История электротехники

Следующим этапом развития противоаварийной автоматики являлись разработка и внедрение автоматов, функционирующих при снижении частоты вследствие возникшего дефицита активной мощности. Автоматический частотный пуск с самосинхронизацией и набором нагрузки гидрогенераторов и автоматическая частотная разгрузка (АЧР) в виде автоматов временного отключения наименее ответственных потребителей электроэнергии (с последующим их частотным АПВ) являлись эффективными средствами предотвращения системных аварий вследствие лавины частоты. Соответственно появились и автоматические устройства ограничения повышения частоты в избыточной по мощности части ЭЭС.

Российскими учеными и специалистами были созданы основы теории и техники противоаварийной автоматики (Б.И. Иофьев, Л.А. Кощеев, Я.Н. Лугинский, М.А. Беркович, А.А. Окин, С.А. Совалов, В.А. Семенов).

Современная общесистемная противоаварийная автоматика ЕЭС имеет назначение не допустить нарушения динамической или статической устойчивости параллельной работы электрических станций или сохранить результирующую устойчивость функционирования ЕЭС. Она состоит из двух рассредоточенных по электроэнергетическим системам комплексов автоматических устройств, связанных каналами обмена информацией и централизованно управляемых от управляющего вычислительного комплекса (УВК), а именно: автоматики предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ) и автоматики ликвидации возникающего асинхронного режима работы (АЛАР).

Особенно сложной является АПНУ. Она функционирует на основе результатов, производимых ЭВМ циклически (через 5—10 с) расчетов устойчивости. При этом вырабатываются необходимые по интенсивности и длительности (дозированные) противоаварийные воздействия на электроэнергетические объекты для каждого из возможных возмущающих воздействий. После каждого цикла расчетов они передаются на места их возможного применения и запоминаются там как готовые к немедленной реализации по безынерционно поступающему сигналу о возникшем возмущающем воздействии.

Для предотвращения нарушения динамической устойчивости производятся, например, кратковременные импульсная разгрузка паровых турбин или электрическое торможение гидрогенераторов. Предотвращение нарушения статической устойчивости в послеаварийных и новых установившихся режимах работы достигается переводом вращающихся гидроагрегатов из режима работы синхронным компенсатором в генераторный режим, отключением части гидрогенераторов и другими действиями, направленными на ликвидацию перегрузки линий электропередачи.

Аналогичные дозированные противоаварийные воздействия характерны и для АЛАР. Если асинхронный режим ликвидировать не удается, действует делительная автоматика, отключающая от ЭЭС несинхронно работающую электростанцию. Последующее восстановление связи производится, как указывалось, устройствами АПВ с синхронизацией.

В совершенствующихся АПНУ и АЛАР все шире применяются современные ПЭВМ. Их разработки ведутся в ВЭИ (В.Д. Ковалев), институте «Энергосетьпроект» и ВНИИР.

5.5.3. АВТОМАТИКА УПРАВЛЕНИЯ

Соответственно развивались и технические средства автоматического управления нормальными режимами работы. Прежде всего автоматизировалась такая ответственная и кропотливая операция, как включение синхронного генератора на параллельную работу методом точной синхронизации.

Современный микросхемный автоматический синхронизатор представляет собой специализированную аналоговую ЭВМ, вычисляющую угол опережения и допустимую по условию устойчивости синхронизации частоту скольжения генератора, учитывая и ускорение вращения генератора в процессе его синхронизации. По соответствующему алгоритму функционируют и программные микропроцессорные автоматические синхронизаторы.

Технические средства собственно автоматического управления нормальными режимами работы электрических станций и подстанций — это непрерывно действующие автоматические регуляторы напряжения и реактивной мощности, частоты вращения и активной мощности синхронных генераторов, автоматические регуляторы реактивной мощности синхронных компенсаторов и непрерывно управляемых статических ее источников, а также автоматические регуляторы коэффициентов трансформации трансформаторов с УРПН и реактивной мощности конденсаторных батарей.

В начальный период становления электроэнергетики автоматическое управление частотой промышленного тока и активной мощностью синхронных генераторов удовлетворительно производилось автоматическими регуляторами частоты вращения паровых и гидротурбин.

Поэтому первыми появились автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) синхронных генераторов и компенсаторов, необходимые для автоматического управления напряжением на шинах электрических станций и подстанций и реактивной мощностью. Это были электромеханические аналоги зарубежных медленно действующих автоматических устройств, примером которых являлся электромеханический АРВ типа СН-91. В 1937 г. в ВЭИ был разработан и выпущен большой партией электронно-ионный АРВ. Однако в связи с низкой надежностью электронных ламп он вскоре уступил место высоконадежным электромагнитным (на магнитных усилителях и первых твердотельных выпрямителях) АРВ, разработанным под руководством В.Л. Иносова и Л.В. Цукерника. Это были комбинированные автоматические устройства, состоявшие, по существу, из двух регуляторов, функционирующих по главным возмущающим напряжение синхронной машины воздействиям: току нагрузки и cosφ — устройства токового и фазового компаундирования, и по остаточному (после воздействия на возбудитель устройства компаундирования) отклонению напряжения — электромагнитные корректоры напряжения. Это были АРВ пропорционального действия.

Во время сооружения первых мощных ГЭС Волжского каскада и первых протяженных и сильно нагруженных линий электропередачи СВН возникла необходимость разработки более совершенных АРВ, обеспечивающих повышение пропускной способности электропередач. В ВЭИ под руководством Г.Р Герценберга были разработаны сначала электронно-ионный, а затем электромагнитный автоматические регуляторы возбуждения пропорционально-дифференциального («сильного») действия (АРВ СД).

Быстрое и интенсивное воздействие на возбудитель синхронного генератора АРВ СД, обеспечиваемое использованием сигналов, формируемых по производным напряжения и угла электропередачи, существенно повысило статическую и динамическую устойчивость функционирования ЭЭС, связанных протяженными и до предела нагруженными линиями СВН.

С появлением интегральных микросхем был разработан аналоговый АРВ СДП, измерительная часть которого формирует сигналы по новым принципам, заметно повышающим эффективность его функционирования. Он успешно эксплуатируется на современных мощных синхронных генераторах и компенсаторах.

Внедрение в технику автоматического управления производством и передачей электроэнергии цифровой вычислительной техники, естественно привело к созданию в ВЭИ (А.В. Фадеев, М.А. Лотков и др.) микропроцессорного АРВ СД, соответствующего последним научно-техническим достижениям в области автоматического управления.

Наиболее актуальная и сложная проблема автоматического управления нормальными режимами — автоматическое регулирование активной мощности и связанной с ней частоты промышленного тока. Сложность ее технической реализации определяется противоречивостью требований к автоматическим регуляторам, определяемых условиями жесткой стабилизации частоты и гибкого оптимального по технико-экономическим показателям распределения нагрузки между синхронными генераторами.

Как указывалось, в начальный период создания ЭЭС, когда мощности одной частоторегулирующей гидроэлектростанции было достаточно для покрытия непрогнозируемой (случайно изменяющейся) части графика нагрузки ЭЭС, поддержание частоты практически на неизменном уровне обеспечивалось астатическими автоматическими регуляторами частоты вращения (АРЧВ) гидротурбин, а распределение прогнозируемой части нагрузки достигалось за счет статизма АРЧВ турбин тепловых электростанций и не принимающих участия в регулировании частоты турбин гидростанций.