Какие конфликты существуют между FA и UFLS в энергетических системах и как их решить

Автоматизация линий электропередач (FA) и отключение нагрузки при понижении частоты (UFLS) являются двумя критически важными механизмами защиты и управления в энергосистемах. Хотя обе направлены на обеспечение безопасной и стабильной работы системы, они могут нести потенциальные конфликты в логике и времени, требующие тщательной координации.

Автоматизация линий электропередач (FA): В основном решает местные проблемы с линиями (например, короткие замыкания, заземления) в распределительных сетях. Цель состоит в быстром определении и изоляции поврежденных участков и восстановлении подачи электроэнергии в неповрежденные области путем переконфигурации сети с использованием выключателей. FA акцентирует внимание на быстром местном восстановлении питания.

Отключение нагрузки при понижении частоты (UFLS): Реагирует на серьезное падение частоты в межсистемной сети (например, вследствие отключения генератора, внезапного увеличения нагрузки или разъединения соединительной линии, вызывающих дефицит мощности). Систематически отключает предварительно определенные некритические нагрузки для предотвращения обрушения частоты, восстановления баланса мощности и стабилизации частоты системы. UFLS придает приоритет общесистемной безопасности частоты.

Отключение нагрузки при понижении напряжения (UVLS): Мониторит напряжение системы в реальном времени. Когда напряжение падает ниже установленного порога, схема UVLS определяет, следует ли действовать, на основе заранее определенной логики. Если условия выполнены, последовательно отключаются нагрузки для снижения реактивной мощности или усиления реактивной поддержки, тем самым восстанавливая напряжение до нормального уровня.

Примеры конфликтных случаев

• Случай 1: В 2019 году в Северной Америке восстановление питания, вызванное FA, привело к вторичному обрушению частоты.

• Случай 2: В 2020 году на востоке Китая после короткого замыкания FA привела к ошибочному активированию UFLS.

• Случай 3: В 2021 году отключение ветропарка вызвало перекрытие действий между UFLS и FA.

• Случай 4: В 2022 году во время тайфуна на юге Китая переконфигурация сети FA привела к чрезмерному отключению нагрузки.

Описание события

В 2022 году линия 110 кВ A и линия B, подключенная к электростанции, работали на секции I шины 110 кВ подстанции. Неисправность на линии A привела к отключению выключателя A. Однако, поскольку выключатель линии B электростанции оставался закрытым, подача электроэнергии на подстанцию продолжалась. В результате напряжение на секции I шины не упало ниже порога недонапряжения, что предотвратило запуск автоматического переключателя (ATS) 110 кВ. Аналогично, электростанция подавала электроэнергию через трансформатор № 1 на шины 10 кВ I и IV, где напряжение также оставалось выше порога, поэтому ATS 10 кВ не активировался.

При продолжении подачи нагрузки электростанцией системная частота постепенно уменьшалась. Через 5,3 секунды после отключения выключателя A частота упала до 48,2 Гц. Устройство разделения при недонапряжении и понижении частоты, установленное на 47 Гц и 0,5 с, не сработало. Однако реле UFLS подстанции, установленное на 48,25 Гц и 0,3 с, обнаружило частоту 48,12 Гц и правильно сработало, отключив несколько линий 10 кВ (линии C, D, E, F, G). Все вторичные устройства работали как ожидалось.

Обзор на месте

Выключатель A подстанции 110 кВ правильно сработал из-за действия защиты, и UFLS отключил линии C, D, E, F и G. Выключатели подстанции отправили сигналы отключения, вызвав активацию FA. Поломка была обнаружена между выключателем подстанции и первым выключателем линии. FA началась на всех пяти линиях, определив поломку между выходом подстанции и первым выключателем. Однако при осмотре на месте поломка не была обнаружена, что подтвердило ложную активацию FA.

Решение

• Улучшить синхронизацию информации об отключении нагрузки. Для линий с защитой UFLS/UVLS поддерживать блокировку функций автоматического переноса нагрузки.

• Реализовать надежную блокировку переноса нагрузки: в полностью автоматических централизованных схемах FA, при получении сигнала об отключении нагрузки, немедленно блокировать функцию выполнения FA для затронутых линий.