SYNCHRONICZNE I ASYNCHRONICZNE OPERACJE ŁĄCZENIOWE W SIECI NN KRAJOWEGO SYSTEMU ELEKTROENERGETYCZNEGO

dr inż. Piotr Miller Politechnika Luelska mgr inż. Marek Głaz PSE S.A. mgr inż. Artur Mrowiński PSE S.A. prof. dr h. inż. Jan Machowski Politechnika Warszawska prof. dr h. inż. Piotr Kacejko Politechnika Luelska dr inż. Marek Wancerz Politechnika Luelska SYNCHRONICZNE I ASYNCHRONICZNE OPERACJE ŁĄCZENIOWE W SIECI NN KRAJOWEGO SYSTEMU ELEKTROENERGETYCZNEGO Streszczenie Pod koniec 2011 roku w przedsięiorstwie Polskie Sieci Elektroenergetyczne S.A. (wówczas jeszcze PSE Operator S.A.) miał miejsce odiór pracy adawczo-rozwojowej, której zasadniczym celem yło opracowanie metod oraz narzędzi do oceny parametrów łączeń synchronicznych i asynchronicznych elementów sieci przesyłowej. W zasadzie chodziło o opracowanie kryteriów oceny możliwości wykonywania operacji łączeniowych, oraz narzędzi, które w oparciu o te kryteria yłyy w stanie dać odpowiedź, w jakich warunkach przeprowadzenie takich operacji yłoy możliwe w wyranym miejscu sieci i dla konkretnej jej konfiguracji. Jednocześnie, według założeń, wyniki uzyskiwane w ramach omawianych analiz mogłyy służyć pomocą przy wyorze wartości nastawczych urządzeń do kontroli synchronizmu łączeń (ang. synchrocheck). Rolę omawianego narzędzia pełni program komputerowy SynchroSoft, który został wdrożony w PSE S.A. już prawie dwa lata temu. W artykule, oprócz krótkiego zaprezentowania podstaw teoretycznych związanych z udarami prądowymi wywoływanymi czynnościami łączeniowymi w SEE, zamieszczono wyniki analiz i wrażenia użytkowników oraz wnioski, które nasunęły się użytkownikom programu SynchroSoft w trakcie jego użytkowania. 1. WSTĘP Przedmiotem rozważań niniejszego artykułu jest kontrola synchronizmu przy załączaniu elementów sieci przesyłowej, lu ardziej dokładnie, przy łączeniu za pośrednictwem wyłącznika dwóch węzłów rozpatrywanej sieci. Z różnych przyczyn, węzły te w chwili poprzedzającej załączenie, mogą mieć napięcia różniące się miedzy soą co do: modułu (Ua, U), argumentu (αa, α), częstotliwości (fa, f), przy czym różnice te, mogą oejmować wszystkie 3 wielkości. W praktyce, jeśli częstotliwości napięć łączonych węzłów nie różnią się, mówi się o łączeniu synchronicznym, a jeśli się różnią, o łączeniu asynchronicznym. Z punktu widzenia systemu elektroenergetycznego z łączeniem synchronicznym operator sieci przesyłowej ma do czynienia np. przy próie ponownego załączenia odstawionej wcześniej linii, natomiast łączenie asynchroniczne może mieć miejsce w przypadku restytucji poawaryjnej systemu, który w wyniku awarii podzielił się na pracujące asynchronicznie podsystemy. Należy zwrócić uwagę, że w literaturze często stosuje się inne pojęcia: synchronizacja (w przypadku łączenia przy różnych częstotliwościach), co według nazewnictwa wprowadzonego powyżej odpowiada łączeniu asynchronicznemu, łączenie do pierścienia, co z kolei odpowiada łączeniu synchronicznemu. Jak już wspomniano, parametrami elektrycznymi, istotnymi z punktu widzenia załączenia elementu systemu elektroenergetycznego, są wartości napięć (co do modułu i fazy) oraz częstotliwości, mierzone na iegunach wyłącznika załączającego dany element. Urządzenia do kontroli synchronizmu łączeń (UKS ang. synchrocheck) sprawdzają więc: (a) różnicę modułów napięć, () różnicę argumentów napięć, (c) różnicę częstotliwości. Ten ostatni parametr ma znaczenie dla synchronizacji generatora z siecią oraz przy łączeniu podsystemów (wysp) pracujących asynchronicznie. Współcześnie produkowane urządzenia do kontroli synchronizmu łączeń mogą yć autonomicznymi urządzeniami, których zadanie polega ądź na automatycznej synchronizacji, ądź też na kontroli synchronizmu i zezwoleniu na przeprowadzenie operacji łączenia. Mogą yć 51

także integralną częścią innych urządzeń, np. zezpieczeń odległościowych lu sterowników oiektowych. Przykłady podano w teli (tela 1). Tela 1 Przykłady dostępnych urządzeń do kontroli synchronizmu łączeń Typ urządzenia Producent Realizacja Funkcje SYNCHROTACT 5 REL511*2,5 SIPROTEC 7SA522 SIPROTEC 7VK61 SIPROTEC 7VE63 P443 RSYN MST2 B B Siemens Siemens Siemens AREVA Elkomtech autonomiczne zezpieczenie odległościowe zezpieczenie odległościowe autonomiczne autonomiczne zezpieczenie odległościowe układ sterownika oiektowego synchronizacja automatyczna, kontrola operacji łączenia kontrola operacji łączenia kontrola operacji łączenia kontrola operacji łączenia synchronizacja automatyczna dwa stopnie: I łączenie do pierścienia II łączenie po podziale kontrola operacji łączenia Źródło informacji [3] [2] [23] [25] [24] [4] [5] Osonym zagadnieniem jest ustalenie kryteriów dooru wartości nastawczych tych urządzeń. 2. KRYTERIA DOBORU WARTOŚCI NASTAWCZYCH Istnieje kilka zagrożeń, które prowadzą do konieczności ograniczenia i kontroli warunków załączania elementów sieci przesyłowej. Wynikają one przede wszystkim z negatywnych skutków działania dużej wartości prądu, który pojawia się w pierwszej chwili po załączeniu elementu systemu elektroenergetycznego. Ze względu na krótkotrwały przeieg stanu nieustalonego, zjawiska termiczne wywołane prądem załączenia nie mają znaczenia, natomiast najważniejsze zagrożenia związane z procesem łączenia wynikają z: W1. Możliwości uszkodzenia wyłącznika wskutek przekroczenia jego zdolności łączeniowej. W2. Możliwości zędnego poudzenia zezpieczeń odległościowych. W3. Zagrożeń związanych z możliwością uszkodzenia uzwojeń transformatorów (lokowych oraz sieciowych) lu generatorów synchronicznych przez działanie sił dynamicznych wywołanych dużą wartością szczytowego prądu załączenia. W4. Powstawania naprężeń w wałach zespołów wytwórczych przyczyniających się do zmęczenia materiału i ograniczenia ich żywotności. W5. Zagrożenia utratą stilności systemu elektroenergetycznego (dotyczy łączenia podsystemów pracujących asynchronicznie oraz likwidacji zakłóceń w cyklu SPZ). Warunek (W1) można sprawdzić oliczając szczytowy prąd załączenia (maksymalna wartość chwilowa prądu) i porównując go do wartości prądu załączalnego wyłącznika. Warunek (W2) można sprawdzić porównując impedancję mierzoną przez zezpieczenie odległościowe w momencie załączania z charakterystyką rozruchową tego zezpieczenia. Warunek (W3) można sprawdzić drogą pośrednią przez porównanie stanu łączenia do stanu zwarcia. Wynika to z faktu, że normy udowy transformatorów i generatorów nie odnoszą się do pró związanych z procesami łączeniowymi lecz określają odporność tych urządzeń na zwarcia. Warunek (W4) dotyczy zmęczenia materiału wału zespołu wytwórczego pod wpływem oscylacji skrętnych wywołanych zakłóceniami elektrycznymi w sieci w tym przypadku wywołanych załączeniem linii przesyłowej przy dużej różnicy napięć (rozumianej fazorowo). 52

Warunek (W5) utraty stilności systemu elektroenergetycznego dotyczy łączenia podsystemów pracujących asynchronicznie oraz likwidacji zwarć w cyklach SPZ. Sprawdzenie tego warunku wymaga użycia programów do adania stilności kątowej przejściowej (równowagi dynamicznej) lu metody uproszczonej opartej na ezpośredniej metodzie Lapunowa. 3. MODEL MATEMATYCZNY SEE I METODY OBLICZENIOWE Do symulacji stanu nieustalonego wywołanego załączeniem elementu sieci przesyłowej przy różnicy napięć można użyć modeli matematycznych i programów komputerowych służących do symulacji elektromagnetycznych lu elektromechanicznych stanów nieustalonych. Zagadnienia dotyczące symulacji i odpowiednie modele matematyczne są opisane w [10, 12]. Z punktu widzenia dooru nastawień urządzeń do kontroli synchronizmu łączeń istotny jest początkowy prąd załączenia rozumiany jako wartość skuteczna składowej okresowej prądu w pierwszej chwili po zamknięciu wyłącznika tj. dla chwili t 0. Rys. 1 Tworzenie modelu matematycznego Podonie jak przy oliczaniu początkowego prądu zwarcia [7] do oliczania początkowego prądu załączenia generatory synchroniczne należy odwzorować jak dla stanu podprzejściowego [7, 10, 12], czyli za pomocą sił elektromotorycznych E " za reaktancjami podprzejściowymi przy założeniu, że " q " d X X. Wartości E " należy oliczyć dla zadanego stanu ociążenia systemu elektroenergetycznego. Tworzenie modelu sieci do oliczenia początkowego prądu załączenia ilustruje rys. 1. Ziór {S} jest ziorem szyn, do których przyłączone są zespoły wytwórcze, natomiast ziór {G} jest ziorem fikcyjnych węzłów generatorowych za impedancjami zastępczymi loków wytwórczych. Ziór {L} jest ziorem węzłów odiorczych. Odiory zastępuje się stałymi admitancjami. Węzły a, są iegunami zamykanego wyłącznika. Napięcia na iegunach wyłącznika oznacza się odpowiednio U a, U oraz U ( U a U ). Różnicę argumentów napięć oznacza się jako. W raporcie [9] oraz w [21] wykazano, że wszystkie wielkości niezędne do oliczenia nastawień urządzeń do kontroli synchronizmu łączeń można oliczyć tworząc dla powyższego modelu impedancyjną macierz węzłową tworzoną tak samo jak do oliczeń zwarciowych [7]. Zmiany prądu generatorów wywołane załączeniem danej linii olicza się wtedy z następującego wzoru: ( z z ) (1) ia i IG i Y Gi ( U i U i ) I ZG i gdzie Z Gi 1/ YG i jest impedancją danego loku generator transformator, natomiast z ia oraz z i są elementami impedancyjnej macierzy węzłowej, I jest początkowym prądem załączenia. Powyższa zmiana prądu wywołuję następująca zmianę mocy generatora: 53

* * " * " ( zia zi ) * G i Gi Gi Gi * ZG i S E I E I P Re( S ) Gi Gi Korzystając ze wzorów (1) i (2) należy pamiętać, że podkreślone symole dotyczą licz zespolonych we wspólnym układzie współrzędnych. W raporcie [9] oraz w [21] wykazano także, że z punktu widzenia oliczenia początkowego prądu załączenia I model adanej sieci przesyłowej (rys. 1a) można uprościć do prostego schematu zastępczego jak na rys. 2a. (2) Rys. 2 Model do wyznaczenia początkowego prądu załączenia; (a) schemat zastępczy, () wykres fazorowy Na rys. 2 przez E a, E, Z a, Z oznaczono siły elektromotoryczne oraz impedancje źródeł zastępczych. Z jest impedancją gałęzi zastępczej odwzorowującej połączenia węzłów a, poprzez pracującą sieć przesyłową. Początkowy prąd załączenia I można oliczyć za pomocą twierdzenia Thevenina mając napięcie U na iegunach wyłącznika (rys. 1) oraz impedancję Thevenina widzianą z węzłów, przy zwartych źródłach napięciowych. Impedancja ta (rys. 2a) dana jest wzorem: Z Th Z Z Z Z Z Z a a gdyż patrząc od strony węzłów a, widzi się impedancje Z a, Z połączone z soą szeregowo oraz równolegle z Z. Do dalszej analizy wzór (3) opisujący impedancję Thevenina można przekształcić w następujący sposó: Z Z Z a a Th ; Z (3) 1 Z Z (4) 54

gdzie jest współczynnikiem zespolonym odwzorowującym wpływ gałęzi wzdłużnej Z na wartość impedancji Thevenina. Korzystając ze schematu zastępczego (Rys. 2a) początkowy prąd załączenia I można oliczyć w następujący sposó: Ea E U U I (5) Z Z Z Z Z a a Th We wszystkich dalszych oliczeniach współczynnik odgrywa ardzo istotną rolę. Z tego względu w raporcie [9] oraz w [21] wykonano analizę wartości przyjmowanych przez ten współczynnik dla krajowej sieci przesyłowej oraz 220 kv. Wykazano, że dla tej sieci współczynnik jest ogólnie większy od jedności i ma duży wpływ na wartość prądu załączenia. Odnośnie napięć można założyć, że w skrajnych przypadkach ardzo silnych ociążeń sieci liskich stanów awaryjnych przyjmują one wartości 15 % napięcia znamionowego. Przy założeniu, że po jednej stronie wyłącznika napięcie jest skrajnie niskie zaś po drugiej stronie skrajnie wysokie otrzymuje się, że współczynnik Ua / U mieści się w przyliżeniu w granicach 0, 75 1,35. Należy podkreślić, że urządzenie do kontroli synchronizmu łączeń mierzy rozchylenie kątowe napięć U, U a nie sił elektromotorycznych E, E (Rys. 2), dlatego też dalsze rozważania a dotyczą dopuszczalnej wartości kąta załączenia. Wartość wyznaczonego kąta, która może posłużyć do nastawienia urządzenia do kontroli synchronizmu łączeń odpowiada najmniejszej wartości uzyskanej z wszystkich niżej omówionych warunków. 4. KRYTERIUM (W1) - ZAGROŻENIE WYŁĄCZNIKA Wielkością charakteryzującą wyłącznik w sytuacji zamykania owodu (załączania) jest prąd znamionowy załączalny i wz (wartość szczytowa). Wielkością charakteryzującą wyłącznik w sytuacji otwierania owodu (wyłączania) jest prąd wyłączalny zwarciowy. Prąd załączalny dotyczy wartości szczytowej z uwzględnieniem składowej nieokresowej, zaś prąd wyłączalny dotyczy wartości skutecznej składowej okresowej (prąd znamionowy załączalny jest zatem większy od prądu wyłączalnego zwarciowego). Ay nie doszło do uszkodzenia wyłącznika początkowy prąd załączenia I wzięty z uwzględnieniem składowej nieokresowej nie może przekroczyć zdolności łączeniowej wyłącznika tj. prądu znamionowego załączalnego. Wg [9, 21] kryterium to jest spełnione jeśli kąt załączenia spełnia następujący warunek: max iwz ZTh sin (6) 2 2kk 2U gdzie: k 1 jest współczynnikiem zapasu (ezpieczeństwa), ku 2 jest współczynnikiem udaru uwzględniającym dodanie składowej nieokresowej do składowej okresowej, oraz U / U 1 czyli U U U. Dla sieci najwyższych napięć można przyjąć k 2. a a 5. KRYTERIUM (W2) - ZAGROŻENIE POBUDZENIA ZEZPIECZEŃ Rozważany jest przypadek jak na rys. 3, gdy do sieci przesyłowej załączana jest linia lu transformator zezpieczone za pomocą zezpieczenia odległościowego. Dla ustalenia uwagi rozważania ędą przeprowadzone dla linii przesyłowej o impedancji Z L. Przy sporej różnicy napięć na iegunach wyłącznika (co do modułu i fazy) tuż po zamknięciu wyłącznika powstaje duży prąd załączenia i impedancja mierzona przez zezpieczenie odległościowe może się znacznie oniżyć. Doierając nastawienia urządzenia do kontroli synchronizmu łączeń należy sprawdzić czy przy przyjętych nastawieniach załączenie nie spowoduje zadziałania zezpieczenia. a u u 55

Rys. 3 Załączanie linii przesyłowej W raporcie [9] oraz w [21] wykazano, że impedancja odległościowe spełnia następujące równania: Z z mierzona przez zezpieczenie Z z Z z a ( Z ) Z Z ( Z ) arg Z Z ) arg z a z (8) gdzie U a / U, natomiast Z a Z a / oraz Z Z / są to impedancje źródeł zastępczych Z a, Z (Rys. 2a) podzielone przez współczynnik : Z Z / Z a Z a / R jx Ra jxa Ilustrację geometryczną równań (7) i (8) pokazano na rys. 4. Na płaszczyźnie zmiennej zespolonej równanie (7) wyznacza miejsca geometryczne (ziór punktów), od których końce odcinka łączącego Z oraz Z a oznaczone jako A,B są widziane w odległościach ędących w stałym stosunku równym współczynnikowi. (7) (9) Rys. 4 Ilustracja geometryczna warunku nie poudzenia zezpieczenia odległościowego Dla 1 jest to linia prosta przechodząca przez środek odcinka A-B i do niego prostopadła. Dla 1 są to okręgi. Środki tych okręgów leżą na przedłużeniu odcinka A-B. Na rys. 4 narysowano tylko fragmenty okręgów dla 0, 75 oraz 1,35. Z równania (8) wynika natomiast, że z danego punktu Z z leżącego na okręgu lu prostej const odcinek A-B jest widziany pod kątem odpowiadającym rozchyleniu kątowemu napięć U a, U (rys. 2). 56

Współczesne zezpieczenia odległościowe mają różne charakterystyki rozruchowe. Dla uproszczenia można przyjąć, że zewnętrzna charakterystyka rozruchowa nie wychodzi poza prostokąt ograniczony wartościami R r, X r jak na rys. 4. W raporcie [9] oraz w [21] wykazano, że współrzędne punku C (w którym prosta 1 przecina ok prostokąta) dane są wzorami: X C R R R (10) C X X R R ( R R ) a a a R C 2 Xa X 2 Mając współrzędne ( RC, X C) punktu C można oliczyć kąt odpowiadający impedancji Z R jx. Kosinus tego kąta dany jest wzorem: z C C cos C a C C a C (C) 2 2 ( RC R ) ( X C X ) r ( R R )( R R ) ( X X )( X X ) Załączenie danej linii nie spowoduje poudzenia zezpieczenia odległościowego gdy spełniony jest warunek: (13) max W sposó analogiczny można wyznaczyć kąt odpowiadający charakterystyce o dowolnym kształcie. Wysiłek ten nie jest jednak opłacalny, gdyż wyznaczenie dopuszczalnej wartości kąta w oparciu o skrajne wartości ograniczone prostokątem jest w praktyce wystarczające. (C) 6. KRYTERIUM (W3) - ZAGROŻENIE UZWOJEŃ Rozważany jest przypadek jak na rys. 5, gdy do sieci przesyłowej załączany jest transformator, który od jednej strony jest już załączony. W takim przypadku można oczekiwać, że przy dużej różnicy napięć U powstanie duży prąd załączenia, którego wartość szczytowa wywoła siły dynamiczne mogące uszkodzić uzwojenia transformatora. (11) (12) Rys. 5 Załączanie transformatora Normy dotyczące udowy transformatorów nie odnoszą się do warunków takiego załączania lecz stawiają wymaganie y transformator wytrzymał prąd zwarcia na jego zaciskach, czyli w tym przypadku przy zwarciu na szynach a lu zaciskach (co przy zamkniętym wyłączniku a- jest równoważne). Z tego względu dla załączenia transformatora należy postawić warunek y prąd załączenia I nie ył większy od prądu zwarcia trójfazowego na szynach a dopływającego od strony, czyli prądu IK3 ( a). W raporcie [9] oraz w [21] warunek ten zadano w uproszczeniu przy pominięciu rezystancji, czyli założeniu: Z j X, Z j X, Z jx a a 1 ( X X ) / X a Przy tym założeniu omawiany warunek jest spełniony, gdy kąt załączenia spełnia następującą nierówność: 1 sin max X a 1 2 2 (15) X (14) 57

Z nierówności tej wynika, że ograniczenie kąta załączenia zależy od wartości oraz stosunku reaktancji zastępczych Xa / X po ou stronach wyłącznika. Przy dużej wartości oraz małej wartości Xa / X kąt załączenia może yć przez to kryterium znacząco ograniczony. Warto tutaj zaznaczyć, że w wielu pulikacjach omawiane tu kryterium uznawane jest jako do pominięcia (np. [22, 27]). W niektórych przypadkach jest to jednak łędne, gdyż w pulikacjach tych pomija się współczynnik przyjmując automatycznie 1. Dla 1 oraz Xa X po prawej stronie nierówności (15) otrzymuje się wartość równą 1/ 2. Dla tej wartości kąt załączenia o musi spełniać nierówność: max 60. W przypadku 1 otrzymuje się wartości kąta jeszcze mniejsze. 7. KRYTERIUM (W4) ZAGROŻENIE WAŁÓW ZESPOŁÓW WYTWÓRCZYCH Nagła zmiana mocy czynnej (i tym samym momentu elektromagnetycznego) generatora w przypadku dużych turozespołów powoduje powstawanie oscylacji skrętnych wału i naprężeń mechanicznych. Zjawisko to powoduje mechaniczne zmęczenie materiału wału zespołu wytwórczego [12, 22, 26]. Na podstawie wieloletnich adań w raporcie [1] oraz podręczniku [22] przyjęto, że załączenie linii w sieci przesyłowej można uznać za całkowicie ezpieczne dla wałów turogeneratorów, gdy wywołana przez nie zmiana mocy czynnej generatorów spełnia następujący warunek: P śr 0,5 pu czyli Pśr 0,5 PnG (16) gdzie P ng jest mocą znamionową generatora. Ilustrację definicji Pśr podano na rys. 6. Na rysunku tym pokazano przykład zmian wartości chwilowych mocy czynnej generatora o synchronicznego po załączeniu linii przesyłowej przy kącie załączenia około 40. Wartości chwilowe mocy oscylują z częstotliwością podstawową 50 Hz (linia kropkowa) wokół wartości średniej (linia ciągła). W pierwszej chwili po załączeniu linii przesyłowej następuje skok wartości średniej mocy o wartość P. śr Rys. 6 Przykład zmian mocy czynnej generatora synchronicznego po załączeniu linii przesyłowej Wartość początkową Pśr w pierwszej chwili po załączeniu danej linii przesyłowej można oliczyć korzystając z wyżej omówionego wzoru (2). Więcej szczegółów można znaleźć w [8, 9, 13 21]. Powyższe wzory pozwalają oliczyć udary mocy dla zadanego stanu ociążenia. Z punktu widzenia nastawień urządzeń do kontroli synchronizmu łączeń istotne jest oliczenie granicznej wartości kąta załączenia, przy której największa wartość udaru PGi danego wzorem (2) osiągnie wartość kryterialną (16). Ogólnie oliczenie wartości granicznej kąta załączenia wymaga wykonania następujących oliczeń krokowych: a) zmiana rozdziału ociążeń pomiędzy zespoły wytwórcze powiększająca kąt o zadaną małą wartość, ) oliczenie nowych wartości " E Gi w zmienionym stanie rozdziału ociążeń, 58

c) oliczenie udarów mocy wywołanych załączeniem - jeśli udary są mniejsze od wartości kryterialnej powrót do punktu (a), jeśli dla dowolnego generatora osiągnięto wartość kryterialną udaru mocy czynnej zakończenie oliczeń i przyjęcie ostatniej wartości jako wartości granicznej. Zasadniczy prolem przy realizacji takiego postępowania polega na tym jak określić rozdział ociążenia pomiędzy zespoły wytwórcze y powiększał on kąt załączenia oraz udary mocy w generatorach PGi towarzyszące załączeniu danego elementu sieci. W ramach realizacji wspomnianej już pracy adawczo - rozwojowej [9] opracowano metodę zmiany rozdziału ociążeń pozwalającą na oszacowanie granicznej wartości kąta załączenia. Została ona dokładnie opisana w [9, 21]. 8. KRYTERIUM (W5) ŁĄCZENIA ASYNCHRONICZNE Analiza łączenia podsystemów asynchronicznych (wysp) jest kolejnym tematem rozważań prowadzonych w artykule. Rozpatrywany jest przypadek, w którym dwa podsystemy pracujące (ogólnie) asynchronicznie są łączone przez zamkniecie wyłącznika. W takim przypadku oprócz modułu i fazy napięć na ou iegunach wyłącznika porównywane są również częstotliwości. W omawianym przypadku w modelu zastępczym Thevenina (rys. 2a) nie występuje gałąź zastępcza Z jak to miało miejsce w przypadku załączania linii w systemie pracującym synchronicznie. Brak linii zastępczej wynika z faktu, że między łączonymi podsystemami nie ma sieci łączącej te podsystemy. W takim przypadku wzór (3) określający impedancję Thevenina upraszcza się do następującej postaci: Z Th Z a Z (17) natomiast współczynnik określony wzorem (4) przyjmuje wartość 1. W artykule podano pięć warunków (W1) (W5) załączenia linii wynikających z różnych zagrożeń. W przypadku łączenia podsystemów pracujących asynchronicznie opisane w poprzednich rozdziałach wzory służące do sprawdzenia warunków (W1) (W4) są także słuszne. W przypadku łączenia podsystemów pracujących asynchronicznie należy przyjąć w nich współczynnik 1. Warunek (W5) dotyczący zachowania stilności systemu elektroenergetycznego wymaga odręnego podejścia. Ogólną metodą pozwalającą na sprawdzenie, czy dla danych warunków początkowych (kąty i poślizgi) system ędzie stilny, jest ezpośrednia metoda Lapunowa. Podstawy matematyczne tej metody zostały dokładnie opisane w [11, 12]. Zakłada się, że dwa niezależne podsystemy (ogólnie pracujące asynchronicznie przy różnicy częstotliwości f0 ) są łączone poprzez linie międzysystemową i wyłącznik a- (rys. 7). Rys. 7 Ilustracja łączenia sieci zastępczych (ogólnie asynchronicznych), wg [11, 12] Ay można yło użyć ezpośredniej metody Lapunowa do sprawdzenia, czy po zamknięciu wyłącznika oa podsystemy zaczną pracować synchronicznie, należy założyć, że stan elektryczny ou podsystemów jest zidentyfikowany tzn. że znana jest konfiguracja i parametry ou sieci oraz znane są ociążenia w węzłach odiorczych oraz rozdział tych ociążeń na generatory. Krótko mówiąc potrzena jest pełna identyfikacja ou podsystemów. Następnie należy każdemu z tych podsystemów przyporządkować sieć zastępczą wykorzystując metody agregacji węzłów wytwórczych i eliminacji węzłów odiorczych opisane w [11, 12]. 59

Oliczenia za pomocą ezpośredniej metody Lapunowa składać się ędą w omawianym przypadku z następujących kroków: wyznaczenie punktu równowagi do którego oa systemy ędą dążyć w stanie ustalonym po zamknięciu wyłącznika, wyznaczenie funkcji Lapunowa i jej wartości kryterialnej w niestilnym punkcie równowagi, przyjęcie warunków początkowych, w których wyłącznik jest zamykany (kąt załączenia i różnica częstotliwości) i sprawdzenie warunku stilności dla przyjętych warunków początkowych. Schemat zastępczy układu z rys. 7 po zamknięciu wyłącznika pokazano na rys. 8. Są to dwa czwórniki π połączone następnie w jeden zastępczy czwórnik w wyniku przeprowadzonej operacji łączeniowej. Poprzez zamknięty wyłącznik płynie prąd odpowiadający mocy wymiany jaka ustali się między podsystemami. Rozchylenie kątowe przejściowych sił elektromotorycznych odpowiada mocy wymiany oraz mocom odiorów zastępczych w węzłach a,. Rys. 8 Schemat zastępczy podsystemów po ich połączeniu Metody wyznaczania parametrów czwórników zastępczych opisano w [9, 21]. Przy zastosowaniu ezpośredniej metody Lapunowa i funkcji Lapunowa w postaci energii całkowitej w schemacie zastępczym należy pominąć konduktancję gałęzi wzdłużnej, a ilans systemu zapewnić za pomocą odioru zastępczego. Ilustruje to rys. 9, a odpowiednie zależności można znaleźć w [9, 21]. Rys. 9 Uproszczony model dla metody Lapunowa Dla schematu z pominiętymi konduktancjami można napisać: P ( ) Pˆ P sin ˆ A ma A0 P ( ) Pˆ P sin ˆ B mb B0 gdzie: ˆP ˆP - moce mechaniczne (wytwarzane) w podsystemach po ich połączeniu, ma, mb E E B E E / ( X X ). A B A B A B (18) 60

Korzystając z tej zależności można oliczyć skorygowane wartości mocy odiorów zastępczych tak, y w rozpatrywanym modelu (czwórnik z pominiętą konduktancją gałęzi wzdłużnej) zachowany ył ilans: PA0 Pˆ ma ˆ sin (19) ˆ ˆ PB0 PmB sin Należy pamiętać, że w przyjętym modelu P oraz A0 P są wartościami stałymi, oliczonymi B0 w pozakłóceniowym punkcie równowagi. Z równań (18) wynika, że: ( Pˆ ma P ˆ 0A ) ( Pˆ ˆ mb P0B ) P sin (20) gdzie: ˆP jest mocą w fikcyjnej gałęzi w stanie równowagi po połączeniu podsystemów. Moc ta jest użyteczna we wzorach związanych z ezpośrednią metodą Lapunowa. Jako funkcję Lapunowa dla omawianego modelu można przyjąć funkcję Lüdersa [11, 12]. W przypadku systemu dwumaszynowego funkcja ta przyjmuje następującą postać: V (, ) E E (21) gdzie: A B 2 MA M B k p 1 M M E k (22) 2 ˆ ˆ ˆ ˆ E p ( Pˆ ma P0A ) A A ( PmB P0B ) B B cos cos (23) gdzie: E, E - energia kinetyczna i potencjalna układu, k p M, A M - współczynniki ezwładności podsystemów zastępczych, B 2π f - zadanym poślizgiem ou podsystemów, - zadane rozchylenie fazorów zastępczych sił elektromotorycznych w momencie zamykania wyłącznika, ˆ - kąt ociążenia w pozakłóceniowym punkcie równowagi. Z poprzednich rozważań wynika że dla pozakłóceniowego punktu równowagi zachodzi: ( Pˆ mb P ˆ 0B) ( Pˆ ma P0A ) P sin (24) Biorąc pod uwagę (24) można przekształcić wzór (23) do następującej postaci: E ˆ sin ˆ cos cos ˆ (25) p Ogólnie wartość kryterialna funkcji Lapunowa odpowiada energii potencjalnej w najliższym niestilnym punkcie równowagi. Dla omawianego układu dwumaszynowego niestilny punkt równowagi, podonie jak dla układu generator - sieć sztywna, ma współrzędne: ˆ ˆ u π. Stąd wartość kryterialną funkcji Lapunowa otrzymuje się podstawiając do wzorów (21), (22) i (25) wartości: ˆ π dla ˆ 0 ˆ π dla ˆ 0 oraz 0 : V 2 cos ˆ π 2 ˆ sin ˆ dla ˆ 0 (26) kr kr V 2 cos ˆ π 2 ˆ sin ˆ dla ˆ 0 (27) Dla zadanych warunków początkowych (, ) system zachowa synchronizm (stilność), gdy spełniony jest warunek: ( E E ) V (28) k p kr 61

Mając parametry modeli podsystemów zastępczych oraz pomiar kąta i poślizgu f na iegunach wyłącznika można sprawdzić, czy po zamknięciu wyłącznika podsystemy ędą pracowały synchronicznie. 9. PROGRAM KOMPUTEROWY SYNCHROSOFT Program SynchroSoft opracowano, jako dedykowane narzędzie do wyznaczania kryteriów załączania elementów SEE. W programie uwzględniono zarówno łączenia synchroniczne (W1 W4), jak i asynchroniczne (W5). Program komputerowy SynchroSoft jest programem napisanym w środowisku Delphi przystosowany do pracy pod kontrolą systemu operacyjnego Microsoft Windows. Program działa w tryie interaktywnym, udostępniając użytkownikowi typowy, "windowsowy" interfejs użytkownika (w oecnej wersji programu wykorzystano interfejs znany z pakietu MS Office 2007, 2010 i 2013 - czyli "wstążkę"). Na rys. 10 zaprezentowano wygląd aplikacji ezpośrednio po jej uruchomieniu. Rys. 10 Widok okna głównego aplikacji SynchroSoft - menu Narzędzia główne "Wstążka" to połączenie typowego menu głównego programu i paska narzędzi. Wszystkie funkcje realizowane przez program podzielone są na grupy dostępne poprzez zakładki: Narzędzia główne, Łączenia synchroniczne, Łączenia asynchroniczne. Zakładki udostępniają wszystkie funkcje realizowane przez program. 9.1. Narzędzia główne Większość operacji związanych z przygotowaniem danych oraz tych związanych z informowaniem użytkownika o wynikach pracy programu i raportowaniem jego działań, dostępnych jest z poziomu zakładki Narzędzia główne. Wyierając funkcję Otwórz... użytkownik ma możliwość wskazania pliku w formacie rozpływowym EPC (format związany ze środowiskiem PSLF) lu KDM (format dostępny w programie PLANS) z parametrami modelu rozpływowego analizowanej sieci. W trakcie odczytu danych rozpływowych program automatycznie przeprowadza kontrolę ich poprawności usuwając typowe łędy: powtórzenia identyfikatorów generatorów, odiorów i gałęzi ocznikowych pracujących na wspólne szyny itp. Program SynchroSoft sprawdza także, czy w katalogu, z którego odczytano dane rozpływowe znajduje się plik z rozszerzeniem *.SCK o takiej samej nazwie jak główny plik rozpływowy. Plik ten zawiera parametry kryterialne 62

warunków operacji łączeniowych dla wyranych lokalizacji. Jest to plik wynikowy, który jest tworzony przez program SynchroSoft, a jednocześnie zawiera parametry niezędne do oliczenia wielkości kryterialnych dla wyranej lokalizacji (współczynnik ezpieczeństwa k, współczynnik udaru ku, prąd załączalny wyłącznika iwz, charakterystyka rozruchowa zezpieczenia odległościowego, itp.). Pozostałe funkcje programu SynchroSoft zgrupowane w zakładce Narzędzia główne umożliwiają zapisanie plików wynikowych na dysku komputera (funkcja Zapisz), zapisanie, wydrukowanie lu zapoznane się z raportem działania programu (funkcje odpowiednio Zapisz raport, Drukuj raport oraz Raport) a także ustawienie opcji konfiguracyjnych programu (funkcje Opcje oraz Ustawienia drukarki). Funkcja Program - informacje wyświetla okno dialogowe prezentujące informacje o wersji programu oraz prawach autorskich. Funkcja Zakończ kończy działanie programu SynchroSoft. 9.2. Łączenia synchroniczne W zakładce Łączenia synchroniczne zgrupowano wszystkie te funkcje programu, które realizują wyznaczanie krytycznych warunków operacji łączeń synchronicznych dla wyranych lokalizacji (miejsc zainstalowania wyłącznika) w sieci KSE - rys. 11. Rys. 11 Widok okna głównego aplikacji SynchroSoft - menu Łączenia synchroniczne Przed właściwym wyorem lokalizacji wyłącznika użytkownik może sprawdzić ilans sieci, a także przeprowadzić kontrolę jej spójności (rak elementów izolowanych i wysp). Sprawdzenie niektórych kryteriów synchronizacji azuje na informacjach dotyczących modułów i kątów napięć w wyranych lokalizacjach, które są dostępne tylko wówczas, gdy analizowany model sieci jest zilansowany (policzony rozpływ mocy). Opcje kontrolne pomagają ustalić, czy dla analizowanego modelu sieci można wyznaczyć wartości kryterialne operacji łączeniowych oraz czy dane rozpływowe są dostępne. W oecnej wersji programu SynchroSoft udostępniono użytkownikom moduł oliczeń rozpływowych. W przypadku, gdy kontrola ilansu zgłosi niezilansowanie można przy jego pomocy oliczyć rozpływ mocy, a następnie korzystając już ze zilansowanego modelu przystąpić do wyznaczania krytycznych warunków operacji łączeń synchronicznych. Właściwe działanie programu, zmierzające do wyznaczenia krytycznych warunków operacji łączeń synchronicznych dla wyranej (wyranych) lokalizacji rozpoczyna się od wyoru funkcji dostępnych w grupie opcji Lokalizacja łączenia (Lokalizacja pojedyncza, Wyór wielokrotny ). Funkcje te umożliwiają wyranie miejsca zainstalowania wyłącznika (w oręie rozdzielni węzła sieci), lu wyłączników w przypadku wyoru wielokrotnego. W tym celu wyświetlane są okna dialogowe zaprezentowane poniżej, za pomocą, których można tą lokalizację ustalić (rys. 12). 63

Rys. 12 Okno dialogowe wyoru lokalizacji miejsca zainstalowania wyłącznika Po zatwierdzeniu wyoru lokalizacji przyciskiem [OK] program udostępnia użytkownikowi kolejne okno dialogowe, które prezentuje oliczone przez program parametry owodu zastępczego oraz umożliwia wyznaczenie krytycznych wartości kryterialnych operacji łączeniowych (rys. 13). Rys. 13 Okno dialogowe nastawień krytycznych warunków operacji łączeniowych kryterium kątowe zamykania wyłącznika Górna część okna to graficzna prezentacja miejsca wykonywania operacji łączenia (nazwy węzłów, nazwa kodowa linii, sprzęgła ądź transformatora), prezentacja oliczonych przez program parametrów owodu zastępczego a także wartości kryterialne: minimalna, wyznaczona jako minimum wszystkich wartości kryterialnych, oraz wyrana, nastawiona przez użytkownika programu. Dostępna do edycji jest tylko wartość kryterialna nastawiona, chociaż i tutaj można posłużyć się przyciskiem [Ustaw minimalną], który automatycznie przepisze wartość minimalną, jako ustawioną. Pozostałe parametry są tylko do odczytu. Dolną część okna stanową zakładki, które umożliwiają wyznaczenie, ądź sprawdzenie wszystkich wartości kryterialnych, decydujących o możliwości przeprowadzenia operacji łączeniowych dla wyranej lokalizacji. Kryterium kątowe zamykania wyłącznika Pierwsze kryterium dostępne w prezentowanym oknie dialogowym dotyczy zagrożenia uszkodzenia wyłącznika podczas wykonywania operacji załączania elementu systemu 64

elektroenergetycznego (kryterium W1). Ay wyznaczyć wartość kryterialną należy dysponować parametrami charakteryzującymi wyłącznik w sytuacji zamykania owodu (załączania). Jednym z parametrów dostępnych z poziomu tego okna jest prąd załączalny wyłącznika i WZ. Wartość tego prądu jest dostępna do edycji, przy czym w przypadku jego raku program stara się oszacować wartość domyślną wynikającą z warunków zwarciowych oliczonych dla całego węzła (oliczenia w tle przeprowadza program SynchroSoft). Może to prowadzić do jego przeszacowania, w przypadku gdy dooru rzeczywistego wyłącznika dokonano przy wykorzystaniu innych kryteriów (całkowity prąd zwarciowy węzła wyznaczony na szynach). Pozostałe parametry, współczynnik ezpieczeństwa k oraz współczynnik udaru k u również są dostępne do edycji i także tutaj program stara się podpowiadać ich wartości w przypadku ich raku. Przycisk [Policz] uruchamia procedurę wyznaczania wartości kryterialnej dopuszczalnego kąta łączenia. Program w pierwszej kolejności olicza impedancję Thevenina (zależność (3) w punkcie łączenia (wartość, tylko do odczytu, modułu tej impedancji prezentowana jest w oknie) a następnie olicza dopuszczalną wartość kąta łączenia (zależność (6)). Jeżeli wartość ta jest mniejsza niż wartości kryterialne oliczone wg innych kryteriów (ądź jest to pierwsze sprawdzane kryterium), wartość ta przepisywana jest jako wartość kryterialna minimalna w górnej części okna. Kryterium raku poudzenia zezpieczeń Kryterium to sprawdza, czy tuż po zamknięciu wyłącznika impedancja mierzona przez przekaźnik odległościowy w kierunku załączanego elementu nie znajdzie się wewnątrz charakterystyki rozruchowej tego zezpieczenia (kryterium W2). Ay dokładnie sprawdzić spełnienie tego kryterium należałoy znać dokładne charakterystyki rozruchowe zezpieczeń zainstalowanych w wyranych punktach sieci. Program umożliwia uproszczone opisanie tych charakterystyk za pomocą parametru R r udostępnionego do edycji w oknie dialogowym (rys. 14). Taki sposó modelowania charakterystyki rozruchowej przekaźnika odległościowego sprowadza ją do postaci prostokąta odpowiadającego zewnętrznym (najardziej skrajnym) liniom rzeczywistej charakterystyki rozruchowej zezpieczenia. Szacunkowo wartość Rr przyjmowana jest (w jednostkach względnych) jako 1,0 reaktancji załączanej linii lu 1.15 reaktancji załączanego transformatora. W przypadku gdy elementem łączonym jest sprzęgło wartość domyślna rezystancji Rr ustalana jest aritralnie na 10. Oczywiście wartość tego parametru podlega edycji. Rys. 14 Okno dialogowe nastawień krytycznych warunków operacji łączeniowych kryterium raku poudzenia zezpieczeń Przycisk [Policz] uruchamia procedurę wyznaczania wartości kryterialnej dopuszczalnego kąta łączenia (zależność (12)). Jeżeli wartość ta jest mniejsza niż wartości kryterialne oliczone wg 65

innych kryteriów (ądź jest to pierwsze sprawdzane kryterium), wartość ta przepisywana jest jako wartość kryterialna minimalna w górnej części okna dialogowego. Kryterium zagrożenia uzwojeń transformatorów Kryterium to sprawdza, czy w przypadku załączenia transformatora, który od jednej strony jest już załączony, wartość szczytowa prądu załączenia nie wywoła zyt dużych sił dynamicznych mogących uszkodzić uzwojenia tego transformatora (kryterium W3). Kryterium to jest dostępne tylko wówczas, gdy wyrano gałąź reprezentującą transformator. W oknie tym nie trzea podawać żadnych dodatkowych parametrów (rys. 15), dostępny jest tu tylko przycisk [Policz], który uruchamia proces wyznaczania wartości kryterialnej na podstawie zależności (15). Rys. 15 Okno dialogowe nastawień krytycznych warunków operacji łączeniowych kryterium uzwojeń transformatorów Jeżeli wartość ta jest mniejsza niż wartości kryterialne oliczone wg innych kryteriów (ądź jest to pierwsze sprawdzane kryterium), wartość ta przepisywana jest jako wartość kryterialna minimalna w górnej części okna dialogowego. Kryterium udaru mocy i ociążeń wałów generatorów Kryterium to dotyczy warunków wynikających ze zmęczenia materiału wałów zespołów wytwórczych wskutek zakłóceń elektrycznych (kryterium W4). Zakłócenia tego typu można uznać za całkowicie ezpieczne, gdy powodowane przez nie naprężenie jest poniżej granicy zmęczenia materiału. Dzieje się tak wówczas, gdy udary mocy wywołane przez operacje łączeniowe nie przekraczają wartości połowy mocy znamionowej generatorów (zależność (16)). Także w przypadku tego kryterium nie jest wymagane podanie żadnych dodatkowych parametrów (rys. 16), chociaż program sam prezentuje aktualną wartość kąta łączenia wynikającą z ieżącego rozpływu mocy. Wartość tego kąta porównywana jest z aktualnie nastawioną wartością kryterialną. W przypadku, gdy jest ona większa wynik sprawdzenia staje się automatycznie negatywny (łączenie uznane jako niemożliwe). Przycisk [Sprawdź] uruchamia proces sprawdzenia możliwości wykonania operacji łączeniowej dla aktualnego stanu sieci. Sprawdzenie przeprowadzane jest dla każdego generatora. Na liście widocznej na rys. 16 prezentowane są wartości policzonych udarów mocy odniesione do mocy znamionowych każdego generatora. Opisywana opcja programu SynchroSoft weryfikuje wyór nastawienia układu do kontroli synchronizmu łączeń, odniesiony do konkretnego przypadku załączenia. Pozytywny wynik sprawdzenia, że dla tego załączenia (na które zezwoli nastawienie UKS) udary mocy przypadające na każdy generator systemu nie przekroczą kryterium połowy mocy znamionowej, potwierdza możliwość dokonania procesu załączenia (z punktu widzenia tego kryterium). 66

Rys. 16 Okno dialogowe nastawień krytycznych warunków operacji łączeniowych kryterium udaru mocy i ociążeń wałów generatorów Sprawdzenie nie odpowiada jednak na pytanie, jaka jest maksymalna wartość kąta załączenia, przy którym kryterium to jest jeszcze spełnione. Dlatego w programie udostępniono opcję, która umożliwia wyznaczenie tej wartości. Przycisk [Wyznacz MAX] uruchamia proces iteracyjnego zwiększania kąta załączenia połączony z kontrolą odpowiadających mu wartości udarów mocy. W momencie, gdy udary osiągną wartość graniczną dla któregokolwiek z generatorów proces jest przerywany i prezentowana jest wyznaczona w ten sposó graniczna wartość kąta załączenia. Jeżeli wartość ta jest mniejsza niż wartości kryterialne oliczone wg innych kryteriów (ądź jest to pierwsze sprawdzane kryterium), wartość ta przepisywana jest jako wartość kryterialna minimalna w górnej części okna dialogowego. Jednocześnie zmienia się zawartość listy prezentującej wartości udarów mocy odniesione do mocy znamionowych poszczególnych generatorów. Są to już udary odpowiadające maksymalnej wartość kąta załączenia wyznaczonej przez program. W działaniu tej opcji wprowadzono szereg ograniczeń. Po pierwsze wprowadzono ograniczenie polegające na tym, że sprawdzane są wartości kątów do wartości maksymalnie 60. Program sprawdza też, czy w ogóle realne jest osiągnięcie takiego kąta w rzeczywistych warunkach rozpływowych (ograniczeniem mogą yć przeciążenia ciągów przesyłowych, nienaturalne wartości sił elektromotorycznych wymuszających żądane wartości kątów, itp.). Może się więc zdarzyć, że program nie ędzie w stanie wyznaczyć wartości maksymalnej kąta łączenia, gdyż nigdy taka wartość nie wystąpi w rzeczywistej konfiguracji sieci. Sprowadza się to do stwierdzenia, że kryterium związane z udarami mocy i ociążeniami wałów generatorów staje się nieistotne. Istnieje możliwość automatycznego wyznaczenia wszystkich wartości kryterialnych ez konieczności przechodzenia przez kolejne zakładki. Można w tym celu wykorzystać przycisk [Policz wszystkie kryteria], który wszystkie opisywane operacje (łącznie z ustawieniem nastawionej wartości kryterialnej jako minimalnej z wszystkich kryteriów) wykonuje automatycznie. 9.3. Łączenia asynchroniczne W zakładce Łączenia asynchroniczne zgrupowano wszystkie te funkcje, które umożliwiają sprawdzenie możliwości połączenia asynchronicznie pracujących wysp (rys. 17). Przed właściwym wyorem lokalizacji wyłącznika użytkownik musi dokonać identyfikacji wysp w analizowanym modelu sieci. W procesie identyfikacji wysp program SynchroSoft wykorzystuje pojęcie ścieżek faktoryzacji [6, 7]. W procesie identyfikacji wysp tworzone są struktury danych opisujące każdą z wysp, identyfikowane są wyłączone gałęzie (linie, sprzęgła i transformatory), które umożliwią połączenie tych wysp oraz przeprowadzane są wstępne oliczenia niezędne do wykonania dalszych analiz. 67

Właściwe działanie programu, zmierzające do zadania możliwości połączenia wysp pracujących asynchronicznie rozpoczyna się od wyrania funkcji Lokalizacja łączenia Funkcja ta umożliwia wyranie miejsca łączenia (wytypowanie wysp podlegających łączeniu oraz gałęzi, za pomocą której łączenie to zostanie zrealizowane). Rys. 17 Widok okna głównego aplikacji SynchroSoft - menu Łączenia asynchroniczne W tym celu wyświetlane jest okno dialogowe zaprezentowane poniżej, umożliwiające ustalenie tej lokalizacji (rys. 18). Rys. 18 Okno dialogowe wyoru lokalizacji miejsca łączenia wysp (wyór punktu łączenia) Po zatwierdzeniu wyoru lokalizacji miejsca łączenia przyciskiem [OK] program wykonuje oliczenia zmierzające do zudowania modeli zastępczych (czwórniki reprezentujące modele wysp przed połączeniem, oraz czwórnik zastępczy reprezentujący model po połączeniu podsystemów), a następnie udostępnia użytkownikowi kolejne okno dialogowe, które prezentuje oliczone przez program parametry owodów zastępczych oraz umożliwia przeprowadzenie symulacyjnego sprawdzenia oszaru stilności informującego o możliwości połączenia asynchronicznie pracujących podsystemów (rys. 19). Górna część okna to graficzna prezentacja miejsca wykonywania operacji łączenia (identyfikatory wysp, nazwa kodowa gałęzi łączącej) oraz czwórników reprezentujących modele zastępcze łączonych wysp. Z lewej strony prezentowane są oliczone przez program parametry tych czwórników. Parametry te nie są dostępne do edycji (tylko do odczytu). Dostępne do edycji są natomiast wartości mocowych równoważników częstotliwości każdego z podsystemów. Wykorzystywane są one do oliczenia mocy wymiany istotnej z punktu widzenia adań symulacyjnych prowadzonych przez program. 68

Rys. 19 Okno dialogowe adania możliwości łączenia wysp pracujących asynchronicznie Zasadniczą pozycją prezentowanego okna dialogowego jest wykres, w którym prezentowany jest wyznaczony przez program oszar stilności. Na osi poziomej znajdują są kąty pomiędzy fazorami napięć Ua oraz U w zakresie od -200 do +200. Oś pionowa reprezentuje różnice częstotliwości podsystemów f w zakresie od -1,0 Hz do +1,0 Hz. W takim zakresie adane są możliwości wykonania połączenia łączonych wysp w wyranej lokalizacji, przy czym zakres ten może yć zmieniony za pomocą opcji konfiguracyjnych programu. Na wykresie (rys. 20) wstawiane są punkty odpowiadające wartościom kąta i częstotliwości, dla których łączenie jest ezpieczne z punktu widzenia stilności połączonych podsystemów. Dodatkowo kontroli podlega fakt, czy moc wymiany pojawiająca się w momencie połączenia oydwu podsystemów nie powoduje przeciążenia ciągu przesyłowego. Punkt stilny, w którym takie przeciążenie wystąpi rysowany jest w kolorze czerwonym. Rys. 20 Symulacyjne wyznaczenie oszaru stilności W tak wyznaczonym oszarze stilności, prezentującym zakresy kątów i różnic częstotliwości, przy których można wykonywać operacje łączeniowe (kryterium W5) nie uwzględniono kryteriów dotyczących możliwości wykonywania łączeń synchronicznych (kryteria W1 W4). Tymczasem przy znacznej różnicy kątów mogą pojawić się udary prądowe stanowiące zagrożenie dla wyłącznika, uzwojeń transformatorów czy generatorów, ądź też skutkujące poudzeniem zezpieczeń odległościowych. Przycisk [Uwzględnij wszystkie kryteria] umożliwia nałożenie na wyznaczony oszar stilności (jego ograniczenie) warunków wynikających z uwzględnienia tych kryteriów (rys. 21). 69

Rys. 21 Symulacyjne wyznaczenie oszaru stilności uwzględnienie kryteriów W1 W4 10. PRZYKŁADY ANALIZ W telach poniżej przedstawiono wyniki oliczeń parametrów łączeniowych dla stacji NN, tworzące ciągi charakteryzujące się występowaniem dużych przesyłów mocy. W telach podano wartości kąta łączenia wyliczonego przez program SynchroSoft na chwilę zamykania wyłącznika wraz z sugerowaną wartościom tej nastawy. W kolejnych kolumnach podano rzeczywistą wartość rozchylenia kątowego, nastawioną w urządzeniach synchrocheck, uwzględniającą margines ezpieczeństwa oszacowany na podstawie oliczonych w programie kryteriów nastawień krytycznych warunków łączeń synchronicznych. Tela 2 Ciągi przesyłowe dla wyprowadzenia mocy z Elektrowni Bełchatów w kierunku stacji NN wokół aglomeracji warszawskich oraz północnej części KSE Nazwa rozdzielni Rogowiec Tręaczew Poziom napięcia Pole Wartości wyliczone przez program SynchroSoft aktualny kąt łączenia Nastawa proponowana Wartość nastawiona Kątowe zamykania wyłącznika Kryterium Braku poudzenia zezpieczeń Uzwojeń Udaru mocy i ociążeń wałów generatorów Płock 27,8 60 40 180 77,9 - nie istotne AT2 2,4 57 20 180 82,6 57,9 nie istotne Tucznawa 5 60 30 180 71,3 - nie istotne Ostrów 10,2 60 25 180 70,2 - nie istotne T1 9,3 39 20 180 58,2 39,7 nie istotne Rogowiec 1,2 42 25 180 42,6 - nie istotne 220 kv Ostrołęka 9,6 57 25 180 57,4 - nie istotne Miłosna Mościska Płock Grudziądz Węgrowo 220 kv Narew 34 60 40 180 180 - nie istotne A3 4,4 46 20 180 98,2 46,9 nie istotne Płock 6 60 25 180 83 - nie istotne A2 11,1 58 20 180 114,8 58,2 nie istotne Rogowiec 20,3 47 30 180 47,7 - nie istotne Grudziądz 32,1 60 40 180 115,2 - nie istotne T2 14,6 53 20 180 180 53,3 nie istotne Rogowiec 27,6 44 40 180 44,9 - nie istotne Toruń 1,5 60 25 180 180 - Elana nie istotne Płock 32,2 60 40 180 76,4 - nie istotne A3 3,6 41 20 180 108,2 41,2 nie istotne 70

Tela 3 Ciągi przesyłowe tzw. Szyny Północnej, oejmującej ESP Żarnowiec i HVDC Słupsk Nazwa rozdzielni Morzyczyn Dunowo Słupsk Żarnowiec Poziom napięcia Pole Wartości wyliczone przez program SynchroSoft aktualny kąt łączenia Nastawa proponowana Wartość nastawiona Kątowe zamykania wyłącznika Kryterium Braku poudzenia zezpieczeń Uzwojeń Udaru mocy i ociążeń wałów generatorów Dunowo 39,4 60 40 180 124 - nie istotne AT3 5,5 53 30 180 90,4 53,3 nie istotne Krajnik 15,4 60 30 180 180 - nie istotne Morzyczyn 39,1 50 40 180 50,4 - nie istotne Słupsk 14,8 60 30 180 180 - nie istotne Żarnowiec 12,3 60 25 180 180 - nie istotne Żarnowiec 4,9 40 20 180 180 - nie istotne A1 14,7 60 25 180 134,3 40,5 nie istotne Dunowo 39,4 60 40 180 124 - nie istotne Słupsk 14,5 60 30 180 180 - nie istotne Gdańsk 2,5 60 25 180 107,6 - nie istotne Tela 4 Ciągi liniowe na połączeniu granicznym systemów Polski i Niemiec oraz oejmujący węzły wyprowadzenia mocy z Elektrowni Turów i Opole Nazwa rozdzielni Mikułowa Czarna Dorzeń Poziom napięcia 220 kv Pole Nastawa proponowana Polkowice IIs Świeodzice Is Wartości wyliczone przez program SynchroSoft aktualny kąt łączenia Wartość nastawiona Kątowe zamykania wyłącznika Kryterium Braku poudzenia zezpieczeń Uzwojeń Udaru mocy i ociążeń wałów generatorów 13,6 60 30 180 60,6 - nie istotne 8,3 56 30 180 56,5 - nie istotne Leśniów 15,4 60 30 180 74,9 - nie istotne Hagneverd en (567) 0,1 60 25 180 180 - nie istotne A1 4,5 43 20 180 75,3 43,3 nie istotne Czarna 20,6 60 30 180 92,6 - nie istotne Mikułowa 10,4 35 30 180 35,6 - nie istotne AT1 9,1 30 20 180 91,2 30,6 nie istotne Pasikurowice 0,9 27 25 180 27,9 - nie istotne Ostrów Wlkp. 1,8 60 25 180 78,9 - nie istotne Pasikurowice Dorzeń 13,7 60 25 180 83,9 - nie istotne Pasikurowice 13,8 60 30 180 77,1 - nie istotne Tręaczew 1,3 57 30 180 57,8 - nie istotne Polkowice IIs 13,6 60 30 180 60,6 - nie istotne 71

11. WNIOSKI I WRAŻENIA Z UŻYTKOWANIA PROGRAMU Zastosowanie urządzeń do kontroli synchronizmu łączeń - synchrocheck wiąże się z prolemem właściwego nastawiania parametrów łączenia synchronicznego (tzw. łączenie do pierścienia). W KSE odnotowano szereg przypadków gdy podczas załączania linii pod ociążenie dochodziło do zlokowania tej operacji. Brak jednoznacznych wytycznych oraz niedostateczna wiedza odnośnie dooru parametrów nastawczych niejednokrotnie zmuszały osługę ruchową do wydawania polecenia lokowania synchrocheck a, tak y umożliwić skuteczne łączenie. Jeżeli podejmowano decyzję o wprowadzeniu korekt zyt restrykcyjnie nastawionych parametrów kontroli warunków łączeń synchronicznych, dokonywano główne zwiększenia różnicy kątów fazorów porównywanych napięć. Rzadko jednak nowa wartość przekraczała 20 stopni rozchyłu kątowego ponieważ przyjmowano, że powyżej tego progu zwiększa się ryzyko uszkodzenia wyłącznika. Oliczenia z wykorzystaniem programu SynchroSoft na modelu KSE wykazały, że w wielu miejscach łączenia synchronicznego, ezpieczna różnica kątów napięć znacznie przekracza dotychczasowe nastawy. W programie, oprócz algorytmów kontroli przekroczenia wartości prądu załączalnego wyłącznika, dokonuje się sprawdzeń: poudzania zezpieczeń, wystąpienia udaru mocy uzwojeń transformatorów oraz ociążeń wałów generatorów. Mimo tylu funkcji kryterialnych, okazało się w większości przypadków, że dotychczasowe podejście do nastawiania urządzeń synchrocheck yło zdecydowanie zyt zachowawcze. Dużym zaskoczeniem yły wyniki wskazujące na rak jakichkolwiek ograniczeń, co ędzie wymagało dogłęnej dyskusji na temat potrzey stosowania w tych przypadkach urządzeń do kontroli synchronizmu łączenia. Dla potrze uwiarygodnienia zastosowanych w programie algorytmów kryterialnych wykonano szereg analiz porównawczych otrzymywanych wyników z rejestracjami warunków rzeczywistych łączeń. Zostały zgromadzone pomiary z rozchyłów kątowych podczas łączeń linii do pierścienia. Następnie przygotowano właściwy model sieci odwzorowujący stan pracy sieci z momentu łączenia. Uzyskane w ten sposó potwierdzenia zieżności wyników oliczeń z rzeczywistymi pomiarami pozwoliły na stopniowe wprowadzanie zmian w nastawach urządzeń synchrocheck. Jednakże na chwilę oecną zerane doświadczenia z wykorzystywania programu SynchroSoft należy wciąż jeszcze uważać za zyt małe, y można yło określić granice łędów analitycznych, wynikających z przyjętych metod oliczeniowych. Dlatego aktualnie do rzeczywistych nastaw przyjmuje się wartości nieco zmniejszone, zakładając pewien margines ezpieczeństwa. W ogólnej ocenie programu, na podstawie jego ponad rocznego użytkowania, można stwierdzić, że w znacznym stopniu przyczynił się on do poprawy procesu nastawiania urządzeń synchrocheck, czyniąc ten proces ardziej świadomym. Natomiast sam program podlega ciągłej weryfikacji i udoskonalaniu. Nie została dotychczas rozstrzygnięta decyzja o stosowaniu funkcji programu do oliczeń parametrów łączeń asynchronicznych. Jest stosunkowo trudno przewidywać warianty podziału systemu na wyspy pracujące asynchronicznie. O ile operacja łączenia do pierścienia jest analizowana w zdeterminowanym miejscu systemu, o tyle podział na wyspy należy rozpatrywać wielowariantowo. Jednym z rozwiązań mogłoy yć definiowanie miejsc łączeń oszarów asynchronicznych na azie analiz wykonywanych programem SynchroSoft. Należy jednak pamiętać, że wyselekcjonowane w ten sposó miejsca ędą gwarantować ezpieczne łączenie w ściśle określonym modelu wysp. W PSE przyjęto zasadę instalowania urządzeń do kontroli i wizualizacji łączeń asynchronicznych (tzw. synchronizatorów stacyjnych) we wszystkich nowoudowanych i modernizowanych stacjach, z wykluczeniem przypadków stacji zasilanych promieniowo, oraz tych rozdzielni 220 i 110 kv, do których przyłączone są jednostki wytwórcze sklasyfikowane jako centralnie dysponowane (tzw. JWCD). Powyższe pokazuje, jak duża skala urządzeń tego typu ędzie wymagała sprawnego zarządzania z punktu widzenia dooru parametrów nastawczych, do czego może przyczynić się program SynchroSoft. Planujemy utworzenie azy nastaw dla synchronizatorów stacyjnych z podziałem na różne warianty łączeń. Zakładamy, że w 72