Які конфлікти існують між FA та UFLS в енергетичних системах та як їх вирішити

Автоматизація ліній (FA) та відключення навантаження при заниженні частоти (UFLS) — це два критичні механізми захисту та контролю в електроенергетичних системах. Хоча обидва спрямовані на забезпечення безпечного та стабільного функціонування системи, вони мають потенційні конфлікти в логіці та часовій синхронізації, які потребують ретельної координації.

Автоматизація ліній (FA): Основною метою є швидке виявлення та ізоляція місцевих аварій на лініях (наприклад, коротких замикань, заземлень) в розподільчих мережах. Завдання полягає у швидкому виявленні та ізоляції аварійних ділянок та відновленні живлення невідомих областей через переконфігурацію мережі за допомогою вимикачів. FA підкреслює важливість швидкого місцевого відновлення живлення.

Відключення навантаження при заниженні частоти (UFLS): Реагує на серйозне зниження частоти в взаємопов'язаній мережі (наприклад, через відключення генераторів, несподіване збільшення навантаження або відключення зв'язкових ліній, що призводить до дефіциту електроенергії). Систематично відключає передвизначені неважливі навантаження для запобігання колапсу частоти, відновлення балансу потужності та стабілізації частоти системи. UFLS пріорітетно зосереджується на загальній безпеці частоти системи.

Відключення навантаження при заниженні напруги (UVLS): Моніторить напругу системи в реальному часі. Коли напруга опускається нижче заданого порогу, система UVLS визначає, чи слід діяти, на основі попередньо визначеної логіки. Якщо умови виконані, послідовно відключає навантаження для зменшення реактивного витрати або підвищення реактивної підтримки, що дозволяє відновити напругу до нормального рівня.

Приклади конфліктних ситуацій

• Приклад 1: У 2019 році у Північній Америці, відновлення живлення, спричинене FA, спричинило вторинний колапс частоти.

• Приклад 2: У 2020 році у Східній Китаї, операція FA після короткого замикання спричинила помилкове активування UFLS.

• Приклад 3: У 2021 році, відключення вітрильної ферми спричинило перехрещення дій між UFLS та FA.

• Приклад 4: У 2022 році, під час тайфуну у Південному Китаї, переконфігурація мережі FA призвела до надмірного відключення навантаження.

Опис події

У 2022 році, лінія A на 110 кВ та лінія B, яка поєднує електростанцію з мережею, працювали на секції I шин 110 кВ підстанції. Аварія на лінії A спричинила відключення вимикача A. Однак, оскільки вимикач лінії B електростанції залишився закритим, живлення продовжувало поступати на підстанцію. В результаті, напруга на секції I шин не опустилася нижче порогу занепаду напруги, що запобігло автоматичному переключенню (ATS) на 110 кВ. Подібним чином, електростанція постачала енергію через трансформатор №1 на шини 10 кВ I та IV, чия напруга також залишалася вище порогу, тому ATS на 10 кВ не активувались.

Коли електростанція продовжувала постачання навантаження, частота системи поступово знижувалася. Через 5,3 секунди після відключення вимикача A, частота опустилася до 48,2 Гц. Приспособлення відключення при заниженні напруги та частоти на електростанції, налаштоване на 47 Гц та 0,5 с, не працювало. Однак, реле UFLS на підстанції, налаштоване на 48,25 Гц та 0,3 с, виявило частоту 48,12 Гц та правильно працювало, відключивши декілька ліній 10 кВ (C, D, E, F, G). Усі вторинні пристрої працювали як очікувалося.

Перевірка на місці

Вимикач A на підстанції 110 кВ правильно відключився через дію захисту, і UFLS працював, відключивши лінії C, D, E, F та G. Вимикачі підстанції видали сигнали відключення, що спричинило активування FA. Аварія була виявлена між вимикачем підстанції та першим вимикачем лінії. FA активувався на всіх п'яти лініях, виявивши аварію між виходом підстанції та першим вимикачем. Однак, під час перевірки на місці аварія не була знайдена, що підтверджує хибну операцію FA.

Рішення

• Покращити синхронізацію інформації про відключення навантаження. Для ліній з захистом UFLS/UVLS забезпечити можливість блокування автоматичних функцій передачі навантаження.

• Реалізувати надійне блокування передачі навантаження: у повністю автоматичних централизованих системах FA, отримавши сигнал про відключення навантаження, немедля блокувати функцію виконання FA для впливових ліній.