Причины возникновения лавины напряжения

С регулированием напряжения

Баланс реактивных мощностей и его связь

В энергосистеме должен соблюдаться оперативных баланс реактивных мощностей

где ∑Q_г – реактивная мощность генераторов станций;

∑Q_в – зарядная мощность линий электропередачи;

∑Q_к.у— мощность компенсирующих устройств;

∑Q_п – реактивная мощность потребителей;

∑∆Q_с – потери реактивной мощности в электрических сетях.

Этот баланс постоянно сохраняется за счет изменения генерируемой мощности В соответствии со статическими характеристиками нагрузки по напряжению (см.рисунок 5.9).

Условие баланса реактивной мощности непосредственно связано с величинами напряжений в электрической сети. Рассмотрим эту связь на примере схемы одного элемента сети (см.рисунок 5.10). Пусть в начальный момент времени имел место баланс реактивной мощности и напряжение в начале линии было U₁ , а в конце ее U₂ . Этим напряжениям по статическим характеристикам соответствовала нагрузка потребителей P_н + JQ_н. Напряжение в конце линии можно определить

U₂ = U₁ –

Если за счет разгрузки источника реактивной мощности снизить напряжение U₁ до U₁ ‘ , то произойдет снижение напряжения в узле нагрузки U₂ до U₂ ‘ . При этом по статическим характеристикам мощность потребителей уменьшится до P_н ‘ + JQ_н ‘ (см.рисунок 5.9) и напряжение в конце линии

U₂ ‘ = U₁ ‘ –

Изменение напряжения U₂ произойдет из-за снижения напряжения в начале линии и изменения потери напряжения. Статические характеристики реактивной мощности значительно круче характеристик активной мощности. На каждый процент изменения напряжения происходит изменение активной мощности на 0,6–2%, а реактивной на 2-5%. Поэтому при снижении напряжения U₁ происходит снижение потери напряжения. В результате изменение U₂ будет меньше, чем изменение U₁

Таким образом, за счет изменения нагрузки потребителей в соответствии со статическими характеристиками происходит некоторое регулирование напряжения U₂. Этот процесс называется регулирующим эффектом нагрузки по напряжению. В результате такого регулирования новым значениям напряжений U₁ ‘ и U₂ ‘ будет соответствовать новое условие баланса реактивной мощности.

Регулирующий эффект нагрузки будет проявляться только до некоторого критического напряжения U_кр. Если напряжение U₂ окажется ниже критического, то будет происходить обратное явление: снижение напряжения вызовет рост реактивной нагрузки потребителей, что приведет к росту потерь напряжения и дальнейшему снижению напряжения U₂. Наступает лавина напряжения и происходит нарушение баланса реактивной мощности (см. рисунок 5.11). Здесь t₁— момент снижения напряжения до U_кр, а интервал времени t₂ – t₁ процесс развития лавины (несколько секунд). В результате лавины напряжения происходит нарушение устойчивости нагрузки, которое выражается в саморазгрузке потребителей. После их отключения напряжение восстанавливается.

Для узлов со смешанным характером потребителей критическое напряжение составляет 0,8 – 0,75 номинального напряжения сети. Лавина напряжения может наступить как во всей энергосистеме, так и в отдельных узлах, в которых возникает дефицит реактивной мощности. Для предотвращения лавины напряжения применяют специальные меры.

Источник

Лавина частоты и напряжения.

Разделение частей ЭЭС в точке сети, через которую в доаварийном режиме протекала значительная мощность, приводит к нарушению баланса активной мощности. Если в части ЭЭС, получавшей мощность извне, резервы недостаточны, то возникает дефицит активной мощности.
Баланс активной мощности в установившемся режиме характеризуется равенством генерируемой и потребляемой мощностей при нормальной частоте. Он определяется точкой пересечения статических характеристик нагрузки (2) и генерирующих источников (1) (рис. 10.11). В исходном режиме этому соответствует точка А. Предположив ограничение характеристики генерирующих источников после разделения линией

Лавина напряжения — Явление лавинообразного снижения напряжения вследствие нарушения статической устойчивости энергосистемы и нарастающего дефицита реактивной мощности

Различают несколько причин возникновения лавины напряжения:
Сопутствующая лавина понижения напряжения возникает одновременно с лавиной частоты вследствие разделения ЭЭС на части, которые иногда приводят к потере части генерирующей реактивной мощности и зарядной мощности сети сверхвысокого напряжения, существенной для баланса. Кроме того, большое снижение частоты из-за его влияния на работу АРВ приводит к изменению напряжения на выводах генераторов.
Известно, что измерительные органы АРВ пропорционального действия обладают индуктивностью, в результате чего они реагируют на снижение частоты как на эквивалентное ему повышение напряжения. В результате эти АРВ приводят к некоторому уменьшению напряжения. В среднем при снижении частоты на 1% напряжение уменьшается на 1,4%.
АРВ сильного действия, реагируя на производную частоты, наоборот, воспринимают снижение частоты как уменьшение напряжения, что увеличивает возбуждение генераторов.
Реакции АРВ обоих типов противоположны и в целом влияние изменения частоты на напряжение зависит от их удельного веса в ЭЭС.
Процесс снижения напряжения при сопутствующей лавине протекает в два этапа. На первом этапе напряжение скачком уменьшается до установившегося значения, соответствующего балансу реактивной мощности (рис. 10.16). На втором этапе при снижении частоты, происходящем с постоянной времени Т=2—3 с, напряжение дополнительно уменьшается из-за характеристик АРВ. Изменение напряжения, влияя на мощность, потребляемую нагрузкой, в свою очередь оказывает некоторое воздействие на изменение частоты.
При успешной работе частотной разгрузки ликвидируются дефициты как активной, так и реактивной мощностей.
Главная опасность сопутствующей лавины напряжения заключается в том, что большие снижения напряжения могут вызвать отказы частотной автоматики, предназначенной для поддержания частоты в безопасных пределах. Возможны также отказы отключения выключателей на подстанциях с оперативным переменным током.
Во избежание отказов необходимо, чтобы принцип действия реле частоты исключал влияние напряжения на их уставку, а цепи отключения выключателей на подстанциях с оперативным переменным током питались от стабилизаторов напряжения.

Источник

Лавина напряжения в узле нагрузки

В нормальных режимах работы асинхронных двигателей их рабочее скольжение значительно меньше критического, а максимальная мощность в (1,5-2,2) раза больше потребляемой. Исходя из этих параметров, боль­шинство энергетиков предприятий обычно считают, что асинхронные дви­гатели работают с большим запасом устойчивости. Поэтому колебания напряжения не являются опасными с точки зрения устойчивой работы двигателей, и только весьма значительные снижения напряжения мо­гут приводить к останову или, как иногда говорят, к опрокидыванию двигателей. Однако это справедливо только в том случае, если питание двигателей осуществляется от шин, напряжение на которых не зависит от режима их работы.

В большинстве случаев напряжение на шинах двигателя зависит от режима двигателя (характерным примеров является режим пуска двига­теля, когда отклонение напряжения на его шинах может быть весьма зна­чительным). Условия нарушения устойчивости двигателя в этом случае получаются существенно иными. Для оценки изменений условий ус­тойчивости рассмотрим систему электроснабжения, приведенную на рис. 4.12, а, где нагрузка представлена эквивалентным асинхронным дви­гателем. Для данной системы очевидно, что изменение нагрузки двигателя приведет к изменению напряжения на его шинах. В этих условиях характе­ристику мощности удобнее вычислять и строить не по изменяющемуся напряжению U=φ(s), а по неизменному значению ЭДС Е.Максимальная мощность в этом случае будет

Данное выражение получено как приближенное, исходя из весьма уп-
рощенной схемы замещения при вынесении ветви намагничивания на шины
ЭДС (см. рис. 4.12, б). Однако это обстоятельство не меняет общих каче-
ственных закономерностей.

Величина Р_МЕ, определенная при Е=const [или, что одно и то же при
U=φ(s)], будет значительно меньше Р_м, определенной при U=const по
формуле (4.12). Критическое скольжение, определяемое из выражения

Из этого следует (см. рис. 4.12, в), что опрокидывание двигателей, получающих питание от системы соизмеримой мощности, может произойти при сравнительно небольших изменениях скольжения и небольших сниже­ниях ЭДС в системе и тем более при небольших изменениях напряжения.

Поэтому в общих случаях определение критических параметров следует проводить, исходя не из напряжения на зажимах двигателей, которое не являет­ся независимой переменной, а исходя из ЭДС генератора, которую можно счи­тать не зависящей от изменений режима. Эта ЭДС в зависимости от способа регулирования возбуждения генератора будет различной (см. параграф 2.9).

Рассмотрим процесс нарушения устойчивости комплексного узла на­грузки, основываясь на статических характеристиках нагрузки, генерации и критерия .

Известно, что в состав комплексного узла нагрузки кроме асинхрон­ных двигателей входят также синхронные двигатели и статические потре­бители (освещение, печи, выпрямители и т. д.). Однако именно асинхрон­ные двигатели в большинстве случаев определяют качественный характер статической характеристики реактивной мощности узлов нагрузки по на­пряжению (зависимость Q_н, рис. 4.13, а). При уменьшении напряжения потребляемая реактивная мощность нагрузки снижается. Однако при боль­ших снижениях напряжения, в зоне критических значений, реактивная мощность увеличивается из-за останова не отключившихся от сети асинх­ронных двигателей. Практически это увеличение ограничивается отклю­чением части потребителей из-за самопроизвольного «отпадания» магнит­ных пускателей при низких напряжениях. Это снижает нагрузку и, соот­ветственно, характеристику реактивной мощности.

На рис. 4.13, а представлены наиболее типичные характеристики Q_r ге­нерируемой реактивной мощности. Вначале, при снижении напряжения, ха­рактеристика мощности возрастает. Это обусловлено уменьшением второй составляющей мощности в выражении (4.19) и увеличением первой из-за возрастания ЭДС Е, обусловленной действием АРВ. При дальнейшем сниже­нии напряжения ток возбуждения генерирующих источников достигает по­толочных значений, и в дальнейшем их реактивная мощность уменьшается.

В нормальных режимах баланс реактивных мощностей характеризу­ется точкой А пересечения характеристик нагрузки и генерации в области допустимых значений напряжения (зависимости Q_H и Q_Г1 рис. 4.13, а). В аварийных режимах характеристика генерации, как правило, резко сме­щается из-за отключения части питающих линий электропередачи или ге­нерирующих источников. В этом случае характеристики нагрузки и генера­ции пересекаются в точке Б (зависимости Q_Н и Q_Г2) с аварийным уровнем напряжения U_кр. Критический режим по напряжению U_кр наступает в точ­ке В, где реактивные мощности генерации и нагрузки еще балансируются, однако их характеристики только соприкасаются (зависимости Q_Н и Q_Г3). При дальнейшем смещении характеристики генерации она уже не будет иметь точки пересечения с характеристикой нагрузки, и возникает лави­нообразный процесс снижения напряжения (рис. 4.13, б). Аналогичное явление может иметь место и при увеличении нагрузки. При этом проис­ходит торможение двигателей, что вызывает резкое увеличение потребля­емой реактивной мощности и, как следствие, прогрессирующее снижение напряжения из-за нарушения баланса мощностей (реактивная мощность на­грузки Q_Н больше мощности генерации Q_Г). Оперативный персонал энерго­системы и потребителей не имеет непосредственно информации о росте то­ков и скольжений двигателей, входящих в состав комплексной нагрузки, в то время, когда они приближаются или происходит режим опрокидывания, но наблюдают резкое лавинообразное снижение напряжения. Процесс этот по­этому и получил название лавины напряжения. Лавина напряжения заканчива­ется полным обесточиванием всего энергоузла (Q_r=О, U=0) из-за нарушения работы собственных нужд электростанций или установлением весьма низких уровней напряжения U_л (точка Г, рис. 4.13), когда у потребителей произошло нарушение устойчивости двигателей и самоотключение части нагрузки.

Основными причинами аварийного снижения напряжения, вызываю­щего лавину напряжения, являются отключения генерирующих источни­ков (генераторов, синхронных компенсаторов, конденсаторных установок) или основных питающих линий электропередачи.

Лавина напряжения может возникать как при номинальной частоте, так и при ее аварийном снижении. Так, сопутствующая лавина напряже­ния возникает одновременно с лавиной частоты вследствие разделения энергосистемы на несинхронно работающие части и потери при этом час­ти генерирующей реактивной мощности и зарядной мощности отключен­ных линий электропередачи. Главная опасность сопутствующей лавины напряжения со стороны энергосистемы заключается в том, что большие снижения напряжения могут вызвать отказы устройств АЧР и привести к нарушению устойчивости потребителей собственных нужд электростан­ций. Несрабатывание АЧР и погашение электростанций в еще большей степени способствуют развитию аварии. В то же время успешная работа АЧР ликвидирует дефициты как активной, так и реактивной мощности .

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник