Влияние изменения частоты на работу электрических систем

Для электроэнергии основные показатели качества: напряжение и частота, для тепловой энергии: давление, температура пара и горячей воды. Частота связана с активной мощностью (Р), а напряжение с реактивной мощностью (Q).

Все вращающиеся машины и агрегаты рассчитаны таким образом, что экономический коэффициент полезного действия достигается при номинальном числе оборотов в минуту: n = 60f/p ,

где: n — число оборотов в минуту, f — частота тока в сети, p — число пар полюсов.

Частота переменного тока , вырабатываемая генераторами, есть функция числа оборотов турбины. Число оборотов механизмов — функция частоты.

На рис. 1 представлены относительные статические характеристики нагрузки для энергосистемы по частоте.

Анализ зависимостей на рис.1 показывает, что при уменьшении частоты снижается число оборотов двигателя, снижается производительность машин и механизмов.

1. Текстильная фабрика дает брак при изменении частоты от номинальной, т к. изменяется скорость движения нити и станки дают брак.

2. Насосы (питательные), вентиляция (дымососы) тепловых электростанций зависят от числа оборотов: давление пропорционально « n 2 », потребляемая мощность « n 3 », где n — число оборотов в минуту;

3. Активная мощность нагрузки синхронных двигателей пропорциональна частоте (при снижении частоты на 1%, активная мощность нагрузки синхронного двигателя уменьшается на 1%);

4. Активная мощность нагрузки асинхронных двигателей уменьшается на 3% при снижении частоты на 1%;

5. Для энергосистемы снижение частоты на 1% приводит к уменьшению суммарной мощности нагрузки на 1-2%.

Изменение частоты влияет на работу самих электростанций. Каждая турбина рассчитана на определенное число оборотов, то есть при падении частоты снижается вращающий момент турбины. Падение частоты влияет на собственные нужды электростанции и в результате может наступить нарушение работы агрегатов станции.

При понижении частоты из-за нехватки активной мощности снижается нагрузка потребителей, чтобы поддержать частоту на прежнем уровне . Степень изменения нагрузки при изменении частоты на единицу называется регулирующим эффектом нагрузки по частоте . Процесс нарушения устойчивой работы электростанции из-за падения частоты и при отсутствии резерва активной мощности называется лавиной частоты.

Если f =50 Гц, критическая частота при которой производительность основных механизмов собственных нужд электростанций снижается до нуля и наступает лавина частоты — 45 — 46 Гц.

При падении частоты снижается э.д.с. генератора (т.к. понижается скорость возбудителя) и снижается напряжение в сети.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Причины отклонения частоты в электрических системах

Как известно из курса ТОЭ, в нормальном установившемся режиме суммарная мощность вырабатываемая всеми генераторами электрической системой должна быть точно ровна суммарной мощности всех электроприемников подключенной к системе в данный момент. В этом случае, скорость вращения генераторов системы (а все они вращаются синхронно), а следовательно, и частота в электросистеме, должна оставаться постоянной и равной номинальной −50 Гц (в США, Японии и ряде других стран 60 Гц).

Всякое нарушение баланса между вырабатываемой и потребляемой мощностями вызывает изменение скорости вращения генераторов т. е. частоты в системе.

При аварийном отключении одного (нескольких) генераторов или подключении мощных нагрузок в системе возникает дефицит активной мощности. Электрическая нагрузка (их отдаваемый ток) на оставшиеся в работе генераторы возрастает. При этом турбины этих генераторов начинают тормозиться, что приводит к понижению частоты в системе.

Автоматические регуляторы частоты (АРЧ) увеличивают подачу пара в турбины (или воды в гидротурбины) и их обороты (мощность) увеличиваются, соответственно увеличивается до номинальной и частота напряжения вырабатываемая исправными генераторами.

Такое поддержание частоты возможно только при наличии резерва активной мощности в генераторах, то есть, если генераторы до рассматриваемого момента были частично не догружены. Если же все резервы по мощности будут исчерпаны, системе не удается восстановить частоту.

При отключении мощных нагрузок, с системе появляется избыточна генерируемая мощность, т. к. мощность вырабатываемая турбинами генераторов в первый момент остается неизменной, что приводит к повышению их оборотов и, соответственно, частоты в системе. При этом вступают в действие регуляторы скорости паровых турбин, которые несколько уменьшают подачу пара (в гидравлических турбинах – подачу воды) снижая тем самым вырабатываемую генератором мощность до достижения нового баланса мощности в системе.

Регуляторы скорости вращения паровых турбин работают достаточно быстро, поэтому сброс нагрузки проводит к незначительному возрастанию частоты и быстрому ее восстановлению до номинального значения. В гидравлических турбинах регуляторы действуют медленнее и у них скорость вращения (частота) может повыситься до 120 – 140 %.

19) Влияние отклонения частоты на работу электроприемников, требования нормативных документов к отклонениям частоты.

Влияние отклонения частоты на работу электроприемников и электросистемы

Незначительныеснижения частоты (на несколько десятых герца) не представляет серьезной проблемы для электросистемы, но такое понижение частоты не благоприятно отражается на работе потребителей. С понижением частоты снижается скорость вращения электродвигателей (особенно асинхронных) и, соответственно, производительность приводимых ими в движение механизмов.

На отдельных предприятиях отклонение частоты от номинальной может привести к нарушению технологии производства, снижение частоты на 3 – 5% нарушает работу радиооборудования и ряда автоматических устройств управления. При снижении частоты резко возрастает реактивная мощность трансформаторов и вращающихся машин, что снижает экономичность работы электрических сетей.

Крайне отрицательно влияет снижение частоты на работу тепловых электростанций. Так, например снижение частоты на 3 – 5 Гц влечет уменьшение на 20 – 40 % подачу воды в конденсатор циркуляционными насосами. Это ведет к уменьшению располагаемой мощности (мощности которую может генерировать) станции, что в свою очередь ведет к дальнейшему падению частоты в системе. Это опасное явление получило название «лавина частоты».

Требования нормативных документов к устройствам АЧР

Согласно ПУЭ [11] устройство автоматического ограничения снижения частоты должно исключить работу электросистемы при частотах ниже 45 Гц, время работы с частотой ниже 47 Гц не должно превышать 20 с, а с частотой ниже 48,5 Гц – 60 с.

ГОСТ по качеству электроэнергии [8] нормирует следующие отклонения частоты:

— нормально допустимые отклонения (в нормальном режимах работы)

— максимально допустимые отклонения (в послеаварийном режимах)

Принцип действия АЧР, категории и очереди АЧР

Принцип действия АЧР

Аварийное снижение частоты, вызванное внезапным значительным дефицитом активной мощности имеет быстротечный характер – несколько секунд. Поэтому парировать это снижение может только автоматика. Первоначально, автоматика задействует все резервы активной мощности в системе. Исправные генераторы системы берут на себя максимум нагрузки (с учетом допустимых кратковременных перегрузок).

Если после этих действий автоматики частота продолжает снижаться (что свидетельствует о не устраненном дефиците активной мощности) остается единственный способ уравнять величины генерируемой и потребляемой мощностей – отключить часть наименее ответственных электроприемников.

Такие отключения осуществляются специальными устройствами электроавтоматики – автоматами частотной разгрузки – АЧР.

Устройства АЧР, как правило, устанавливаются на подстанциях электросистемы, допускается их установка непосредственно у потребителей, но под контролем электросистемы [8].

ПУЭ [8] подразделяет устройства АЧР на две категории: АЧРI и АЧРII.

Первая категория – АЧРI предназначена для не допущения глубокого снижения частоты в первоначальный момент развития аварии. Эти устройства выполняются быстродействующими (с выдержками времени t_АЧР ≤ 0,5 с) и уставками срабатывания по частоте от 47 – 48 Гц до 46 – 46,5 Гц. Для реализации АЧРI потребители отключаются небольшими группами, согласно очередности. Электроприемники первой очереди отключаются, например, при снижении частоты ниже 48 Гц. Если снижение частоты будет продолжаться отключаются электроприемники второй очереди с уставкой 47,5 Гц, далее – третьей, с уставкой 47 Гц. Минимальное отличие в уставках частоты ближайших очередей принимают равным 0,1 Гц. АЧРI оборудуется примерно 75 – 80% всей электрической нагрузки оснащаемой АЧР.

Вторая категория – АЧРII предназначена для восстановления частоты в случае если она длительно остается пониженной, образно говоря «зависает» на уровне около 48 Гц. Уставки по частоте АЧРII принимают одинаковыми и на 0,5 Гц выше верхней уставки АЧРI. В отличии от АЧРI в работу АЧРII вводятся значительные выдержки времени в диапазоне 15 – 90 с отличающиеся друг от друга на 5 с. Такие относительно большие выдержки необходимы для подключения резервов мощности, в частности, запуска гидрогенераторов. Устройствами АЧРII оснащается примерно 20 – 25 % всей электрической нагрузки оснащаемой АЧР.

21) Эл.схема устройства АЧР на электромеханических реле, работа схемы.

На рис. 7.1 приведена схема устройства АЧР на постоянном оперативном токе с использованием электромеханических или электронных реле.

Основным элементом схемы является реле частоты KF (электромеханическое типа ИВЧ-3 индукционного принципа действия или электронное типа УРЧ-3М). Реле KF контролирует частоту первичной сети через измерительный трансформатор напряжения TV. При снижении частоты ниже уставки, реле KF замыкаетсвой контакт в цепи реле времени KT. Напряжение постоянного оперативного тока, вырабатываемое блоком питания UGV (например типа БПЗ-401), подается на обмотку реле времени KT (типа ЭВ-100 или ВЛ-68). Последнее, через заданную выдержку времени замкнет свой контакт KT в цепи обмоток указательного реле KH (типа РУ-21) и промежуточного реле KL (типа РП-23). Подробное описание названных реле приведено в лабораторной работе 1 и 2.

Промежуточное реле замыкает свои контакты KL1 и KL2, посылая команды отключения на приводы выключателей Q1 и Q2. Выключатели срабатывают, отключая присоединенные через них электроприемники. Замкнувшиеся контакты KL3 формируют команду на запрет АПВ. Срабатывание указательного реле KH сигнализирует обслуживающему персоналу о фактесрабатывания устройства АЧР.

Источник

Отклонение частоты тока в сети при резком изменении нагрузки генератора

г.Йошкар-Ола, ул. Крылова д.53

+7 (902) 124-40-40,+7 (987) 700-7887

teslafirm@mail.ru

Отклонение частоты

Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты Δf, для которого установлены следующие нормы:

— нормально допустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты равны ± 0,2 и ± 0,4 Гц соответственно.

Причины отклонения частоты от норм ГОСТ 13109-97

Частота f является общесистемным параметром режима ЭЭС и определяется балансом активной мощности. При возникновении дефицита генерируемой мощности в системе происходит снижение частоты до такого значения, при котором устанавливается новый баланс генерируемой и потребляемой мощности, при избытке генерируемой мощности, наоборот, частота повышается. ,

Частота переменного тока в электрической системе определяется частотой вращения генераторов электрических станций. Номиналь­ное значение частоты 50 Гц (в некоторых странах 60 Гц) может быть обеспечено при наличии резерва активной мощности на электростан­циях.

На рисунке 1 представлены статические характеристики генерато­ров Р_г =f(f) и нагрузки Р_н = f(f) системы по частоте. При некоторой суммарной активной мощности Р_ном эти характеристики пересека­ются в точке а, где система работает при номинальной частоте f_ном. Допустим, что мощность нагрузки системы увеличилась до Р₁, чему соответствует ее характеристика 1. Если характеристика генерирую­щей части системы при этом осталась неизменной, то пересечение характеристик 1 и Р_г =f(f) произойдет в другой точке — b, когда уста­новится новый дефицитный баланс активной мощности и частота в системе снижается так, что f₁ f_НОМ.

Из рассмотренных на рисунке.1 характеристик видно, что регулиро­вание частоты в системе возможно только при наличии резерва активной мощности, определяемого в данном случае разностью ординат Р\ и Р_ном. Ввод резервной мощности возможен в системе за счет дополнительного расхода энергоносителя первичного двигателя (турбины) генератора на электростанции.

Качество электроэнергии по частоте характеризуется установив­шимся отклонением частоты Δf: Δf= fу-fном» где fном и fу — номи­нальное и установившееся (фактическое) значение частоты, Гц.

Источник

Чем страшны колебания частоты в электросети

Частота переменного тока, используемого мировыми потребителями электроэнергии, допускает два стандарта. Практически во всех странах обоих Америк, Саудовской Аравии и ряде островных государств частота электросети составляет 60Гц, в остальных странах, включая Россию, электрооборудование потребляет переменный ток промышленной частоты 50Гц. Физически частоту переменного тока электросети легко представить в виде частоты вращения генераторов электростанций, точнее их подвижных частей – роторов.

Это один из наиболее важных параметров, характеризующих электрическую сеть, недаром отклонениям частоты в стандарте качества электроэнергии уделено особое внимание. Среди продолжительных отклонений напряжения от номинальных параметров, колебания частоты стоят на первом месте, и лишь потом сосредотачивается внимание на отклонениях напряжения. Стандартом ГОСТ 32144-2013 установлено максимальное отклонение значения частоты от принятых 50 герц, которые составляют ±0.4Гц. При этом номинальные значения частоты должны находиться в пределах 50±0.2Гц.

В чем опасность отклонений от нормально допустимых значений?

Чтобы оценить ущерб, который может принести факт изменения, в частности снижения частоты переменного тока, проблему следует рассматривать в двух аспектах: технологическом и электромагнитном. В обоих вариантах изменение частоты оборачивается экономическими потерями, в той либо иной степени несущими материальный ущерб.

В первом случае снижение частоты ведет к нарушению технологических процессов, связанных с замедлением работы производственного оборудования. Иллюстрацией этому служат частотные преобразователи – регуляторы частоты, предназначенные для плавного пуска мощных электродвигателей. Таким образом, в лучшем случае падает производительность оборудования, в худшем приводит к производству брака.

Электромагнитные потери связаны с изменением баланса реактивных и активных мощностей. Это негативным образом отражается на эффективности работы электрооборудования, так, например понижению частоты питающей сети на 1% сопутствует снижение мощности нагрузки асинхронного двигателя на 3%.

Неблагоприятным образом отклонения от основной частоты сказываются на электрооборудовании с сердечниками из электротехнической стали. Разогрев магнитопроводов приводит к общему нагреву электродвигателей, силовых трансформаторов, что в целом отражается на ресурсах оборудования.

Критично к понижению частоты и собственное технологическое оборудование электростанций. При значительных отклонениях (46 … 45Гц), связанных со снижением активной мощности, наступает так называемая «лавина частоты», происходит отключение энергосистемы.

Опасны для электрооборудования ситуации в случаях повышения частоты, как правило, возникающих при резком снижении потребителями электрической энергии нагрузки. Избыточная мощность в первую очередь опасна для оборудования электростанции. Повышение частоты питающего напряжения приводит к увеличению скорости вращения двигателя асинхронного типа, однако вращательный момент при этом падает. В случае отсутствия запаса по мощности это приводит торможению электродвигателя, вплоть до полного останова.

В дилетантской среде существует ошибочное мнение, что к изменениям частоты критично качество изоляции, вызывающее ее старение. Это не совпадает с действительностью, поскольку боится изоляция воздействия высших гармоник, а отклонения в несколько герц ей не страшны. Причина деструктивных процессов материала изоляции вызвана плохой синусоидальностью напряжения обусловленной наличием гармоник, кратных частоте основного напряжения. Правда, гармоники негативным образом отражаются и на самом оборудовании, что определяет необходимость борьбы с этим явлением.

В нашей компании Вы можете заказать измерение качества электроэнергии, посмотреть информацию о стоимости и порядке проведения работ можно здесь

Остались вопросы?

Заполните форму обратно связи ниже, наши специалисты свяжутся с Вами, проконсультируют, расскажут про возможные способы решения Вашей задачи.

Источник