В соответствии с действующим в странах СНГ международным стандартом (ГОСТ 13109-97) [28] качество частоты в электроэнергетической системе оценивают по отклонению частоты.
Под отклонением частоты понимают алгебраическую разность между фактическим значением частоты и ее номинальным значением при медленных изменениях
= f - fном, (2.10.2)
или в процентах
% = 100. (2.10.3)
Действующие нормы [28] устанавливают нормально допустимые и предельно допустимые значения отклонения частоты, которые соответственно равны ± 0,2 Гц (±0,4 %) и ± 0,4 Гц (± 0,8 %). Оценка соответствия показателя качества частоты указанным нормам проводится в течение расчетного периода, равного 24 ч. Качество электрической энергии по отклонению частоты считается соответствующим требованиям, если все измеренные в течение 24 ч значения отклонений частоты находятся в интервале, ограниченном предельно допустимыми значениями, а не менее 95 % всех измеренных значений отклонения частоты находятся в интервале, ограниченном нормально допустимыми значениями. Качество частоты может быть также оценено по суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимые значения, которая не должна составлять более 5 % от 24 ч, а за предельно допустимые значения - 0 %.
Существуют два типа регулирования частоты: первичный и вторичный.
Первичное регулирование. В нормальном режиме энергосистемы регулированию подлежат в основном отклонения частоты, обусловленные изменением состава и мощности потребителей. Эти изменения мощности в течение суток составляют 20...50 %. Весьма важно знать максимальную скорость изменения нагрузки, которая достигает 1...3 % в минуту и 5... 15 % в час.
Для регулирования частоты турбины электростанций снабжают регуляторами скорости. Регулировочная способность турбин определяется характеристиками регуляторов скорости. Характеристики бывают астатические (рис. 2.10.10, а) и статические (рис. 2.10.10, б).
Принцип регулирования заключается в том, что при изменении частоты мощность турбины соответственно изменяется так, чтобы восстановить прежнюю частоту. Например, при снижении частоты fном доf1 (рис. 2.10.10, б) происходит автоматический набор нагрузки с Р0 до Р1. При дальнейшем снижении частоты
мощность генератора будет расти до тех пор, пока не станет равной номинальной Рном.
Рис. 2.10.10. Характеристики регуляторов скорости: а – астатическая; б – статическая
Наклон характеристики выражают крутизной. С увеличением крутизны статическая характеристика превращается в астатическую. При малейшем отклонении частоты турбины с астатическими характеристиками могут набирать сразу номинальную нагрузку, что обеспечивает быстрое регулирование. Однако при параллельной работе нескольких генераторов астатические характеристики непригодны, так как не обеспечивают однозначного устойчивого распределения нагрузки между станциями. Поэтому в энергосистемах применяют, как правило, турбины со статическими характеристиками.
Вторичное регулирование частоты.
При выполнении регуляторов скорости турбин со статическими характеристиками первичное регулирование частоты не обеспечивает поддержание номинальной частоты в системе. Поэтому дополнительно применяют вторичное регулирование. Оно заключается в смещении характеристик регуляторов скорости турбин параллельно самим себе. Вторичное регулирование может осуществляться вручную или автоматически.
Рис. 2.10.11. Совместное первичное и вторичное регулирование частоты
Рассмотрим совместный процесс первичного и вторичного регулирования частоты. Пусть известны усредненная характеристика регуляторов скорости генераторов системы Pг0 и статическая характеристика нагрузки Рн0 (рис. 2.10.11).
В точке 0 имеется равновесие генерируемой и потребляемой мощностей при частоте fН .
Пусть произошел рост нагрузки потребителей в соответствии с суточным графиком нагрузки, характеризующийся переходом из точки 0 в точку 1 (рис. 2.10.10). На рис. 2.10.11 это изменение соответствует новому положению Рн статической характеристики нагрузки, по которой потребляемая мощность при номинальной частоте будет определяться точкой 1. Если на турбинах электростанций отсутствуют первичные регуляторы скорости, то при росте нагрузки потребителей мощность генераторов Рг останется неизменной, произойдет первичное регулиование частоты за счет изменения мощности нагрузки по ее новой статической характеристике Рн и частота снизится до величины f1 соответствующей точке 2 на пересечении новой характеристики нагрузки и прежней мощности генераторов.
При включенных регуляторах скорости генераторы наберут часть нагрузки, и пересечение характеристик РГО и Рн окажется в точке 3, а частота станет f2, причем f1 < f2 < fном. Наконец, при наличии регуляторов вторичного регулирования характеристика генераторов РГО будет смещаться до тех пор, пока частота не станет равной номинальной fном (точка 1, характеристика Р ГО-В результате весь прирост нагрузки Р примут на себя генераторы станций.
Для выполнения вторичного регулирования частоты в системе обычно выделяют одну или несколько станций, а все остальные станции получают задание поддерживать постоянную нагрузку и участвуют только в процессе первичного регулирования частоты.
Пусть характеристика нерегулирующих станций занимает первоначальное положение Рнр, а регулирующей - Рр (рис: 12.15). Точки 1 характеризуют какой-то первоначальный рабочий режим энергосистемы при частоте fном и соответствующих нагрузках станций Р и Рр. При увеличении нагрузки системы за счет первичного регулирования произойдет набор нагрузки на регулирующую и нерегулирующие станции до Р и Р2, но частота до первоначальной fном не восстановится, а станет равной f1 . Работа станций будет продолжаться в точках 2. При этом увеличение мощности станций составляет Р' + Р1.
Для восстановления частоты до номинальной регулирующая станция продолжит набор нагрузки до Р3, осуществляя процесс вторичного регулирования частоты. При этом будет происходить смещение ее частотной характеристики параллельно самой себе вплоть до точки 3, пока частота снова не станет номинальной. В этот период на нерегулирующих станциях продолжается первичное регулирование в обратную сторону на участке 2-1. Оно заканчивается в точке 1, соответствующей номинальной частоте и первоначальной нагрузке станций. После восстановления номинальной частоты всю дополнительную нагрузку P1 + P2 примет на себя регулирующая станция.
Лекция2.11. Типы электроприёмников, режимы их работы
2.11.1. Потребители и приёмники электрической энергии. Основные понятия и определения
Приемник электрической энергии (электроприемник) - аппарат, агрегат, механизм, предназначенные для преобразования электрической энергии в другой вид.
Потребителем электрической энергии называется электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.
2.11.2. Классификация электроприёмников
Электроприемники I категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.
Из состава электроприемников 1 категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования.
Электроприемники I категории должны обеспечиваться питанием от двух независимых источников питания, перерыв допускается лишь на время автоматического восстановления питания.
Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории предусматривается дополнительное питание от третьего независимого источника питания. Независимыми источниками питания могут быть местные
электростанции, электростанции энергосистем, специальные агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т, п.
Электроприемиики II категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, масссовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Эти электроприемники рекомендуется обеспечивать питанием от двух независимых источников, взаимно резервирующих друг друга, для них допустимы перерывы на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.
Допускается питание электроприемников II категории по одной воздушной линии, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 сут. Допускается питание по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату. При наличии централизованного резерва трансформаторов и
возможности замены повредившего трансформатора за время не более 1 сут допускается питание от одного трансформатора.
Электроприемники III категории - все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий.
Для этих электроприемников электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта и замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают I сут.
Самостоятельную группу электроприемников составляют нагревательные аппараты и электропечи, работающие в продолжительном режиме с постоянной или маломеняющейся нагрузкой, и осветительные приборы (лампы накаливания и люминесцентные), отличительной особенностью которых является резкое изменение нагрузки в течение суток и постоянство нагрузки при включенном освещении.
По напряжению все электроприемники могут быть разделены на две группы:
электро приемники, которые могут получать питание непосредственно от сети 3, 6 и М> кВ. К этой группе относят крупные электродвигатели, мощные печи сопротивления и дуговые печи для плавки черных и цветных металлов, питаемые через собственные трансформаторы. Следует отметить, что на 10 кВ могут быть изготовлены двигатели мощностью не менее 800—1000 кВт;
электроприемники, питание которых экономически целесообразно на напряжении 380—660 В.
По роду тока электроприемники могут быть разделены на три группы, работающие:
от сети переменного тока нормальной промышленной частоты (50 Гц);
от сети переменного тока повышенной или пониженной частоты;
от сети постоянного тока.
2.11.3. Характеристики приёмников основных классификационных групп.