Автоматика ликвидации асинхронного режима: теоретические и практические основы

 
 
 
 
 
Ю. Д. Кутумов, А. Ю. Мурзин, Т. Ю. Шадрикова  
 
 
 
 
 
 
 
 
АВТОМАТИКА ЛИКВИДАЦИИ 
АСИНХРОННОГО РЕЖИМА 
 
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 
 
 
Учебно-методическое пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
1 

УДК 621.31 
ББК 31.27 
К95 
 
 
Рецензенты: 
к. т. н., директор Представительства АО «СО ЕЭС» в Ивановской обл. 
Кандалов Юрий Владимирович; 
к. т. н., доцент, доцент кафедры АУЭС ИГЭУ  
Фомичёв Андрей Альбертович 
 
 
 
 
 
 
Кутумов, Ю. Д. 
К95   
Автоматика ликвидации асинхронного режима: теоретические 
и практические основы : учебно-методическое пособие / Ю. Д. Кутумов, А. Ю. Мурзин, Т. Ю. Шадрикова. – Москва ; Вологда :  
Инфра-Инженерия, 2024. – 124 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1885-0 
 
Содержит описание особенностей асинхронного режима в электроэнергетических системах, основные требования нормативных документов к устройствам автоматической ликвидации асинхронного режима, 
описание и основные положения методики выбора уставок устройств 
АЛАР на электромеханической и на микропроцессорной элементной базе. Включен материал, посвященный моделированию работы автоматики 
ликвидации асинхронного режима в программном комплексе RUSTab. 
Для практических занятий и для самостоятельной работы студентов 
направления подготовки «Электроэнергетика и электротехника», обучающихся по программам бакалавриата и магистратуры. 
 
УДК 621.31 
ББК 31.27 
 
 
ISBN 978-5-9729-1885-0 © Кутумов Ю. Д., Мурзин А. Ю., Шадрикова Т. Ю., 2024 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
 
2 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ ........................................................ 5 
ВВЕДЕНИЕ 
...................................................................................... 6 
1. ОСОБЕННОСТИ ПРОТЕКАНИЯ АСИНХРОННЫХ 
РЕЖИМОВ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ..... 7 
1.1. Причины возникновения асинхронных режимов  
в электроэнергетических системах ................................................ 7 
1.2. Отличительные особенности асинхронного режима.  
Характер изменения электрических величин  
при асинхронных режимах ............................................................. 8 
1.3. Группы устройств автоматической ликвидации  
асинхронных режимов ...................................................................18 
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТРОЙСТВАХ 
АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИКВИДАЦИИ АСИНХРОННОГО 
РЕЖИМА ........................................................................................21 
2.1. Назначение и требования к устройствам автоматической 
ликвидации асинхронного режима согласно нормативным  
документам 
......................................................................................21 
2.2. Основные принципы выполнения устройств АЛАР ............25 
3. ТРЕХСТУПЕНЧАТОЕ УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ 
ЛИКВИДАЦИИ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА  
НА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЕ ........27 
3.1. Состав типового устройства АЛАР  
на электромеханической элементной базе ...................................27 
3.2. Основное трехступенчатое устройство АЛАР  
на электромеханической элементной базе ...................................27 
3.3. Резервное устройство АЛАР на электромеханической  
элементной базе ..............................................................................39 
3.4. Дополнительное устройство АЛАР  
на электромеханической элементной базе ...................................42 
3.5. Основные положения по выбору уставок устройства  
АЛАР на электромеханической элементной базе .......................45 
3.5.1. Подходы к расчету уставок устройств АЛАР 
....................45 
3.5.2. Порядок расчета уставок основного устройства  
АЛАР на электромеханической элементной базе  
(ЭПО-1075-74) ................................................................................46 
3 

3.5.3. Порядок расчета уставок резервного устройства  
АЛАР типа ЭПО-1076/2-82 ...........................................................65 
4. УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИКВИДАЦИИ 
АСИНХРОННОГО РЕЖИМА НА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ 
ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЕ «МКПА-РЗ» .............................................71 
4.1. Функциональный состав устройства АЛАР «МКПА-РЗ»  
на микропроцессорной элементной базе 
......................................71 
4.2. Принцип действия структурных компонентов  
устройства «МКПА-РЗ» 
.................................................................71 
4.3. Основные положения методики выбора уставок  
устройства АЛАР на микропроцессорной элементной базе ......77 
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ АВТОМАТИКИ 
ЛИКВИДАЦИИ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА  
В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ RUSTab 
..............................95 
5.1. Общие принципы 
.....................................................................95 
5.2. Настройка устройства АЛАР-М 
.............................................96 
5.3. Настройка токового устройства АЛАР в программном  
комплексе RUSTab .........................................................................99 
5.4. Настройка устройства АЛАР с фиксацией скорости  
снижения сопротивления в программном комплексе 
RUSTab ..........................................................................................101 
5.5. Задание на практическое занятие 
.........................................105 
6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 
..................................................110 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................113 
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 
.......................114 
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Пример расчета уставок устройства  
АЛАР на микропроцессорной элементной базе на основе 
«МКПА-РЗ» ..................................................................................116 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ 
 
АЛАР 
– автоматика ликвидации асинхронного режима; 
АО «СО ЕЭС» – акционерное общество «Системный оператор 
Единой энергетической системы»; 
АПВ 
– автоматическое повторное включение; 
АПНУ 
– автоматика предотвращения нарушения устойчивости; 
АР 
– асинхронный режим; 
АСУ ТП 
– автоматизированная система управления технологическими процессами; 
АХ 
– асинхронный ход; 
АЭС 
– атомная электрическая станция; 
ГЭС 
– гидроэлектростанция; 
ДС 
– деление системы; 
ЗНФ 
– защита от неполнофазного режима; 
ИО 
– измерительный орган; 
КЗ 
– короткое замыкание; 
ЛЭП  
– линия электропередачи; 
ОАПВ 
– однофазное автоматическое повторное включение; 
ПА 
– противоаварийная автоматика; 
РНМ 
– реле направления мощности; 
ТЗНП 
– токовая защита нулевой последовательности; 
ТЭС 
– тепловая электростанция; 
УВ 
– управляющее воздействие; 
ЭЦК 
– электрический центр качаний; 
ЭЭС 
– электроэнергетическая система. 
5 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Учебно-методическое пособие посвящено рассмотрению 
причин возникновения и особенностей протекания асинхронных 
режимов в электроэнергетических системах. Приведены основные требования нормативных документов к устройствам автоматической ликвидации асинхронных режимов, перечислены 
основные принципы выполнения устройств АЛАР. Подробно 
описаны принципы действия и сформулированы методики выбора уставок устройств АЛАР на электромеханической и микропроцессорной элементной базе. 
 
6 

1. ОСОБЕННОСТИ ПРОТЕКАНИЯ  
АСИНХРОННЫХ РЕЖИМОВ  
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ 
 
1.1. Причины возникновения асинхронных режимов  
в электроэнергетических системах 
 
Под асинхронным режимом электроэнергетической системы подразумевается режим энергосистемы, характеризующийся несинхронным вращением отдельных генераторов энергосистемы при сохранении электрической связи между ними [1]. 
Причины возникновения асинхронных режимов в ЭЭС: 
1) нормативные и ненормативные возмущения, связанные 
с отключением сетевого элемента и его неуспешным АПВ или с 
отключением сетевого элемента и отказом выключателя, особенно в энергосистемах со «слабыми» связями;  
2) отказ, некорректная дозировка управляющего воздействия какого-либо из устройств АПНУ; 
3) глубокие отклонения балансов мощности от планируемых, наложения плановых и аварийных ремонтов, при которых 
устройства ПА становятся неэффективными. 
В зависимости от числа электростанций (групп электростанций), генераторы которых вращаются с различными скоростями после нарушения устойчивости, АР могут быть разделены 
на две основные группы: 
− двухчастотные – если разные частоты имеют две группы электростанций; 
− многочастотные – если разные частоты имеют три и 
более группы электростанций. 
При многочастотном АР изменение электрических величин имеет очень сложный характер, поэтому применяемые в 
настоящее время устройства АЛАР рассчитаны на действие 
7 

только при двухчастотном АР. Отметим, что любой многочастотный АР начинается с возникновения и развития двухчастотного АР, поэтому применение устройств АЛАР, позволяющих 
эффективно ликвидировать двухчастотный АР, обеспечивает 
отсутствие в энергосистеме и многочастотных АР. 
 
1.2. Отличительные особенности асинхронного режима. 
Характер изменения электрических величин 
при асинхронных режимах 
 
Рассмотрим основные особенности двухчастотного АР на 
примере простейшей двухмашинной схемы ЭЭС по рис. 1.1, а. 
На рис. 1.1, б показана векторная диаграмма напряжений для 
схемы по рис. 1.1, а. За ось отсчета углов принято направление 
вектора ƠС2. 
 
 
а) 
 
б) 
 
Рис. 1.1. Схема замещения сети с двусторонним питанием (а)  
и ее векторная диаграмма ЭДС (б) 
 
8 

На рис. 1.1, а отмечены электрические величины, которые 
могут быть использованы устройствами АЛАР в качестве информационных (напряжение U
լ 1 и ток ø1). Эквивалентные ЭДС и 
сопротивление системы С1 обозначены как ƠС1 и ĪС1 соответственно, системы С2 – как ƠС2 и ĪС2. Сопротивление линии связи 
обозначено как ĪЛ. Сопротивления эквивалентных ЭЭС и линии 
электропередачи образуют взаимное электрическое сопротивление линии электропередачи 
 
 
12
C1
Л
C2.
z
z
z
z
=
+
+




 
(1.1) 
 
Асинхронный режим в электроэнергетической системе 
обладает рядом ключевых особенностей. 
1. Периодическое изменение угла į между ЭДС несинхронно работающих энергосистем от 0° до 360° с частотой 
скольжения, равной разности частот вращения эквивалентных 
энергосистем: ωs = ω1 – ω2. Рассмотрим следующий частный 
случай. Примем, что частота скольжения ωs постоянна (то есть, 
на частоты ω1 и ω2 не оказывают влияние работа регуляторов 
скорости турбин, мобилизация резервов активной мощности, 
отключение части потребителей). Тогда величина фазового 
сдвига между ЭДС энергосистем С1 и С2 будет изменяться по 
следующему закону 
 
 
δ(t) = ωsÂt + δ0. 
(1.2) 
 
В свою очередь, под мгновенным скольжением можно 
подразумевать первую производную функции δ(t) изменения угла (фазового сдвига) между фазами ЭДС энергосистем С1 и С2, 
примыкающих к защищаемому объекту. 
2. Периодическое изменение амплитуды тока во всех 
точках электропередачи с частотой скольжения ωs. Из 
рис. 1.1 при принятых допущениях ток, протекающий по линии 
в ходе АР, определяется по выражению 
9 

 
С1
С2
1
12
.
E
E
I
z
−
=




 
(1.3) 
 
Если принять, что существует только взаимное движение 
векторов ƠС1 и ƠС2 с частотой ωs и соотношение между модулями ЭДС систем С1 и С2 |ƠС1| = k  |ƠС2|, то верно следующее выражение: 
 
 
j
E
e
E
I
z
⋅
⋅
−
=


 
(1.4) 
į
С1
С2
1
12
.
 
При использовании выражения (1.4) представляется возможным получить осциллограмму изменения амплитуды тока, 
протекающего через ЛЭП при асинхронном режиме (рис. 1.2). 
Отметим, что при k = 1 действующее значение тока в линии достигает нулевого значения в конце каждого цикла АР; соотношение между максимальным и минимальным значением тока 
при k < 1 получено в [2] и составляет:  
 
max
 
1
1.
1
I
k
I
k
+
=
−
 
(1.5) 
1
min
 
 
 
Рис. 1.2. Изменение амплитуды тока I1 при k = 1 (1) и k < 1 (2) 
10