Если повторные снижения частоты с последующим ее восстановлением выше уставки делительной автоматики будут происходить через небольшие интервалы времени, это может привести к отключению агрегатов электростанции технологическими защитами (в частности защитой по снижению уровня воды в барабанах котлов) раньще, чем срабатывает делительная автоматика по частоте, отделяющая электростанцию с примерно сбалансированной нагрузкой, в результате чего возрастают объем отключаемой при аварии нагрузки, перерывы ее питания, и, как следствие, народно-хозяйственный ущерб.

Наиболее близким к изобретению является устройство делительной автоматики по частоте электростанции, содержащее орган измерения частоты, подключаемый к трансформатору напряжения, первый и второй органы сравнения, входы которых соединены с выходом измерительного органа, первый и второй органы выдержки времени. Вход первого органа выдержки времени соединен с выходом первого органа сравнения, вход второго органа выдержки времени - с выходом второго органа сравнения, а выходы обоих органов выдержки предназначены для подключения к исполнительному органу делительной автоматики 2.

Применение известного устройства делительной автоматики в ряде случаев может приводить к преждевременному отделению электростанции от системы, что утяжеляет развитие аварийной ситуации в энергосистеме и увеличивает объем отключаемых потребителей, а при каскадном характере аварии с повторяющимися сиижениями и подъемами частоты оно может не обеспечить необходимого отделения электростанции от энергосистемы с цримерно сбалансированной нагрузкой до действия технологических защит, отключающих агрегаты электростанции и приводящих к увеличению объема отключаемых потребителей и перерывов их питания.

Цель изобретения - повышение надежности энергоснабжения потребителей при аварийном понижении частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство делительной автоматики по частоте электростанции, содержащее орган измерения частоты, вход которого предназначен для подключения к трансформатору напряжения, первый и второй органы сравнения, входы которых подключены к выходу

органа измерения частоты, ,орган выдержки времени, вход которого подключен к выходу первого органа сравнения, а выход предназначен для подключения к исполнительному органу делительной автоматики, введены сумматор, интегратор, третий-орган сравнения, блок запрета и инвертор, причем первый i вход сумматора подключен к выходу второго органа сравнения, второй вход сумматора - к выходу инвертора а выход сумматора - к входу интегратора, выход которого подключен к основному входу блока запрета и к входу третьего органа сравнения, управляющий вход блока запрета подключен к выходу второго органа сравнения, а выход блока запрета - к входу инвертора, выход третьего органа сравнения предназначен для подключения к исполнительному органу делительной автоматики.

Кроме того, в устройство введены блок нелинейности и блок задержки, между выходом второго органа сравнения и первым входом сумматора включен блок нелинейности, а блок задержки подключен между выходом интегратора и основным входом блока запрета.

На фиг. 1 показана структурная схема первого варианта предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема второго варианта предлагаемого устройства; на фиг. 3 - характеристика блока нелинейности.

Устройство содержит орган 1 измерения частоты, первый орган 2 сравнения, второй орган 3 .сравнения, орган 4 выдержки времени, сумматор 5, интегратор 6, третий орган 7 сравнения, блок 8 запрета, инвертор 9, блок 10 нелинейности и блок 11 задержки.

Орган 1, вход которого предназначен для подключения к трансформатору напряжения, служит для измерения частоты энергосистемы. Его выходной сигнал пропорционален частоте. Органы 2 и 3 предназначены для сравнения текущего значения частоты f с заданными уставками этих органов соответствейно fujyi и Ггаад- При снижении частоты ниже f|3 на выходе органа 2 появляется сигнал, при значениях частоты выще fiia сигнал на выходе органа 2 отсутствует. При снижении частоты ниже . на выходе органа 3 появляется положительный сигнал д 1гэаА-f, гфи значениях частоты выше сигнал на выходе органа 3 отсутствует. Орган 4 предназначен для создания выдержки времени. При появлении на его входе сигнала начинается отсчет заданной вьщержки времени tja, по истечении которой появляется сигнал на выходе органа 4. При снятии входного сигнала до окончания отсчета выдержки времени происходит возвр;ат органа выдержки времени в исходное состояние. Схемы органов сравнения известны.

Сумматор 5 предназначен для суммирования сигналов с второго органа 3 сравнения

и инвертора 9. Интегратор 6 предназначен для интегрирования сигнала отклонения частоты от уставки 1,,, при снижении частоты и снятия накопленного сигнала при подъеме частоты выще уставки

Третий орган 7 сравнения предназначен для сравнения сигнала интеграла отклонения частоты, поступающей с интегратора 6, с заданной уставкой Pja, . При превышении выходным сигналом интегратора б величины Язад на выходе органа 7 появляется сигнал, при значениях выходного сигнала интегратора 6 меньще с.игнал на выходе органа 7 отсутствует. Схема органа 7 сравнения аналогична схемам органов 2 и 4.

Блок 8 запрета предназначен для блокировки (запрета прохождения) сигнала с интегратора 6 при наличии на управляющем входе блока 8 сигнала с органа 3 сравнения и при пропускании сигнала с интегратора 6 при отсутствии указанного сигнала с органа 3 сравнения. Блок запрета может быть выполнен, например, по принципу известных релейного или диодного ключа.

Инвертор 9 предназначен для изменения знака сигнала с интегратора б, элементы 1, 2 и 4 - для выполнения операции отделения электростанции (или отдельных агрегатов) при глубоком снижении частоты, элементы 1, 3, 5-9 - для выполнения той же операции при относительно неглубоком длительном снижении частоты.

В нормальном режиме (при f fi3ai f faaaft) сигнал с измерительного органа 1 поступает на входы органов 2 и 3, а сигналы на выходах этих органов отсутствуют. При аварийном снижении частоты ниже (как правило 45-46 Гц) появляется сигнал на выходе Органа 2, который подается в орган 4, где начинается отсчет заданной выдержки времени tijai. (как правило 0,5- 1 с). По ее истечении на выходе органа 4 появляется сигнал, который подается в исполнительный орган делительной автоматики.

При аварийном снижении частоты ниже гаад (как правило Гц) появляется положительный сигнал л на выходе орга-. на 3, который подается на вход сумматора 5 с коэффициентом усиления Ki и далее на вход интегратора 6. Выходной с,игнал интегратора P 7f-$Ki Afdt, где Ти - постоянная времени интегратора. При выполнении условия f -.гзад. сигнал на выходе интегратора б продолжает увеличиваться, и при достижении им значения уставки органа 7 сравнения на выходе этого органа появляется сигнал, который подается на исполнительный орган делительной автоматики. Чем ниже частота (и, соответственно, чем меньше допустимая длительность работы агрегатов электростанции), тем быстрее нарастет сигнал на выходе интегратора б и тем раньще сработает делительная автоматика. При незначительном отклонении частоты ниже сигнал на выходе интегратора 6 нарастет медленно и срабатывания делительной автоматики произойдет через значительный промежуток времени. Сигнал с выхода интегратора 6 подается также на основной вход блока 8 запрета. При f f23aA т. е. при наличии положительного сигнала д на выходе органа 3, подаваемого на управляющий вход блока 8 запрета, сигнал с интегратора б блокируется в блоке 8 запрета и не поступает в инвертор 9. Если до момента, когда сигнал с выхода интегратора 6 достигает значения 4ад. частота восстанавливается выше , сигнал д на выходе органа 3 сравнения снимается. Вследствие этого исчезает блокирующий сигнал на управляющем входе блока 8 запрета, и сигнал с выхода интегратора 6 через основной вход блока 8 запрета и инвертор 9 с обратным знаком (минус) и коэффициентом усиления К подается на второй вход сумматора 5 и далее на вход интегратора 6. Это приводит к постепенному уменьшени о выходного сигнала интефатора, которое будет происходить до тех пор, пока Оя не станет равным нулю - устройство возвращается в исходное состояние. Если лосле подъема частоты происходит ее повторное снижение ниже Ггэад раньще, чем полное снятие с выхода интегратора 6, работа устройства протекает так же, как и при первоначальном снижении частоты, и сигнал на выходе интегратора, суммируясь с первоначальным остаточным сигналом, вновь начинает нарастать. Аналогично протекает работа устройства и при многократных снижениях и подъемах частоты. Скорость нарастания выходного сигнала интегратора 6 при снижении частоты регулируется коэффициентом усиления KI сумматора 5, а скорость съема этого сигнала при подъеме частоты - коэффициентом усиления К этого же сумматора. По системным требованиям, учитывая возможность каскадного развития аварии с повторяющимися снижениями и подъемами частоты, скорость съема сигнала интегратора должна быть существенно мень ueй, чем скорость его нарастания. Особенностью второго примера реализай,ии устрюйства (фиг. 2) является введение в схему формирования сигнала при снижении частоты блока 10 нелинейности, а в схему съема сигнала при подъеме частоты блока 11 задержки. Зависимость предельно допустимой длительности работы агрегатов с барабанными котлами тепловых электростанций tjon от отклонения частоты Af имеет нелинейный характер. В первом примере реализации устройства она упрощенно принята линейной (сигнал на выходе сумматора 5 пропорционален отклонению частоты). Учет нелинейной зависимости 1доп от Af во втором примере реализации устройства происходит с помощью блока 10 нелинейности. Его характеристика, получаемая из известных зависимостей ( Af) агрегатов, изображена на фиг. 3, где а - выходной сигнал блока нелинейности. Таким образом, выходной сигнал интегратора 6 при снижении частоты во втором варианте устройства равен , dt, где а зависит от if. При наличии блока 11 задержки сигнал с выхода интегратора 6 поступает в блок 8 запрета не сразу же после его возникновения, а через некоторое время tj, определяемое этим блоком. Это позволяет регулировать не только скорость съема сигнала интегратора 6 при подъеме частоты (коэффициентом усиления Kj сумматора 6), но и момент начала съема этого сигнала (выдержкой времени tj блока 11 задержки), что расширяет возможности оптимальной настройки устройства для его работы при авариях с повторяющимися снижениями и подъемами частоты. Время задержки tj блока 11 выбирается исходя из возможной длительности повторяющихся циклов снижении и подъемов частоты и возможного числа таких циклов. Работа второго примера реализации устройства (фиг. 2) протекает так же, как и первого, с той лищь разницей, что сигнал, поступающий на первый вход сумматора 5, нелине Йно (в соответствии с характеристикой блока 10) зависит от величины отклонения частоты (сигнала с органа 3 сравнения), а сигнал с выхода интегратора 6 на вход блока 8 запрета подается с задержкой по времени t , определяемой блоком 11. Использование предложенных устройств делительной автоматики позволяет по сравнению с известными уменьшить народнохозяйственный ущерб при авариях с понижениями частоты в результате снижения объемов отключаемых потребителей и сокращения перерывов их питания путем исключения излишнего преждевременного отделения тепловых электростанций при неглубоких снижениях частоты и обеспечения срабатывания делительной автоматики, выделяющей электростанцию с примерно сбалансированной нагрузкой, до срабатывания технологических защит на электростанции, отключающих агрегаты. Ommp-fiQ Напрлж. 13а9 фиг. 2 На ucnoutf/. орга/i

1. УСТРОЙСТВО ДЕЛИТЕЛЬНОЙ АВТОМАТИКИ ПО ЧАСТОТЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, содержащее орган измерения частоты, вход которого предназначен для подключения к трансформатору напряжения, первый и второй органы сравнения, входы которых подключены к выходу органа измерения частоты, орган выдержки времени, вход которого подключен к выходу первого органа сравнения, а выход предназначен для подключения к исполнительному органу Ж:«СОШЕАМ I . ;. j: : делительной автоматики, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности энергоснабжения потребителей при аварийном понижении частоты, в него введены сумматор, интегратор, третий орган сравнения, блок запрета и инвертор, причем первый вход сумматора подключен к выходу второго органа сравнения, второй вход сумматора - к выходу инвертора, выход сумматора - к входу интегратора, выход которого подключен к основному входу блока запрета и к входу третьего органа сравнения, управляющий вход блока запрета подключен к выходу второго органа сравнения,.а выход блока запрета - к входу инвертора, выход третьего органа сравнения предназначен для подключения к исполнительному органу делительной автоматики. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, (Л что в него введены блок нелинейности и блок задержки, между выходом второго органа сравнения и первым входом сумматора включен блок нелинейности, а блок задержки подключен между выходом интегратора и основным входом блока запрета. 4

фиг 5