Идельчик В.И. Электрические системы и сети

Подождите немного. Документ загружается.

200

Качество

электрической энергии и его обеспечение Гл. Я

тивлений цепи. Отклонения напряжения не всегда нахо-

дятся в интервалах допустимых значений. Причинами

этого являются: а) потери напряжения, вызываемые то-

ками нагрузки, протекающими по элементам сети; б) не-

правильный выбор сечений токоведущих элементов и мощ-

ности силовых трансформаторов; в) неправильно построен-

ные схемы сетей.

Контроль за отклонениями напряжения проводится

тремя способами: 1) по уровню — ведется путем сравнения

реальных отклонений напряжения с допустимыми значе-

ниями; 2) по месту в электрической системе — ведется

в определенных точках сети, например в начале или конце

линии, на районной подстанции; 3) по длительности суще-

ствования отклонения напряжения.

Регулированием напряжения называют процесс изме-

нения уровней напряжения в характерных точках элект-

рической системы с помощью специальных технических

средств. Исторически развитие методов и способов регули-

рования напряжения и реактивной мощности происходило

от низших иерархических уровней управления энергоси-

стемами к высшим. В частности; вначале использовалось

регулирование напряжения в центрах питания распредели-

тельных сетей — на районных подстанциях, где изменени-

ем коэффициента трансформации поддерживалось напря-

жение у потребителей при изменении режима их работы.

Регулирование напряжения вначале применялось также

непосредственно у потребителей и на энергообъектах

(электростанциях, подстанциях).

Эти способы регулирования напряжения сохранились

и до настоящего времени и применяются на низших иерар-

хических уровнях автоматизированной системы диспетчер-

ского управления (АСДУ). С точки зрения высших уров-

ней АСДУ это локальные способы регулирования. Автома-

тизированная система диспетчерского управления высших

уровней осуществляет координацию работы локальных си-

стем регулирования и оптимизацию режима энергосисте-

мы в целом (см. гл. 12,13).

Локальное регулирование напряжения может быть

централизованным, т. е. проводиться в центре питания

(ЦП),

и местным, т. е. проводиться непосредственно у по-

требителей.

Местное регулирование напряжения можно подразде-

§5.2

Методы

регулирования напряжения

201

лить на групповое и индивидуальное. Групповое регулиро-

вание осуществляется для группы потребителей, а индиви-

дуальное — в основном в специальных целях.

В зависимости от характера изменения нагрузки в каж-

дом из указанных типов регулирования напряжения мож-

но выделить несколько подтипов. Так, например, в центра-

лизованном регулировании напряжения можно выделить

три подтипа: стабилизация напряжения; двухступенчатое

регулирование напряжения; встречное регулирование на-

пряжения.

Стабилизация применяется для потребителей с практи-

чески неизменной нагрузкой, например для трехсменных

предприятий, где уровень напряжения необходимо поддер-

живать постоянным. Суточный график нагрузки таких по-

требителей приведен на рис.

5.1,

а. Для потребителей с яр-

Рис.

5.1. Графики нагрузки:

а — неизменный, б

—

двухступенчатый; в — многоступенчатый

ко выраженной двухступенчатостью графика нагрузки

(рис.

5.1,6), например для односменных предприятий,

применяют двухступенчатое регулирование напряжения.

При этом поддерживаются два уровня напряжения в тече-

ние суток в соответствии с графиком нагрузки. В случае

переменной в течение суток нагрузки (рис.

5.1,

в) осущест-

вляется так называемое

встречное

регулирование. Для каж-

дого значения нагрузки будут иметь свое значение и потери

напряжения, следовательно, и само напряжение будет из-

меняться с изменением нагрузки. Чтобы отклонения напря-

жения не выходили за рамки допустимых значений, надо

регулировать напряжение, например в зависимости от то-

ка нагрузки.

Нагрузка меняется не только в течение суток, но и в те-

чение всего года. Например, наибольшая в течение года на-

грузка бывает в период осенне-зимнего максимума, нал-

202

Качество

электрической энергии и его обеспечение Г л 5

меньшая — в летний период. Встречное регулирование со-

стоит в изменении напряжения в зависимости не только от

суточных, но также и от сезонных изменений нагрузки в те-

чение года Оно предполагает поддержание повышенного

напряжения на шинах электрических станций и подстанций

в период наибольшей нагрузки и его снижение до номиналь-

ного в период наименьшей нагрузки (см. § 5.3).

5.3. ВСТРЕЧНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Для подробного рассмотрения встречного регулирова-

ния напряжения используем схему замещения, показанную

на рис 5.2, а, где трансформатор аналогично рис. 3.5 пред-

ставлен как два элемента — сопротивление трансформато-

ра и идеальный трансформатор. На рис. 5.2, а приняты

следующие обозначения: И\ — напряжение на шинах

Рис 5 2. Встречное регулирование напряжения:

—

схема замещения, б

—

эчюры напряжений

§53

Встречное

регулирование напряжения

203

центра питания; U

— напряжение

на

шинах первичного

напряжения (ВН) районной подстанции; £/

2и

— напряже-

ние па шинах вторичного напряжения (НН) районной под-

станции; U

— напряжение

потребителей.

Напряжение на шинах ВН районной подстанции

-At/

Напряжения на шинах ВН

НН отличаются на вели-

чину потерь напряжения

трансформаторе Д£/

и,

кроме

того,

идеальном трансформаторе напряжение понижает-

ся

соответствии

коэффициентом трансформации

(см.

§ 3.8), что необходимо учитывать при выборе регулировоч-

ного ответвления.

На рис. 5.2,6 представлены графики изменения напря-

жения для двух режимов: наименьших

наибольших на-

грузок. При этом по оси ординат отложены значения

от-

клонений напряжения

процентах номинального. Процент-

ные отклонения имеются

виду для всех

и AU на поле

этого рисунка.

Из рис. 5 2,6 (штриховые линии) видно, что если я

то

режиме наименьших нагрузок напряжения

по-

требителей будут выше,

а в

режиме наибольших нагру-

зок— ниже допустимого значения (т.е. отклонения

больше допустимых). При этом приемники электроэнергии,

присоединенные

сети НН (например,

точках

А и В),

будут работать

недопустимых условиях. Меняя коэффи-

циент трансформации трансформатора районной подстан-

ции «т, изменяем £/

и, т. е. регулируем напряжение (сплош-

ная линия на рис. 5.2,6).

В режиме наименьших нагрузок уменьшают напряжение

до величины, как можно более близкой

£/

ном

. В этом

режиме выбирают такое наибольшее стандартное значение

чтобы выполнялось следующее условие:

^2ннм>^ном-

(5.1)

В режиме наибольших нагрузок увеличивают напряже-

ние U

u до величины, наиболее близкой

1,05—1,Ш

Н0М

В этом режиме выбирают такое наибольшее стандартное

значение

чтобы выполнялось следующее условие:

£/8енв>(1,05-*-1,1)£/ном-

(5.2)

Таким образом, напряжение на зажимах потребителей,

как удаленных от центра питания — в точке В, так и близ-

204 Качество электрической энергии и его обеспечение Гл. 5

лежащих — в точке А, вводится в допустимые пределы.

При таком регулировании в режимах наибольших и наи-

меньших нагрузок напряжение соответственно повышает-

ся и понижается. Поэтому такое регулирование называют

встречным.

5.4. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ

Изменение напряжения генераторов возможно за счет

регулирования тока возбуждения. Не меняя активную мощ-

ность генератора, можно изменять напряжение только

в пределах ±0,05£/ ном.г, т.е. от 0,95£/

ом.г до

1,05£/ном.г.

При

£/ном.с

= 6кВ номинальное напряжение генератора

£Люм.г=6,3 кВ (см. табл. 6.4) и диапазон регулирования

6—6,6

кВ. При £/

ном

.с=10 кВ напряжение генератора

£Люм.г=10,5 кВ и диапазон регулирования 10—11 кВ.

Отклонение напряжения на выводах генератора более

чем на ±5% номинального приводит к необходимости

снижения его мощности. Этот диапазон регулирования на-

пряжения (±5%) явно недостаточен. Поясним это под-

робнее.

На каждой ступени трансформации потери напряжения

в относительных единицах равны

A£/

«0,1S

где S

= SJSHOM — мощность трансформатора в относи-

тельных единицах.

При трех-четырех трансформациях потери напряжения

в сети составляют 0,3—0,4S

. Если принять

нб

=1,

* *

Рнм

0,4,

то при этих условиях потери напряжения в про-

центах

В режимах наибольших и наименьших нагру-

зок составляют соответственно

2Д£/

„% «30-5- 40%, 2М7

НМ

% « 12-н16%.

Отсюда видно, что диапазон изменения напряжения у

потребителя составляет

ЕМ7

нб

— 2М/

НМ

% « 18-*-24%.

Поэтому диапазон изменения напряжения у генератора,

составляющий только 10 %, явно недостаточен.

§ 5.5 Регулирование напряжения на пониж. подстанциях 205

Генераторы электростанций являются только вспомо-

гательным средством регулирования по двум причинам:

1) недостаточен диапазон регулирования напряжения ге-

нераторами; 2) трудно согласовать требования по напря-

жению удаленных и близких потребителей.

Как единственное средство регулирования генераторы

применяются только в случае системы простейшего вида —

типа станция — нераспределенная нагрузка. В этом случае

на шинах изолированно работающих члектростаиций про-

мышленных предприятий осуществляется встречное регу-

лирование напряжения. Изменением тока возбуждения ге-

нераторов повышают напряжение в часы максимума на-

грузок и снижают в часы минимума.

Повышающие трансформаторы на электростанциях

ТДЦ/110 с номинальным напряжением обмотки ВН

^в.ном=1Ю кВ и часть из ТДЦ/220 с £/

НО

м =

220

кВ, как

и генераторы, являются вспомогательным средством регу-

лирования напряжения, потому что также имеют пре-

дел регулирования ±2X2,5 % £Лмюм и с их помощью нель-

зя согласовать требования по напряжению близких и

удаленных потребителей. Повышающие трансформаторы

ТЦ и ТДЦ с £/

.ном=150, 330—750 кВ выпускаются без

устройств для регулирования напряжения. Поэтому основ-

ным средством регулирования напряжения являются транс-

форматоры и автотрансформаторы районных подстанций.

5.5. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОНИЖАЮЩИХ

ПОДСТАНЦИЯХ

По конструктивному выполнению различают два типа

трансформаторов понижающих подстанций: а) с переклю-

чением регулировочных ответвлений без возбуждения, т. е.

с отключением от сети (сокращенно «трансформаторы с

ПБВ»); б) с переключением регулировочных ответвлений

под нагрузкой (сокращенно «трансформаторы с РПН»).

Обычно регулировочные ответвления выполняются на сто-

роне высшего напряжения трансформатора, которая име-

ет меньший рабочий ток. При этом облегчается работа пе-

реключающего устройства.

Рассмотрим простейшую схему, представленную на рис.

5.2, а.

При этом напряжение на шинах ВН подстанции будет

206 Качество электрической энергии и его обеспечение Гл. 5

отличаться от напряжения генераторов электростанции

U\ на величину потерь в линии Д£/

, а напряжение на ши-

нах НН подстанции, приведенное к ВН f/L» будет отли-

чаться еще и на величину потерь напряжения в сопротив-

лении трансформатора Д£/

£/* =

£/,-м/

U°

-AU

Действительное напряжение на шинах НН подстанций оп-

ределяется как

«Т

01-В

где

Пт

тв1и„пом

— коэффициент трансформации тран-

сформатора;

U„та

— напряжение регулировочного ответв-

ления обмотки ВН; f/н.ном — номинальное напряжение об-

мотки НН.

Меняя коэффициент трансформации, можно изменять

напряжение на стороне НН подстанции U

- Именно на

этом принципе и работают все средства регулирования на-

пряжения на подстанциях.

По условиям встречного регулирования (5.1) и (5.2)

J/жел 0

/о = 5

/о;

J/жел %

= 0>

где Vfi

°/o ~ желаемое отклонение напряжения в процен-

тах номинального в режиме наибольших нагрузок;

VHT

% — то же для режима наименьших нагрузок.

Соответственно

7/жел __ TJ !_ Т/жел. Г/жел _ 77 I Т/жел

2н.нб ном

нб > 2н нм вом

нм •

Действительное значение напряжения на стороне НН

определяется по выражению (5.3).

Из электрического расчета сети определяются £/;

из —

напряжение на стороне НН в режиме наибольших нагру-

зок, приведенное к ВН; f/|

HHM

—напряжение на стороне

НН в режиме наименьших нагрузок, приведенное к ВН. По-

значениям £/

ннб

и £/f

H HM

определяются желаемые ответ-

вления регулируемой обмотки высшего напряжения транс-

форматора в режимах наибольших и наименьших нагрузок:

TJ — П

^н.ном ту __ г/в ^н.ном /с л\

отв.нб 2н.нб ,,

жел

' отв.нм 2ннм

жел

' ' •*

[/,

2н.нб ^2н.нм

§55 Регулирование напряжения

на

пониж. подстанциях

207

Рис.

5.3. Схема обмоток транс-

форматора

ПБВ

Рис 5.4. Трансформатор с РПН:

а — условное обозначение; б — схе-

ма обмоток трансформатора

РПН;

в,

— переключение ответвлений

б.ном

Желаемые ответвления, определенные

по

(5.4), округ-

ляются до таких ближайших стандартных значений, чтобы

выполнялись условия (5.1), (5.2).

Трансформаторы

без

регулирования

под

нагрузкой

(ПБВ)

настоящее время изготовляют

основным

че-

тырьмя дополнительными ответвлениями

. Схема обмотки

такого трансформатора приведена на рис. 5.3. Основное от-

ветвление имеет напряжение, равное номинальному напря-

жению первичной обмотки трансформатора £/

ом.

Для

понижающих трансформаторов

H0M

равно номинальному

напряжению сети

H0M

, к

которой присоединяется данный

трансформатор

(6,

10, 20 кВ, см. табл. 6.4). При основном

Ранее изготовлялись трансформаторы

ПБВ

двумя дополнитель-

ными ответвлениями ±5 %.

208

Качество

электрической энергии и его обеспечение Гл. 5

ответвлении коэффициент трансформации трансформатора

называют номинальным. При использовании четырех допол-

нительных ответвлений коэффициент трансформации отли-

чается от номинального на +5, +2,5, —2,5 и —5 %. Вто-

ричная обмотка трансформатора является центром питания

сети, подключенной к этой обмотке. Поэтому номинальное

напряжение вторичной обмотки трансформаторов выше но-

минального напряжения сети: на

5%—для

трансформа-

торов небольшой мощности, на 10 °/о — Для остальных

трансформаторов. Предположим, что к первичной обмотке

при использовании основного ответвления подведено напря-

жение, равное и

яоас

, и на стороне НН при холостом ходе

напряжение равно 1,05 £/

НО

м.с- При этом добавка напряже-

ния равна 5 %• Изменяя ответвления трансформатора

с ПБВ, можно получить добавки напряжения, округленные

значения которых приведены ниже:

Ответвление первичной обмот-

ки,

% +5 +2,5 0 —2,5 -5

Напряжение на стороне НН

при холостом ходе

(U./UHOMC)

I 1,025 1,05 1,075 1,1

Добавка напряжения, °/о . . 0 -j-2,5 -j-5 +7,5 10

Чтобы переключить регулировочное ответвление в транс-

форматоре с ПБВ, требуется отключить его от сети. Такие

переключения производятся редко, при сезонном изменении

нагрузок. Поэтому в режиме наибольших и наименьших

нагрузок в течение суток (например, днем и ночью) транс-

форматор с ПБВ работает на одном регулировочном ответ-

влении и соответственно с одним и тем же коэффициентом

трансформации. При этом нельзя осуществить требование

встречного регулирования, т. е. выполнить условия (5.1),

(5.2).

Действительно, в соответствии с (5.3)

Т] _ Г/В ^Н.НОМ 11 _ fy

^Н.НОМ

2н

нб 2н нб т, ' 2н нм

2ннм

отв

^отв

ОбЫЧНО

UIH нб < £/!н нм,

ПОЭТОМу

£/2н.нб<£/

н.нм,

ЧТО ПрО-

тиворечит требованиям встречного регулирования (5.1),

(5.2).

Встречное регулирование можно осуществлять, толь-

ко изменяя Uota и коэффициент трансформации в течение

суток, т. е. переходя от режима наибольших нагрузок к ре-

жиму наименьших.

§ 5.5

Регулирование напряжения

на

пониж.

подстанциях

209

Трансформаторы с регулированием напряжения под на-

грузкой, со встроенным устройством РПН (рис. 5.4, а) от-

личаются от трансформаторов с ПБВ наличием специаль-

ного переключающего устройства, а также увеличенным

числом ступеней регулировочных ответвлений и диапазоном

регулирования. Например, для трансформаторов с номи-

нальным напряжением основного ответвления обмотки ВН,

равным 115кВ, предусматриваются диапазоны регулирова-

ния +

% при 18 ступенях регулирования по 1,78 % каж-

дая.

Па рис. 5.4,6 изображена схема обмоток трансформа-

тора с РПН. Обмотка ВН этого трансформатора состоит из

двух частей: нерегулируемой а и регулируемой б. На ре-

гулируемой части имеется ряд ответвлений к неподвижным

контактам /, 4. Ответвления /, 2 соответствуют части вит-

ков,

включенных согласно с витками основной обмотки (на-

правление тока указано на рис. 5.4,6 стрелками). При

включении ответвлений /, 2 коэффициент трансформации

трансформатора увеличивается. Ответвления 3, 4 соответ-

ствуют части витков, соединенных встречно по отношению

к виткам основной обмотки. Их включение уменьшает ко-

эффициент трансформации, так как компенсирует действие

части витков основной обмотки. Основным выводом обмот-

ки ВН трансформатора является точка О. Число витков,

действующих согласно и встречно с витками основной об-

мотки, может быть неодинаковым. На регулируемой части

обмотки имеется переключающее устройство, состоящее из

ПОДВИЖНЫХ

контактов

виг,

контактов

К1 и К2 и реакто-

ра Р. Середина обмотки реактора соединена с нерегулируе-

мой частью обмотки а трансформатора. Нормально ток на-

грузки обмотки ВН распределяется поровну между полови-

нами обмотки реактора. Поэтому магнитный поток мал

и потеря напряжения в реакторе также мала.

Допустим, что требуется переключить устройство с от-

ветвления 2 на ответвление 1. При этом отключают контак-

тор К1 (рис. 5.4,5), переводят подвижный контакт в на

контакт ответвления / и вновь включают контактор К1

[(рис. 5.4, г). Таким образом, секция 1, 2 обмотки оказыва-

ется замкнутой на обмотку реактора Р. Значительная ин-

дуктивность реактора ограничивает уравнительный ток,

который возникает вследствие наличия напряжения на сек-

ции /, 2 обмотки. После этого отключают контактор К2,

14-237