1

Тема: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Коллеги, добрый день.
Есть желание потенциального Заказчика из солнечной республики сделать для всех станций ЧДА (выделение на собственные нужды или район при снижении частоты в системе). 80% генерации в республике - ГЭС с мощностью единичных генераторов от 100 МВт до 600 МВт.
Вопрос: есть ли у кого информация о подтвержденной возможности устойчивого выделения гидроагрегата (ГА) с номинальной мощности на уровень собственных нужд? Даже тепловые станции не всегда обеспечивают устойчивое выделения из-за ограничений клапанов и возможности теплового тракта, а что можно сказать про ГЭС, ведь вода более инерционна, чем пар.
В РФ для ГЭС нет требования выделяться от ЧДА, но я связываю это с преобладанием ТЭС и АЭС и специальной ролью ГЭС именно у нас в стране. Поделитесь информацией, если она есть.

2 (2017-03-09 11:11:27 отредактировано Lekarь)

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Бармалеич пишет:

я связываю это с преобладанием ТЭС и АЭС

Всё не так. На самом деле ситуация примерно такая. Рабочее колесо турбины должно находиться всегда в воде для равномерного обтекания и исключения излишних вибраций, когда например на одну лопасть турбины вода падает , а на другую нет. Поэтому для каждой турбины, установлена минимальная мощность с которой она может работать. Это примерно для тихоходных турбин - 50 % от номинала. Либо надо всю воду из камеры отжать и тогда турбина будет работать в режиме СК - в воздухе.
Если у Вас собственные нужды по величине могут сравниться с минимальной мощностью, которую несет одна турбина, то можно говорить о выделении СН на изолированную работу, если не могут, то можно даже не начинать говорить, так как нужны механические расчеты для подтверждения безопасной работы турбины при маленьких нагрузках.

А вот говорить про район нагрузки, если он питается от ЛЭП отходящих от шин ГЭС возможно при выполнении описанных выше условий.

3

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Lekarь, люди из Гидропроекта меня уверяли, что сама безопасная работа ГА на ХХ или СН обеспечивается, но нет уверенности, что обеспечивается устойчивый переход к такому режиму, если происходит резкий сброс активной мощности. Наврали, что ли?

4 (2017-03-09 12:08:09 отредактировано Lekarь)

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Бармалеич пишет:

Lekarь, люди из Гидропроекта меня уверяли, что сама безопасная работа ГА на ХХ или СН обеспечивается, но нет уверенности, что обеспечивается устойчивый переход к такому режиму, если происходит резкий сброс активной мощности. Наврали, что ли?

На холостом ходу конечно может быть обеспечена безопасная работа. В камере рабочего колеса вода отжата , направляющий аппарат закрыт и турбина вращается в воздухе. Как только Вы хотите, чтобы турбина совершала полезную работу, надо через нее пустить воду, а для этого открыть направляющий аппарат. Если Вы его чуточку приоткроете, то вода на лопасти турбины будет падать неравномерно, что может повлечь за собой вибрацию, повышенную кавитацию приводящую к механическим повреждениям турбины - вероятнее всего раскачивание. Поэтому для турбин и задается минимальная электрическая мощность, когда рабочее колесо турбины равномерно обтекается водой.
Если Вы возьмете паровую турбину, то когда пар заходит в цилиндр турбины, то он расширяется и равномерно заполняет корпус цилиндра. Вода в гидротурбинах не расширяется - она стекает во всасывающую камеру. Да, с малыми расходами пара не экономная работа, но она без механического воздействия, хотя, тоже в конце последнего цилиндра возможны неприятности, а с водой все иначе.
Скорее всего специалисты из института, к которым ВЫ обратились - электрики, а не гидравлики.

Насчет резкого перехода к режиму - наверное не так или меня спросили или их. Во первых направляющий аппарат управляется сервомоторами - закрывается он не мгновенно. Вода в камере рабочего колеса также мгновенно не уходит - это секунды. Собственные нужды ГЭС это 1-2 % от установленной мощности. И то это 1-2% в пике потребления, когда работают компрессоры, маслонасосы и прочие двигатели. Резюме такое, что СН у ГЭС очень малы по сравнению с ее мощностью.

5

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

С ГЭСами знаком только из курсов лекций, на самих ГЭСах не работал и все тонкости систем регулирования мне не знакомы.
Но вот что я смог найти в литературе:
Выдержка из книги Данильчука В.Н. "Автоматика ограничения изменений частоты энергосистем"

Частотная делительная автоматика на ГЭС выполняется наиболее просто, поскольку, как правило, единичная мощность гидроагрегатов или их блоков, сравнительно невелика, что значительно облегчает возможность выделения примерно сбалансированного района нагрузки и СН агрегата или СН всей электростанции (её части). Следует отметить также большую устойчивость регулировочных возможностей гидроагрегатов при снижении частоты.
Выделение энергосистемы или её части с преобладанием ГЭС допускается, если генерация ГЭС не более чем на 20 % превышает нагрузку выделенного 
района.
При большом избытке генерации ГЭС выделяемого района, применяются:
- автоматические устройства ступенчатого отключения агрегатов (по факту повышения частоты в пределах 50,5 - 53,5 Гц;
- отключения отходящих от ГЭС линий и части агрегатов, суммарной мощностью примерно равной или несколько меньшей избытка мощности.

6

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Lekarь, спасибо за подробное объяснение. К сожалению плюсануть не могу - почему то сайт не дает это сделать.

Добавлено: 2017-03-09 14:32:46

Sm@rt, к сожалению не все ГЭС имеют малую единичную мощность ГА, в моем случае единичная мощность более 100 Мвт. И второй момент: я не знаю ни одной ГЭС на которой есть ЧДА с выделением на собственные нужды (на район встречал, но с измерительными цепями не на ГЭС, а на ТЭЦ или ПС, то есть выделялся район с парой ГЭС и одной ТЭЦ).

7

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Да не возможно это!!!
Из-за того, что ГЭС нельзя остановить ни каким образом когда она уже "полетела", просто уже поздно
Если АПНУ не обеспечила сохранение устойчивости (а ещё и по динамике) во время или чуть попозже аварии и именно сразу  ОГ и/или делением системы, то всё нарушение устойчивости и асинхронный режим ... и это хотите прекратить действием ЧДА?!
Ну если только динамически включаемое адаптивное динамическое торможение....
Конечно, если речь идет о малых ГЭС до 1 МВт, то с такими "соплями" не работал не знаю..., хотя уверен она будет мотаться  как "флигель по ветру"...

8

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

ПАУтина пишет:

Да не возможно это!!!
Из-за того, что ГЭС нельзя остановить ни каким образом когда она уже "полетела", просто уже поздно
Если АПНУ не обеспечила сохранение устойчивости (а ещё и по динамике) во время или чуть попозже аварии и именно сразу  ОГ и/или делением системы, то всё нарушение устойчивости и асинхронный режим ... и это хотите прекратить действием ЧДА?!
Ну если только динамически включаемое адаптивное динамическое торможение....
Конечно, если речь идет о малых ГЭС до 1 МВт, то с такими "соплями" не работал не знаю..., хотя уверен она будет мотаться  как "флигель по ветру"...

Мы по-моему об устойчивости не говорили. Снижение частоты может произойти просто при дефиците мощности. Второй момент - это сохранение СН ГЭС без посторонних источников , как правило ПС, находящихся в энергосистеме.

9

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

ПАУтина, задача ЧДА - обеспечить сохранность собственных нужд и/или питание части потребителей при "большом ахтунге" в энергосистеме. В прошлом году была ситуация, когда вся энергосистема (почти) этой солнечной страны села на "ноль" из-за резко возникшего дефицита 700-800 МВт. Не было никакой автоматики, которая бы подробила энергосистему на автономные куски и обеспечила бы тем самым сохранение станций в работе.
Повторюсь: речь не идет о задаче сохранения устойчивости!

Добавлено: 2017-03-09 18:31:20

Lekarь,

Lekarь пишет:

На холостом ходу конечно может быть обеспечена безопасная работа. В камере рабочего колеса вода отжата , направляющий аппарат закрыт и турбина вращается в воздухе.

Вы не ошиблись? Режим холостого хода ГА вроде бы происходит при открытом направляющем аппарате, иначе как вы ГА раскрутите для синхронизации с сетью?

Добавлено: 2017-03-09 18:46:02

Нашел СТО "ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ. МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ". В нем есть раздел "11 Оценка технического состояния технических систем гидроагрегата.
11.1 Система автоматического регулирования гидротурбин"
Там есть такой пункт:

Работоспособные регуляторы частоты вращения гидротурбин должны обеспечивать исполнение основных предусмотренных для них функций:
- управление открытием регулирующих органов гидротурбины при пуске и останове гидроагрегата, его переводе в режим синхронного компенсатора (СК) и выводе из режима СК;
- автоматическое поддержание на заданном уровне частоты вращения при работе гидроагрегата на холостом ходу для обеспечения условий точной синхронизации гидрогенератора;
- обеспечение участия в первичном регулировании частоты в энергосистеме при работе гидроагрегата под нагрузкой;
- отработка с заданной скоростью сигналов задания мощности гидроагрегата в режиме индивидуального и группового регулирования;
- автоматическое поддержание комбинаторной зависимости поворотно-лопастной гидротурбины при изменении ее мощности и напора;
- выполнение гарантий регулирования при сбросах нагрузки.

Выделил жирно про гарантии регулирования.
Там же в методике испытаний системы регулирования гидротурбин:

Ж.2.1.5 Объем испытаний после подключения гидрогенераторов к энергосистеме:
- снятие фактической зависимости мощности гидрогенератора от открытия НА (для фактического напора) при прямом и обратном ходе;
- выбор параметров настройки изодрома в режиме нагрузки;
- определение диапазона изменения мощности от МИМ при максимальном статизме;
- проверка нормальной остановки гидроагрегата;
- проверка автоматического пуска гидроагрегата и синхронизации его с энергосистемой;
- аварийная остановка гидроагрегата с воздействием на ЗАЗ (КАЗ) после набора максимальной нагрузки;
- проверка заводских гарантий регулирования со сбросом нагрузки последовательно 25, 50, 75 и 100 % номинальной или максимально возможной мощности в случае пуска гидроагрегата при пониженном напоре;
- испытания на наброс нагрузки в случае необходимости по решению рабочей пусковой комиссии.

Делаю вывод, что САУ ГА должна обеспечить регулирование при сбросе нагрузки вплоть до 100%, а значит вопрос реализации ЧДА на базе ГЭС не закрыт. Нужны натурные испытания конкретных ГА.

10 (2017-03-09 17:05:31 отредактировано Lekarь)

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Бармалеич пишет:

Вы не ошиблись? Режим холостого хода ГА вроде бы происходит при открытом направляющем аппарате, иначе как вы ГА раскрутите для синхронизации с сетью?

Через направляющий аппарат течет вода. Если вода совершает работу, т.е. передает энергию кому-то, то эта энергия должна далее куда-то деваться. Либо по проводам потребителю , либо в тепло вокруг генератора. Как я понимаю раскрутите вы генератор водой и на это он рассчитан, а вот сколько времени он может работать в таком режиме это должны показать тепловые испытания и механические испытания.
Далее как я понимаю либо режим СК, с закрытием НА (направляющего аппарата), либо отключение от сети. Неточно я выразился. Конечно режим ХХ с момента подачи воды до момента набора нагрузки с открытым НА. Как правило это длится не долго (несколько секунд), частота в системе может сутками подвисать. Я имел ввиду ХХ в режиме СК, когда выдачи мощности никакой, а только потребление из сети на вращение самой турбины.

гарантии регулирования можете не сомневаться Вам обеспечат после капитального и среднего ремонтов все покажут. Вопрос в длительности работы ГГ на собственные нужды с малыми нагрузками.

Добавлено: 2017-03-09 19:17:53

Бармалеич пишет:

Делаю вывод, что САУ ГА должна обеспечить регулирование при сбросе нагрузки вплоть до 100%,

Это Вам обеспечит система регулирования. Дальше то что?

11 (2017-03-09 18:35:59 отредактировано stoyan)

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Достаточно сложно. Собственные нужды на ГЭС порядка 0,5 - 1,5 % (не то что на ТЭС где примерно 10%). Так что добиться устойчивой работы при нагрузке даже 5% проблематично. Другое дело если есть приличное местное потребление от шин собственых нужд. Тогда если сеть позволяет можно выделять с районом, потребление которого достаточно для устойчивой работы. Можно сделать ступенями - последовательно "сжимать" район.
Еще надо учесть, что регулирование гидротурбин не очень быстродействующее.

12

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

О какой-то отвлеченной ГЭС говорить как-то неуместно. А из личной практики мне хорошо известна Краснополянская ГЭС. Неоднократно при развале энергорайона (это задолго до олимпиады было) выделялась на выделенный энергорайон (поселок) с сохранением устойчивости, после чего становилась основным узлом электроснабжения. Правда, пару раз для воссоединения с ЕЭС приходилось гасить потребителей - с такой нагрузкой синхронизировать было довольно сложно.

13

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Lekarь пишет:

Мы по-моему об устойчивости не говорили. Снижение частоты может произойти просто при дефиците мощности. Второй момент - это сохранение СН ГЭС без посторонних источников , как правило ПС, находящихся в энергосистеме.

Интересно, а о чём это собственно: ни с того ни с сего и сразу бац частота 47 Гц и через 0,5 с ЧДА должна сработать!!!
Любое снижение частоты связано с нарушением баланса мощности, а любое нарушение баланса мощности вызывается отключением связи, а отключение связей происходит в лучшем случае от КЗ, так вот может с первопричины и нужно начинать, по тому как время есть, от начала КЗ до снижения частоты проходит как минимум 2-3 с и как говорится "промедление смерти подобно..." Одними из критериев сохранения устойчивости считается выход за допустимые границы режимных параметров, а Вы говорите только о синхронной апериодической....

14 (2017-03-10 08:45:48 отредактировано Lekarь)

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

ПАУтина пишет:

Интересно, а о чём это собственно: ни с того ни с сего и сразу бац частота 47 Гц и через 0,5 с ЧДА должна сработать!!!
.

Насчет 47 сразу не знаю))), но КЗ вообще может быть не  причем. Например отказ системы задвижек на газовой магистрали электростанции ведущий к останову всех турбин на станции. Или другой пример.  Вспомните Рефтинскую ГРЭС, когда произошел отказ автоматики и СШ ГЭС вместо загрузки начала разгружаться. Без всяких повреждений в сети.

Кстати для тех же ГЭС помимо неприятностей с турбиной при малых расходах воды, также могут быть неприятности с направляющим аппаратом, который, который при малых углах открытия лопаток может вести себя нестабильно.

15

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Lekarь пишет:

Насчет 47 сразу не знаю))), но КЗ вообще может быть не  причем. Например отказ системы задвижек на газовой магистрали электростанции ведущий к останову всех турбин на станции. Или другой пример.  Вспомните Рефтинскую ГРЭС, когда произошел отказ автоматики и СШ ГЭС вместо загрузки начала разгружаться. Без всяких повреждений в сети.

Кстати для тех же ГЭС помимо неприятностей с турбиной при малых расходах воды, также могут быть неприятности с направляющим аппаратом, который, который при малых углах открытия лопаток может вести себя нестабильно.

Опять же тихоходная задвижка со скрипом туда-сюда, а частота через 1мс бац и 46 ГЦ, так что ли? Бывают и другие технологические повреждения, а сколько их новых будет у ГТУ, у солнечных батарей, ветряков ...
Если даже просто по головотяпству оперативно отключить генераторный включатель, и окажется дефицит в районе, то частота будет падать но всё же до узаконенных 47 Гц будет в худшем варианте не менее 1,5...3 с, АПНУ сработает буквально через 0,1...0,15с, а ЧДА соответственно через 2...3,5 с и уже тогда когда оставшиеся генераторы затянут за собой все остальные.... и действительно "спасайся кто может"

16

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Бармалеич пишет:

В РФ для ГЭС нет требования выделяться от ЧДА, но я связываю это с преобладанием ТЭС и АЭС и специальной ролью ГЭС именно у нас в стране. Поделитесь информацией, если она есть.

дело в том, что у ГЭС отсутствует зависимость между вырабатываемой мощность и частотой питающей сети, в отличие от тепловых станций. А это значит, что в системе с большой долей ГЭС отсутствует такое физическое явление, как лавина частоты. Это, в свою очередь, означает,  что ни АЧР,  ни ЧДА в такой системе попросту не нужны.
Если же рассматривать живучесть данной системы, то выполнение "последнего рубежа обороны"  на базе ЧДА является не лучшим решением. Такая система будет работоспособна и при 50 и при 45 и при 30 герцах. Частота, в данном случае будет слабоселективным параметром по отношению к месту возмущения.
Вы же сами привели пример  с потерей 1000 МВт и дальнейшим отключением генераторов от перегрузки по току ротора.
В такой ситуации "размазывание" противоаварийного управления равномерно по всей системе не способно предотвратить развитие аварии.
Равно как и преднамеренное "деконфигурирование" системы от ЧДА, как предлагают ваши заказчики.
Вам  показано лечение в виде установки АОСН в узлах нагрузки.
Да и с точки зрения минимизации отключенных потребителей это будет оптимальный вариант.

17

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Windtalker315, идея с АОСН хороша ровно до момента выбора уставок и количества отключаемых фидеров. Лично мне не ясно, как выбрать объем ОН от АОСН в условиях неизвестного дефицита: ступенчато с разными выдержками времени? на сколько быстротечным может быть процесс снижения напряжения до критического по условиям устойчивости нагрузки и есть ли право на ожидание эффекта от меньшей ступени?

Лирическое отступление:
Кстати, при разборе описанной аварии (до сих пор генпрокуратура ищет крайних) представители энергосистемы только раз обмолвились, что работала АЧР и отключила 900 МВт нагрузки, но на осциллограммах мне не удалось увидеть свидетельство работы АЧР (но замеры были на стороне 500 кВ и частота явно не вычислялась устройством, а вычислялась анализатором осциллограмм по данным замеров тока и напряжения, поэтому дело может быть именно в этом). И нигде больше я не видел ни одного упоминания, что АЧР вообще работала, что провоцирует на предположения, что ее действие было неэффективным в силу недостатков (которые умалчиваются). Также в отчет не попало, что отключение одного из гидроагрегатов сопровождалось отказом выключателя и возникновением КЗ.

18

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Бармалеич пишет:

Лирическое отступление...

А о какой аварии речь идет? Если событие - не на Ростовской АЭС, поделитесь осциллограммами (да, собственно, если информация с других объектов, попавших под АЧР, будет тоже интересно). Можно в личку, при этом конфиденциальность информации в части конкретизации объектов гарантирую (в том и вся прелесть COMTRADE, что можно всю информацию откорректировать до неузнаваемости). Попробую частоту вычислить разными программами.

19

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Бармалеич пишет:

но на осциллограммах мне не удалось увидеть свидетельство работы АЧР

и вряд ли удастся.
или, быть может, энергосистема ваших друзей работает изолированно ?
есть у меня в этом большие сомнения.
скорее всего она крутиться параллельно с ЕЭС, поэтому ждать  снижения частоты попросту бессмысленно.

Добавлено: 2017-03-21 14:26:47

Бармалеич пишет:

идея с АОСН хороша ровно до момента выбора уставок и количества отключаемых фидеров

начнем с фидеров.
про них забудьте.
когда речь идет о таких объемах нагрузки отключают целыми секциями, желательно с  запретом АВР, а еще лучше питающими линиями 110 кВ.
не забывайте длительность отключения в вашем случае определяется только временем ввода резервных гидроагрегатов, а это минуты.
кстати по факту пуска генераторов очень просто сделать и включение отключенной нагрузки.

что касается  уставок. для их выбора строится куча зависимостей напряжения в узлах от величины возникающего дефицита, для разных вариантов возмущений и характерных режимов системы. все остальное из их анализа. как правило уставка такого АОСН далека от величины критического напряжения.

20

Re: ЧДА на ГЭС. Возможно ли?

Windtalker315, Вы рассуждаете категориями российской ЕЭС, а эта ЭС работает от нее изолировано. Более того, не уверен, что у них развито планирование и обеспечивается резерв (хотя в режиме недостатка воды в водохранилище предусмотрена работа двумя ГА из девяти и пуск резервного ГА при аварийном отлючении одного из работающих, но только в этом режиме!). Частота по это причине у них должна была пойти вниз при резком возникновении дефицита в 70%.

Если говорить об АОСН, то в целом я соглашусь, что большое зерно рациональности в Вашем предложении есть, однозначно я взял это на заметку и уже думаю об изменении формулировок ТЗ.

Добавлено: 2017-03-22 13:44:38

doro, в личку кинул ссылку на обменник.