Automatyka
zabezpieczeniowa w
sieci z rozproszonymi
z
ródłami energii
Wprowadzenie
Wprowadzenie
W Polsce praktyczne
Rodzaje generatorów:
znaczenie majÄ… elektrownie;
uð konwencjonalny generator
uð wiatrowe,
synchroniczny o stałej prędkości,
uð maÅ‚e elektrownie wodne,
uð generator indukcyjny o zmiennej
uð systemy wykorzystujÄ…ce
prędkości i ze zmienną rezystancją
biomasy,
zewnętrzną wirnika,
uð wytwarzanie energii
elektrycznej w skojarzeniu
uð generator asynchroniczny o zmiennej
z produkcją ciepła, tzw.
prędkości z podwójnym zasilaniem,
kogeneracja,
uð generator o zmiennej prÄ™dkoÅ›ci z
uð fotowoltaika.
przekształtnikiem częstotliwości.
Wprowadzenie
W praktyce w wielu krajach, w tym
Ze względu na poziom mocy
także Polsce, stosowana jest zasada,
generacja rozproszona może
według której:
być
uð do sieci niskiego napiÄ™cia (0.4 kV)
uð mikro(od ok. I W do 5 kW),
dopuszcza się przyłączanie z
ródeł
trójfazowych o mocy 50-250 kVA,
uð maÅ‚a (od 5 kW do 5 MW),
uð w gÅ‚Ä™bi sieci Å›redniego napiÄ™cia
uð Å›rednia (od 5 MW do 50 MW)
(10 kV, 15 kV i 20 kV) przyłącza się
z
ródÅ‚a o mocy 2÷3 MVA,
uð duża (od 50MW do 150 MW).
uð do szyn SN w stacji 1 10/SN
przyłącza się z
ródła o mocy
8÷10 MVA,
uð do sieci 110 kV przyÅ‚Ä…cza siÄ™ z
ródła
o mocach większych od 10 MVA.
Wprowadzenie
Dodatkowe z
ródła w sieci Niekorzystny wpływ generacji
wprowadzają niekorzystne zjawiska, rozproszonej zależy głównie od takich
z których najważniejsze to: czynników, jak:
uð zmiana rozpÅ‚ywu mocy, uð moc zwarciowa w sieci
rozdzielczej,konfiguracja tej sieci i
uð zmiany poziomu napiÄ™cia,
rodzaj linii,
uð wzrost prÄ…dów zwarciowych,
uð rodzaj i wielkość przyÅ‚Ä…czonych
uð pogorszenie wskaz
ników jakość
z
ródeł,
energii,
uð sposób i miejsce przyÅ‚Ä…czenia GR do
uð zmiana warunków pracy
sieci.
automatyki regulacyjnej i
elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowe
Sposoby przyłączenia generacji
rozproszonej do sieci rozdzielczej SN
Sposoby przyłączania generacji
rozproszonej do sieci rozdzielczej110kV
Cele analiz inżynierskich przyłączania
Generacji Rozproszonej
uð rozpÅ‚yw mocy i poziom napiÄ™cia w stanie normalnym
i z uwzględnieniem działania układów regulacji napięcia,
uð szybkie zmiany napiÄ™cia podczas zaÅ‚Ä…czania i wyÅ‚Ä…czania
z
ródeł generacji rozproszonej,
uð wskaz
niki jakości energii w sieci (wahania napięcia,
migotania światła, odkształcenia harmoniczne),
uð warunki zwarciowe (wartoÅ›ci i rozpÅ‚yw prÄ…dów
zwarciowych i ziemno-zwarciowych),
uð warunki pracy automatyki zabezpieczeniowej w sieci.
Cele analiz inżynierskich przyłączania
Generacji Rozproszonej
W przypadku przyłączania z
ródeł rozproszonych
o dużych mocach należy przeanalizować także:
uð granicÄ™ stabilnoÅ›ci napiÄ™ciowej w punkcie
przyłączenia,
uð stabilność lokalnÄ… wÄ™zÅ‚a wytwórczego w pobliżu
punktu przyłączenia,
uð stabilność globalnÄ… systemu (krytyczny czas
trwania zwarcia w punkcie przyłączenia).
Warunki pracy zabezpieczeń sieci
rozdzielczej z generacjÄ… rozproszonÄ…
Nieprawidłowe działanie zabezpieczeń w sieciach z
przełączanymi z
ródłami energii:
uð zbÄ™dne dziaÅ‚ania zabezpieczeÅ„ zwarciowych linii,
uð nieskuteczne dziaÅ‚anie automatyki SPZ,
Aby temu zapobiec należy lokalne z
ródło wyłączać
przez dodatkowe zabezpieczenia w czasie pierwszej
przerwy w cyklu SPZ oraz czas przerwy w cyklu SPZ
wydłuża się do 1 s.
zalecenia i wymagania dotyczÄ…cych
dostosowania zabezpieczeń do GR
uð ObowiÄ…zujÄ… w tym wzglÄ™dzie nastÄ™pujÄ…ce zasady [14]:1) wszelkie zwarcia w
pobliżu elektrowni lokalnej powinny być możliwie szybko eliminowane w celu
zapobieżenia utracie synchronizmu generatorów, w szczególności dotyczy to
zwarć w liniach wiâżâcych elektrowniÄ™ z systemem;2) bliskie zwarcia w
odpływach ze stacji GPZ, do których nie są przyłączonelokalne z
ródła,
powinny być wyÅ‚âczane możliwie bezzwÅ‚ocznie lub z niewielkÄ… zwÅ‚okÄ…;3) , w
liniach zasilanych dwustronnie należy stosować zabezpieczenia
nadprâdowozwÅ‚oczne z blokadâ kierunkowâ.
Automatyka zabezpieczeniowa z
ródeł
rozproszonych
uð Generatory synchroniczne i asynchroniczne, stosowane
jako z
ródła generacji rozproszonej, wyposaża się w
zabezpieczenia podstawowe i dodatkowe. Do
zabezpieczeń podstawowych należą takie rodzaje
zabezpieczeń, w które należy wyposażać zwykle
generatory i silniki asynchroniczne, stosownie do ich
rodzaju i mocy.
uð Stosowanie zabezpieczeÅ„ dodatkowych z
ródeł
rozproszonych wynika z występowaniem dużych zagrożeń
związanych z utratą połączenia z
ródła z systemem
elektroenergetycznym oraz niekontrolowanÄ… pracÄ…
wyspowÄ….
Automatyka zabezpieczeniowa z
ródeł rozproszonych
Unikanie samowzbudzenia generatora asynchronicznego
uð W celu unikniÄ™cia samowzbudzenia generatora
asynchronicznego podczas normalnych operacji
Å‚Ä…czeniowych konieczne jest zachowanie odpowiedniej ich
kolejności:
uð przy zaÅ‚Ä…czaniu:
1) rozpędzenie maszyny do prędkości bliskiej
synchronicznej,
2) załączenie maszyny do sieci, a następnie 3) włączenie
baterii kondensatorów;
uð przy wyÅ‚Ä…czaniu:
1) wyłączenie baterii kondensatorów,
2) odłączenie generatora od sieci.
Automatyka zabezpieczeniowa z
ródeł rozproszonych
Zapobiegania pracy wyspowej z
ródeł rozproszonych
uð Jako uzasadnienie zapobiegania pracy wyspowej z
ródeł
rozproszonych wymienia siÄ™ :
uð  brak możliwoÅ›ci prawidÅ‚owego dziaÅ‚ania zabezpieczeÅ„ z
powodu małej mocy zwarciowej tych z
ródeł,
uð  brak możliwoÅ›ci zachowania standardów jakoÅ›ci energii
dostarczanej odbiorcom;
uð  możliwość uszkodzenia generatorów po
niekontrolowanym ponownym połączeniu z systemem (np.
po SPZ i SZR),
uð  wzrost zagrożenia porażeniowego (np. wskutek
odłączenia się od urządzeń do kompensacji prądu
ziemnozwarciowego).
Automatyka zabezpieczeniowa z
ródeł rozproszonych
Zabezpieczenia dodatkowe z
ródeł rozproszonych
uð zerowo-nadnapiÄ™ciowe od zwarć doziemnych,
uð nadczÄ™stotliwoÅ›ciowe,
uð podczÄ™stotliwoÅ›ciowe,
uð nadnapiÄ™ciowe od wzrostu napiÄ™cia generatora,
uð podnapiÄ™ciowe, od rozbiegania siÄ™
hydrogeneratorów oraz
uð specjalne od utraty poÅ‚Ä…czenia z systemem
elektroenergetycznym.
Automatyka zabezpieczeniowa z
ródeł rozproszonych
Zabezpieczenia dodatkowe z
ródeł rozproszonych
uð Zabezpieczenie zerowo-nadnapiÄ™ciowe wykrywa
zwarcie doziemne utrzymujÄ…ce siÄ™ w linii SN
łączącej po wyłączeniu tej linii w GPZ i wyłącza
generator w czasie przerwy w cyklu SPZ. W
przypadku stosowania w sieci automatyki
wymuszania składowej czynnej prądu
ziemnozwarciowego (AWSC) opóz
nienie tego
zabezpieczenia musi być większe od zwłoki w
załączaniu rezystora, wynoszącej zwykle 3 s.
Automatyka zabezpieczeniowa z
ródeł rozproszonych
Zabezpieczenia dodatkowe z
ródeł rozproszonych
uð Zabezpieczenie nadczÄ™stotliwoÅ›ciowe wyÅ‚Ä…cza
generator przy nadmiernym wzroście
częstotliwości po utracie połączenia z systemem i
gwałtownym odciążeniu generatora.
uð Zabezpieczenie podczÄ™stotliwoÅ›ciowe chroni
generator od pracy przy obniżonej częstotliwości
podczas awarii systemowej, a także po utracie
połączenia z systemem i gwałtownym dociążeniu
generatora.
Automatyka zabezpieczeniowa z
ródeł rozproszonych
Zabezpieczenia dodatkowe z
ródeł rozproszonych
uð Zabezpieczenie nadnapiÄ™ciowe zapobiega uszkodzeniu
generatora wskutek nadmiernego wzrostu napięcia,
spowodowanego nieprawidłowym
działaniem(uszkodzeniem) układu regulacji napięcia
generatora lub transformatora, rozbieganiem siÄ™
hydrogeneratora, czy też samowzbudzeniem się
generatora asynchronicznego.
uð Zabezpieczenie podnapiÄ™ciowe reaguje z odpowiedniÄ…
zwłoką podczas bliskich zwarć w sieci oraz po utracie
połączenia generatora z systemem. Jeżeli przewiduje się
pracÄ™ wyspowÄ… z
ródła rozproszonego, to zabezpieczenia
dodatkowe mogą działać tylko na odłączenie generatora
od układu elektroenergetycznego.
Automatyka zabezpieczeniowa z
ródeł rozproszonych
Zabezpieczenia dodatkowe z
ródeł rozproszonych
uð Jeżeli przewiduje siÄ™ pracÄ™ wyspowÄ… z
ródła
rozproszonego, to zabezpieczenia dodatkowe
mogą działać tylko na odłączenie generatora od
układu elektroenergetycznego.
uð Zabezpieczeniem bardzo szybko reagujÄ…cym (w
czasie kilku okresów) na utratę powiązania
generatora z systemem, jest tzw. napięciowy
przekaz
nik wektorowy, który wykrywa skokową
zmianę argumentu(kąta fazowego) napięcia
generatora w stosunku do fazy tego napięcia na
początku zakłócenia.
Przykładowe wyposażenie w zabezpieczenia z
ródeł
rozproszonych z generatorami synchronicznymi bardzo małej
mocy.
Przykładowe wyposażenie w zabezpieczenia
z
ródeł rozproszonych z generatorami
synchronicznymi bardzo małej mocy
Zabezpieczenia turbiny wiatrowej
z generatorem synchronicznym o mocy 2,0MW
Zabezpieczenia z
ródeł rozproszonych
współpracujących z przekształtnikami
Maszynowe z
ródła rozproszone współpracujące z
przekształtnikami wyposażane są w zabezpieczenia
od międzyfazowych i doziemnych zwarć
wewnętrznych, stosownie do rodzaju i mocy
generatora. Przekształtniki mogę być tzw. zależne,
czyli ich praca wymaga napięcia z sieci, oraz
niezależne, które mogą pracować samodzielnie. W
pierwszym przypadku oddawanie energii do sieci
jest możliwe tylko przy pracy równoległej z
ródła z
systemem
uð Falowniki blokujÄ… przepÅ‚yw prÄ…du zwarcia z sieci do
z
ródła, dlatego sieć rozdzielcza nie odczuwa zwarć w
generatorze, prostownikach i na szynach napięcia stałego.
Z kolei przy zwarciach zewnętrznych przekształtniki z
komutacją sieciowa, wskutek obniżonego napięcia, nie
będę przełączane, dlatego nie wymagaj zabezpieczeń od
tego typu zwarć. Przekształtniki z komutacją wewnętrzną
(autonomiczne) zwykle dopuszczają krótkotrwały (ok.60
ms) przepływ prądu zwrotnego, ograniczającego do
poziomu prądu znamionowego i też nie wymagają
oddzielnych zabezpieczeń. Jeśli z
ródło przekształtnikowe
może produkować długotrwale prąd zwarcia, to należy
wyposażyć go w zabezpieczenie nadprądowe-
kierunkowe.Jako zabezpieczenia dodatkowe z
ródeł
przekształtnikowych stosuje się przedewszystkim
zabezpieczenia nadnapięciowe i podnapięciowe oraz
nadczęstotliwościowe i podczęstotliwościowe