Автоматизация разработки графиков автоматической частотной разгрузки (АЧР)

Графики ограничения потребления, аварийного отключения и частотной разгрузки разрабатываются ежегодно и применяются в случае возникновения или угрозы возникновения аварийных электроэнергетических режимов, а именно возникновения или угрозы возникновения выхода параметров электроэнергетического режима за пределы допустимых значений.

Автоматическая частотная разгрузка (АЧР) - это автоматика, которая предназначена для ликвидации аварийных ситуаций связанных с дефицитом активной мощности и снижением частоты в энергосистеме при отсутствии вращающегося резерва на ТЭС, ГЭС, ГАЭС путем автоматического отключения части потребителей. Нагрузка может быть заведена под воздействие АЧР с подстанций, потребителей и электростанций. Устройства АЧР должны быть постоянно введены в работу с заданными объемами нагрузки и уставками срабатывания по частоте и выдержке времени.

В работе энергосистемы нередко случаются аварии, вызванные разного рода причинами, в результате которых система может потерять часть своих источников питания (аварии на генераторах, питающих трансформаторах). Обычно, в случае потери питания от источника, применяется АВР, с помощью которого к системе подключаются дополнительные источники; или систему соединяют с параллельно работающей системой. Однако во многих случаях мощности источников, питающих параллельную систему, может быть недостаточно для питания своей и добавленной нагрузки, в связи с чем в системе возникает дефицит активной мощности, проявляющийся в первую очередь в снижении частоты системы.

АЧР формируется из нагрузок потребителей любой категории надежности энергоснабжения, кроме электроприемников особой группы I категории. В зависимости от категории надежности энергоснабжения, ответственных потребителей нужно присоединять к более отдаленным по вероятности срабатывания очередям АЧР.

Снижение частоты на десятые доли герца могут привести к ухудшению экономических показателей системы, но серьёзной опасности не несет. (Промышленная частота переменного тока в России и ряде стран Европы принята 50 Гц, В США — 60 Гц) Снижение же частоты на 1-2 Гц и более может привести к серьёзным последствиям для работы энергосистемы, а также для её электроприёмников. Объясняется это тем, что при снижении рабочей частоты снижается скорость вращения питающихся от системы электродвигателей. В число этих двигателей, в частности, входят и механизмы собственных нужд тепловых электростанций, которые также питают данную систему. В результате этого снижается выходная мощность, генерируемая тепловыми электростанциями, и частота падает ещё быстрее. Этот процесс называется «лавиной частоты» и приводит к выводу системы из строя.

Процесс создания графиков в современных условиях обширных электросетей, территориального распределения, взаимодействия субъектов электроэнергетики и постоянно увеличивающейся и динамически меняющейся картины потребления мощности представляет собой сложную комплексную инженерно-аналитическую задачу. В данном вопросе никак не обойтись без корректных статистических данных, своевременного анализа текущей ситуации и сложных расчетов баланса мощности. В 21 веке решение этих задач немыслимо без автоматизации процесса с помощью аппаратно-программных интеллектуальных комплексов, способных оперировать огромными массивами данных, контролировать корректность расчетов в режиме реального времени, прогнозировать динамику нагрузки и баланса мощности на всех уровнях распределения электроэнергии и минимизировать возможные риски человеческого фактора. Одним из таких средств автоматизации является программная платформа SDM.

SDM позволяет автоматизировать трудоемкий процесс разработки графиков автоматической частотной разгрузки (АЧР)

Для того, чтобы не допустить обвала частоты в системе, принято отключать часть приёмников электроэнергии, снижая тем самым нагрузку на систему.

В графики АЧР включаются потребители всех категорий надежности электроснабжения, в том числе объекты органов государственной власти и управления, воинские части, медицинские учреждения и учреждения социального обеспечения, объекты снабжения, все промышленные объекты и объекты бытового назначения (включая потребителей, использующих компьютерную технику, холодильные установки, газовые котельные с электроавтоматикой, а также дорогостоящее электрооборудование с непрерывным технологическим процессом и т.д.). Исключение из графиков даже одного потребителя вызывает необходимость перераспределения объема ограничения на других потребителей, что недопустимо.

Согласно ПУЭ, как мы знаем, все потребители электрической энергии делятся на три категории: I категория — к потребителям этой группы относятся те, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб, опасность для безопасности государства, нарушение сложных технологических процессов и пр. II категория — к этой группе относят электроприёмники, перерыв в питании которых может привести к массовому недоотпуску продукции, простою рабочих, механизмов, промышленного транспорта. III категория — все остальные потребители электроэнергии. Потребители I категории должны иметь постоянное электропитание, причем от двух независимых источников. Перерыв в питании от одного из источников допускается только на время действия АВР. Потребители II категории допускают работу от одного источника и перерыв питания не должен превышать время, необходимое для включения резервного источника дежурным персоналом или выездной бригадой. Потребители же III категории допускают перерыв в электропитании до суток (время ликвидации аварии выездной аварийной бригадой). Таким образом, действие АЧР направлено на отключение потребителей III категории, как наименее важных.

При проектировании схемы АЧР электрической системы следует распределять потребителей по подстанциям и распределительным устройствам с учетом этого разделения на категории. Кроме того, следует предусмотреть все возможные виды аварий и предусмотреть такую мощность отключаемых электроприёмников, которой окажется достаточно, чтобы вернуть систему в нормальное состояние после их отключения. Саму схему АЧР делают многоступенчатой, где каждая ступень отличается от другой уставкой по частоте. То есть, при достижении частоты ниже определённого значения, определяемого первой уставкой, сработает первая ступень и отключит часть потребителей. Затем, если процесс падения частоты не остановился, то при достижении частоты значения второй уставки, отключится следующая группа потребителей, что ещё больше замедлит процесс снижения частоты.

Выполнение графиков АЧР заключается в необходимости потребителю по заданию непосредственно сетевой организации снизить расход электрической энергии и мощности на заданный объем в сутки (ежесуточно в течение всего периода ограничения) и в заданный период времени по объектам (по всем или заданным объектам) организации. Для этого от руководителя организации-потребителя требуется заранее разработать мероприятия по вводу аварийных ограничений (в соответствие с заданными объемами ограничений выбрать электрооборудование, отключение которого вызовет наименьшие экономические затраты и не создаст угрозы безопасности жизни и здоровью людей), ознакомить с данными мероприятиями свой ответственный (дежурный) персонал и обязать его немедленно выполнять распоряжения сетевой организации по снижению электрической нагрузки в соответствии с заданным режимом.

Разработка графиков регулируется Приказом Министерства энергетики РФ от 6 июня 2013 г. № 290 «Об утверждении Правил разработки и применения графиков аварийного ограничения режима потребления электрической энергии (мощности) и использования противоаварийной автоматики».

Существует общепринятая иерархия устройств АЧР

АЧР-1. Быстродействующая АЧР. Задача АЧР-1: быстрое отключение части потребителей с целью остановить лавинообразный процесс падения частоты в системе. Уставки по частоте устройств АЧР-1 должны находиться в диапазоне 46,5 - 48,8 Гц, уставки по частоте устройств специальной очереди АЧР - в диапазоне 49,0 - 49,2 Гц. Минимальная ступень по частоте 0,1 Гц. Уставки по времени устройств АЧР-1 должны находиться в диапазоне 0,15 - 0,3 секунды и должны исключать действие устройств АЧР-1 при коротких замыканиях в электрической сети. Мощность отключаемых потребителей равномерно распределяют по ступеням.

АЧР-2. Задача АЧР II — восстановить частоту после действия устройств АЧР-1 или при медленном снижении частоты. АЧР-2 начинает срабатывать после того, как частота установится на уровне 47,5—48,5 Гц. Уставки по частоте устройств АЧР-2 должны находиться в диапазоне 48,7–49,1 Гц. Выдержка времени между ступенями АЧР II больше, чем у АЧР I и выбирается в диапазонах от 5—10 до 70—90 секунд. Такая большая выдержка времени обусловлена тем, что система может длительно работать при частоте выше 49,2 Гц, поэтому быстро доводить значение частоты до номинального путём отключения потребителей, которые могут получать электроэнергию без особого вреда для системы, не имеет смысла.

Графики АЧР разрабатываются ежегодно на период с 1 октября текущего года по 30 сентября следующего года и утверждаются первичными получателями команд об аварийных ограничениях после согласования с диспетчерским центром и уполномоченным органом исполнительной власти субъекта Российской Федерации не позднее, чем за 10 календарных дней до начала очередного периода, на который они разрабатываются.

При формировании заданий на разработку графиков АЧР диспетчерский центр распределяет требуемые объемы аварийных ограничений между первичными получателями команд об аварийных ограничениях. Указанное распределение осуществляется пропорционально нагрузке потребления электрической энергии потребителями, с которыми либо в отношении которых первичным или вторичными получателями команд об аварийных ограничениях заключены договоры оказания услуг по передаче электрической энергии и (или) энергопринимающие устройства которых технологически присоединены к объектам электросетевого хозяйства. При этом нагрузка потребления определяется исходя из показаний контрольных (внеочередных) замеров электрической энергии (мощности) за 12 месяцев.

Для правильного расчета графиков АЧР необходимо учитывать весь объем данных по параметрам оборудования, расчета уставок автоматики, статистических данных за прошлые периоды и данных контрольных измерений. Программная платформа SDM содержит все модули для связного оперирования всеми необходимыми данными.

Программная платформа SDM содержит все модули для связного оперирования всеми необходимыми данными

Основой системы SDM является максимально подробная база данных параметров оборудования – как текущих значений конкретной единицы оборудования электросетевого хозяйства, так и многочисленные справочники паспортных значений. SDM позволяет оперировать всеми основными типами оборудования: подстанции, трансформаторы тока и напряжения, автотрансформаторы, разъединители, ЛЭП (включая учет каждой опоры и сегмента как воздушных, так и кабельных линий), ограничители перенапряжения, компенсаторы и многие другие типы. Все единицы оборудования и их параметры тесно связаны друг с другом, что является базисом для дальнейших корректных расчетов графиков АЧР.

Модуль построения графиков частотной разгрузки (АЧР) в SDM решает задачу формирования графика АЧР электросетевой компании на основе параметров электрической сети, результатов контрольных измерений и задания органов диспетчерского управления. При формировании графика АЧР с помощью SDM выполняется учёт АВР распределительной сети между питающими центрами, оснащёнными АЧР.

При этом подбор фидеров учитывает автоматику ограничения снижения напряжения (АОСН) и расчет уставок автоматики ограничения перегрузки оборудования (АОПО). Для этого в составе SDM имеются два специализированных модуля. Модули расчета уставок АОПО и АОСН решают задачи расчёта уставок АОПО и АОСН на основе результатов контрольных измерений, данных по АВР распределительной сети между питающими центрами, оснащёнными АОПО. Выполняет контроль достаточности объёмов нагрузки, заведённой под АОПО и изменений фидерного состава с учётом категории надёжности электроснабжения, социальной значимости, АВР.

Одной из наиболее важных подсистем модуля АЧР в SDM является система формирования графиков АЧР в требуемых форматах. Система автоматически проверяет все данные расчетов и формирует итоговые документы согласно Приказу Министерства энергетики РФ от 6 июня 2013 г. № 290. Подобная комплексная автоматизация позволяет оператору контролировать весь процесс составления графиков АЧР на каждом этапе, экономя до 60% времени сотрудников, минимизируя возможные ошибки и риски (особенно в крупных энергокомпаниях), снижая нагрузку на персонал, и позволяет на выходе получить полностью готовый и корректный пакет документов для согласования графиков АЧР.

SDM позволяет формировать графики АЧР в требуемых форматах

Комплексная автоматизация решений для электросетевых компаний только приходит на российский рынок, и во многом существуют только узко специализированные решения, решающие лишь часть задач. Побочным эффектом сегодняшней ситуации является необходимость интеграции принципиально разных программных продуктов, что лишь увеличивает риск ошибок. Редким исключением является программная платформа SDM, позволяющая решать весь комплекс задач и предлагающая единый стандарт программной интеграции и единую информационную модель.