Локальные устройства противоаварийной автоматики

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
А.А. ОСИНЦЕВ 
 
 
 
 
 
ЛОКАЛЬНЫЕ  
УСТРОЙСТВА  
ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ 
АВТОМАТИКИ 
 
Учебно-методическое пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2019 

 

УДК 621.316.9: 621.311(075.8) 
         О-737 

Рецензенты: 

канд. техн. наук, доцент В.Е. Глазырин 
канд. техн. наук Д.Е. Шевцов 
 
Работа подготовлена кафедрой электрических станций  
для магистрантов факультета энергетики, обучающихся  
по направлению «Электроэнергетика и электротехника» 
и утверждена Редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебно-методического пособия 
 
Осинцев А.А. 
О-737   
Локальные устройства противоаварийной автоматики: 
учебно-методическое пособие / А.А. Осинцев. – Новосибирск: 
Изд-во НГТУ, 2019. – 68 с. 

ISBN 978-5-7782-3838-1 

В настоящем учебно-методическом пособии рассмотрен теоретический материал по отдельным видам устройств противоаварийной 
автоматики, а также даны указания к выполнению лабораторных работ и расчетно-графического задания, которые уже в течение нескольких лет выполнялись магистрантами кафедры электрических 
станций при изучении дисциплины «Противоаварийная автоматика». 
Приведенный пример расчета уставок автоматики АРОЛ, а также 
теоретическое описание других рассматриваемых устройств помогут 
студентам в усвоении изучаемого курса.  
 
 
 
УДК 621.316.9: 621.311(075.8) 
 
ISBN 978-5-7782-3838-1  
 
 
 
 
 
 
© Осинцев А.А., 2019  
© Новосибирский государственный  
   технический университет, 2019 
 

 

ВВЕДЕНИЕ 

Требуемый уровень надежности электроснабжения потребителей в 
настоящее время обеспечивается не только за счет резервирования генерируемых мощностей, их рационального размещения и увеличения 
пропускной способности линий электропередачи, что традиционно 
выполняется в европейских странах, но и за счет использования систем 
автоматического противоаварийного управления. Последнему наряду с 
оптимизацией и автоматизацией диспетчерского управления уделяется 
в нашей стране повышенное внимание. 
Настоящее пособие предназначено для ознакомления с принципами действия некоторых видов локальной противоаварийной автоматики, их особенностями исполнения и выбора уставок. По итогам изучения теоретического материала студентам предлагается выполнить расчетно-графическую работу, содержащую расчет уставок автоматики 
разгрузки при отключении линии и разработку функциональной схемы 
такой автоматики, а также ряд лабораторных работ, состоящих из расчета параметров срабатывания современных микропроцессорных 
устройств противоаварийной и последующей комплексной проверки с 
помощью современной испытательной установки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

1. АВТОМАТИКА РАЗГРУЗКИ  
ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ ЛИНИИ 

Автоматика разгрузки при отключении линии (АРОЛ) устанавливается на загруженных линиях электропередачи (ЛЭП), при отключении которых существенно снижается суммарный предел передаваемой 
мощности в сечениях, включающих в себя эти линии. Применение 
АРОЛ позволяет максимально использовать пропускную способность 
ЛЭП. АРОЛ может входить в состав автоматики предотвращения 
нарушения устойчивости (АПНУ), а также нести функции разгрузки 
(предотвращения недопустимой перегрузки) оборудования при набросе мощности, вызванном отключением ЛЭП (трансформатора). Пусковым условием АРОЛ является отключение контролируемой линии 
(трансформатора), а пусковыми устройствами – устройства фиксации 
отключения линий (ФОЛ) или трансформатора (ФОТ). Управляющее 
воздействие может осуществляться непосредственно после фиксации 
аварийного возмущения («автоматика по возмущению») или в строго 
определенной области режимов, для чего АРОЛ снабжается органом 
контроля предшествующего режима (КПР) и органом контроля пред- 
аварийной схемы. 

1.1. МЕТОДИКА ВЫБОРА НАСТРОЙКИ АРОЛ  
ПО УСЛОВИЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ  
СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ 

Настройка АРОЛ при наличии органа КПР заключается в выборе 
уставок органов КПР и управляющих воздействий по условию обеспечения статической устойчивости с нормативным запасом в послеаварийном режиме, вызванном трехфазным отключением контролируемой линии. Выбор проводится на основе предварительно проведенных 
расчетов предельных по статической устойчивости режимов. На этом 

этапе не учитываются переходные процессы, вызываемые собственно 
отключением линии, КЗ и АПВ. 
Максимальный объем разгрузки 
max
разгр
ΔР
, который должна обеспе
чить автоматика и который является областью управления АРОЛ 
(рис. 1.1), определяется как разность значений максимально допустимого перетока в исходной или ремонтной схеме 
д/а м.д
(
)
P
, обеспечивающего минимальный коэффициент запаса статической устойчивости 
по активной мощности 
р.н.н
(
0,2)
K

, и перетока 
п/а м.д
(
)
Р
, соответ
ствующего нормативному (минимальному) запасу статической устойчивости по активной мощности в послеаварийной схеме при отключении рассматриваемой линии 
р.в.н
(
0,08)
K

: 

 
max
разгр
д/а м.д
п/а м.д
Δ
(
)
U
Р
k
P
P



,  
(1.1) 

где индексы «д/а» и «п/а» указывают на доаварийный и послеаварийный режим, «м.д» – максимально допустимый переток мощности;  

U
k
  – коэффициент, учитывающий возможность повышения значений 
пределов передаваемой мощности в сечении по сравнению с фигурирующими в (1.1) при различных вариациях режима, 
1...1,05
U
k
 
. 
Доаварийный и послеаварийный максимально допустимые перетоки активной мощности определяются по выражениям: 

 
д/а м.д
р.н.н
д/а пред
НК

п/а м.д
р.в.н
п/а пред
НК

(1
)
Δ
;

(1
)
Δ
,

P
K
Р
Р

P
K
Р
Р







 
(1.2) 

где индекс «пред» указывает на предельный переток активной мощности в рассматриваемом режиме; 
НК
ΔР
 – амплитуда нерегулярных ко-
лебаний активной мощности в этом сечении (принимается, что под 
действием нерегулярных колебаний переток в сечении отклоняется от 
текущего на 
НК
ΔР

). 
Значение амплитуды нерегулярных колебаний активной мощности 
устанавливается для каждого сечения энергосистемы (в том числе  
частичного) по данным измерений. При отсутствии таких данных  

расчетная амплитуда нерегулярных колебаний активной мощности сечения может быть определена по выражению 

 
н1
н2
НК
н1
н2
Δ
Р Р
Р
K
Р
Р


, 
 

где 
н1
н2
,
Р
Р
– суммарные мощности нагрузки с каждой из сторон рассматриваемого сечения, МВт; K  – коэффициент, учитывающий способ регулирования перетока мощности в сечении (
1,5
K 
 при ручном 

регулировании и 0,75 – при автоматическом регулировании, 
МВт ). 

 

Рис. 1.1. Область управления АРОЛ 

Амплитуда нерегулярных колебаний, найденная для сечения, может быть распределена по частичным сечениям в соответствии с коэффициентами распределения мощности в этом сечении. Для всех режимов допускается принимать величину 
НК
ΔР
 для режима максимальных нагрузок. 
Настройка АРОЛ должна быть универсальной: уставки КПР и объем разгрузки должны отвечать как нормальной схеме, так и всей совокупности ремонтных схем (за исключением тех, для которых предусматриваются специальные ремонтные ступени автоматики). 

Как правило, при отключении контролируемой линии в ремонтной 
схеме требуется бόльший объем разгрузки, чем в нормальной. Это следует из эквивалентной схемы электропередачи (рис. 1.2), имеющей 
несколько шунтирующих друг друга связей. Максимальный объем разгрузки определяется для той ремонтной схемы (из числа учитываемых), где отключение контролируемой линии приводит к наибольшему снижению суммарного предела передаваемой мощности в сечении. 
При измерении суммарного перетока активной мощности в сечении 
исключается неблагоприятное влияние на настройку автоматики перераспределения нагрузок линий электропередачи, входящих в сечение. 

 
Рис. 1.2. Схема замещения электропередачи: 

x1, x2 – эквивалентные сопротивления энергосистем С1 и С2;  
x3, x4, …, xi, …, xn – эквивалентные сопротивления связей 

Уровень предшествующего перетока в сечении (начальная уставка 
органа КПР), начиная с которого автоматика вводится в работу, определяется по выражению 

 
п/а м.д
нач
КПР
ч ε

U
k
P
Р
k k


 

, 
(1.3) 

где значение 
п/а м.д
P
 принимается для той же ремонтной схемы, что и 

при определении 
max
разгр
ΔР
; 
U
k
  – коэффициент, учитывающий возмож
ное снижение уровней напряжения и пределов передаваемой мощности по сравнению с расчетными в наиболее напряженных режимах, 
сопровождающихся общим дефицитом реактивной мощности в энер

гообъединении или его приемной части, 
0,9...1,0
U
k
 
; 
ч
ч /1,08
k
k
 
; 

ч
k  – коэффициент чувствительности, для обеспечения быстроты срабатывания реле мощности его значение должно быть не менее 1,1...1,3 , 
тогда 
ч
1,02...1,2
k 
; 
εk  – коэффициент, учитывающий относительную 
погрешность реле мощности, измерительных трансформаторов тока и 
напряжения (принимается равным 1,05...1,12 , а при использовании 
каналов телемеханики – 1,1...1,2 ). 
Для измерения суммарного предшествующего перетока в сечении 
необходима передача телеизмерений активной мощности входящих в 
него линий и их суммирование с перетоком активной мощности по 
контролируемой линии в месте установки АРОЛ. Использование телеизмерений в АРОЛ снижает ее надежность и удорожает автоматику, 
поэтому от них часто отказываются, выполняя только на месте измерение перетока по контролируемой линии. 
Начальная уставка КПР по перетоку контролируемой линии 

 
п/а м.д
нач
нач
д/а
д/а
КПР Л
КПР
расп
расп
ч ε

U
k
Р
Р
Р
k
k
k k







, 
(1.4) 

где 
п/а м.д
Р
 – максимально допустимый переток мощности в сечении 
после отключения контролируемой линии в той же исходной ремонтной схеме; 
д/а
расп
k
 – коэффициент распределения, характеризующий до
лю суммарного перетока в сечении Р , приходящуюся на контролиру
емую линию электропередачи, 
д/а
расп
Л /
1,0
k
Р
Р


 (в формулу под
ставляется наименьшее из значений 
д/а
расп
k
). 

Необходимый объем разгрузки при перетоках в сечении, превышающих начальные уставки КПР, характеризуется линейной зависимостью от контролируемого перетока в сечении или по линии: 

 

нач
разгр
КПР

нач
Л
КПР Л
разгр
д/а
расп

Δ
;

Δ
,

Р
Р
Р

Р
Р
Р
k















 
(1.5) 

где Р , 
Л
Р  – текущие значения перетоков активной мощности в контролируемом сечении и линии соответственно. 
При большом максимальном объеме разгрузки согласно (1.6) и выполнении органа КПР на релейной аппаратуре предусматривают несколько ступеней автоматики (обычно две-четыре). Уставка КПР каждой последующей ступени определяется начальной уставкой КПР и 
объемом разгрузки предыдущей ступени: 

 

1
нач
КПР
КПР
Разгр

1
нач
д/а
КПР Л
КПР Л
Разгр
расп

Δ
;

Δ
.

i
i

i
i
Р
Р
Р

Р
Р
Р
k

















 
(1.6) 

Здесь ,
1
i i   – номера ступеней автоматики. Уставка КПР первой ступени равна начальной уставке, определяемой соответственно по формуле (1.3) или (1.4). Вводить дополнительные коэффициенты запаса 
при подсчете по (1.5) не требуется, так как общее смещение вниз всех 
уставок КПР уже задано выражениями (1.3), (1.4) и (1.6). 
Ступени АРОЛ желательно разбивать с небольшим нарастанием 
приращения объема разгрузки, но так, чтобы выполнялись неравенства 

 

1
КПР
КПР
i
1
КПР
КПР
1
1
разгр
разгр
разгр
разгр

;

Δ
Δ
Δ
Δ
.

i
i

i

i
i
i
i

Р
P

P
Р

Р
Р
Р
Р

















 
(1.7) 

1.2. ПРИМЕР ВЫБОРА НАСТРОЙКИ АРОЛ 

В полное сечение межсистемной связи входит ВЛ 500 кВ, на которой устанавливается АРОЛ, ВЛ 330 кВ, ВЛ 220 кВ и ВЛ 110 кВ. Пределы передаваемой мощности по линиям исходя из обеспечения статической устойчивости режимов в нормальной и ремонтных схемах в 
части рассматриваемого сечения приведены в табл. 1.1. 
Необходимо выполнить настройку АРОЛ контролируемой линии 
500 кВ по условию обеспечения статической устойчивости в послеаварийном режиме. Выбор настройки должен включать в себя определение максимального объема разгрузки сечения, уставок КПР по мощности для всех ступеней АРОЛ и объема разгрузки при действии каждой 

ступени. При определении максимального объема разгрузки следует 
принять 
1,03
U
k
 
, 
НК
Δ
120
Р

 МВт. 

Т а б л и ц а  1.1 

Исходные данные 

№ 
п/п 
Схема 
Пределы передаваемой мощности  
по линиям, МВт 

500 кВ 
330 кВ 
220 кВ 
110 кВ 

1 
Нормальная 
1120 
620 
235 
85 

2 
Отключена ВЛ 500 кВ 
0 
835 
285 
100 

3 
Отключена ВЛ 330 кВ 
1310 
0 
305 
105 

4 
Отключены ВЛ 500 кВ  
и ВЛ 330 кВ 
0 
0 
360 
120 

5 
Отключена ВЛ 220 кВ 
1185 
715 
0 
90 

6 
Отключены ВЛ 500 кВ  
и ВЛ 220 кВ 
0 
955 
0 
115 

Для удобства анализа результаты расчетов предельных по статической устойчивости режимов сведены в табл. 1.2. 
Как следует из табл. 1.2, в рассматриваемом сечении кроме линии 
500 кВ сильной связью является также линия 330 кВ, при ее отключении суммарный предел передаваемой мощности снижается на 20 %, 
предел по линии 500 кВ возрастает на 17 % (схема № 3). Попытка выполнить универсальную настройку при таком диапазоне изменения 
пределов приведет к существенно завышенному объему воздействий 
автоматики в нормальной схеме. Кроме того, в этом случае при ремонте линии 330 кВ и отключении линии 500 кВ предел передаваемой 
мощности снижается на 72 % (схема № 4). Согласно [1] сохранение 
устойчивости при этом по шунтирующим связям не обязательно. Вместо глубокой разгрузки сечения может быть допущено деление по 
оставшимся в работе линиям 200 и 110 кВ. В табл. 2 приняты коэффициенты запаса по мощности 
р
0,2
K 
 при нормальном (ремонтном) и 
0,08  – в послеаварийном режиме. 
Поэтому максимальный объем разгрузки определяем по результатам расчетов в схемах № 5 и 6 для ремонта линии 220 кВ: 

 


max
разгр
1,03
626
[0,8 1990 120] [0,92 1070 120]
Р







 МВт.