Идельчик В.И. Электрические системы и сети

Подождите немного. Документ загружается.

210 Качество электрической энергии и его обеспечение Гл. 5

переводят подвижный контакт г на контакт ответвления /

и включают контактор К2.

С помощью РПН можно менять ответвления и коэффи-

циент трансформации под нагрузкой в течение суток, вы-

полняя таким образом требования встречного регулирова-

ния (5.1), (5.2).

Линейные регулировочные трансформаторы (ЛР) и по-

следовательные регулировочные

трансформаторы применя-

ются для регулирования напряжения в отдельных линиях

или в группе линий. Так, они применяются при реконструк-

ции уже существующих сетей, в которых используются

трансформаторы без регулировки под нагрузкой. В этом

Рис.

5.5. Линейные регулятор

а, б — способы включения; в

—

схема обмоток; г

—

регулирование напряжения по

модулю;

—регулирование напряжения по фазе; е — регулирование напряжения

по модулю и фазе

случае для регулирования напряжения на шинах подстан-

ции ЛР включаются последовательно с нерегулируемым

трансформатором (рис. 5.5,а). Для регулирования напря-

жения на отходящих линиях линейные регуляторы вклю-

чаются непосредственно в линии (рис. 5.5, б).

Раньше в литературе применялся термин «вольтодобавочные транс-

форматоры».

§ 5.6

Регулирование напряжения

на

пониж.

подстанциях

211

Линейный регулировочный трансформатор — статиче-

ский электрический аппарат, который состоит из последо-

вательного 2 и питающего / трансформаторов (рис. 5.5,в).

Первичная обмотка питающего трансформатора 3 может

получать питание от фазы А или от фаз В, С. Вторичная

обмотка 4 питающего трансформатора содержит такое же

устройство переключения контактов под нагрузкой 5, как

и в РПН. Один конец первичной обмотки 6 последователь-

ного трансформатора 6 подключен к средней точке вторич-

ной обмотки 4 питающего трансформатора, другой — к пе-

реключающему устройству 5. Вторичная обмотка 7 после-

довательною трансформатора соединена последовательно

с обмоткой ВН силового трансформатора, и добавочная

ЭДС АЕ в обмотке 7 складывается с ЭДС в обмотке ВН.

Если на первичную обмотку 3 питающего трансформа-

тора подается напряжение фазы А (сплошные линии на

рис. 5.5, я), то ЭДС обмотки ВН силового трансформатора

с помощью устройства РПН, описанного выше, регулиру-

ется по модулю (рис. 5.5,г). При этом E

z—модуль ре-

зультирующей ЭДС обмотки ВН силового трансформатора

и обмотки 7 линейного регулятора — равен

где Е

— модуль ЭДС в фазе А обмотки ВН силового транс-

форматора.

Если обмотка 3 подключается к двум фазам В и С

(штриховые линии на рис. 5.5, в), то результирующая ЭДС

обмоток ВН и 7 изменяется по фазе (рис. 5.5,(5);

Регулирование напряжения по модулю, когда АЕ и Е

совпадают по фазе (рис. 5.5,г), называется продольным.

При таком регулировании коэффициент трансформации

— действительная величина. Регулирование напряжения

по фазе, когда Д£ и £д сдвинуты на 90° (рис. 5.5, д), назы-

вается поперечным. Регулирование напряжения по модулю

и фазе называется продольно-поперечным (рис. 5.5, е).

В этом случае обмотка 3 подключена к фазам А а В. При

продольно-поперечном регулировании коэффициент транс-

формации п — комплексная величина.

Линейные регулировочные трансформаторы большой

14"

212

Качество электрической энергии

его обеспечение

Гл. 5

мощности изготовляются трехфазными, мощностью 16—

100МВ-А с РПН ±15%, на 6,6—38,5кВ; последователь-

ные регулировочные трансформаторы — трехфазными мощ-

ностью 92 и 240 MB-А на 150 и 35 кВ [10].

Автотрансформаторы 220—330 кВ сейчас выпускаются

с РПН, встроенным на линейном конце обмотки среднего

напряжения. Ранее для автотрансформаторов устройство

РПН выполнялось встроенным в нейтраль, при этом измене-

ние коэффициентов трансформации между обмотками ВН

и СН и обмотками ВН и НН нельзя было производить не-

зависимо друг от друга и нельзя было осуществлять встреч-

ное регулирование одновременно на среднем и низшем на-

пряжениях. В настоящее время с помощью РПН, встроен-

ного на линейном конце обмотки СН, можно изменять под

нагрузкой коэффициент трансформации только для обмо-

ток ВН—СН. Если требуется одновременно изменить под

нагрузкой коэффициент трансформации между обмотками

ВН и НН, то необходимо установить дополнительно линей-

ный регулятор последовательно с обмоткой НН автотранс-

форматора. С экономической точки зрения такое решение

оказывается более целесообразным, чем изготовление ав-

тотрансформаторов с двумя встроенными устройствами

РПН.

1.6. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЕМ

СОПРОТИВЛЕНИЯ СЕТИ

Напряжение у потребителя зависит от величины потерь

напряжения в сети, которые в свою очередь зависят от со-

противления сетей. Например, продольная составляющая

падения напряжения в линии на рис. 5.6, а равна

АХ/и =

JV«-Hff««.

a f (5 б)

где Pf

, Qf

, U

— потоки мощности и напряжение в конце

линии; r\i, x\i — ее активное и реактивное сопротивления.

На рис. 5.6, б показан характер зависимости сопротив-

ления сети от сечения проводов. Из графика видно, что со-

отношение активного и реактивного сопротивлений для

распределительных и питающих сетей различно.

В распределительных сетях активное сопротивление

§5.6

Регулирование напряжения изменением сопротивления

213

Рис.

Регулирование на-

пряжения изменением парамет-

ров сети:

I —схемы замещения, б —зависи-

мость сопротивления сети от сече-

1ия проводов

Рис. 5.7. Продольнм компенса-

ция:

•

—

тома иключаиии УПК б — век-

тщнки днапшмма

О Распредели- Питаю- F

тельные сети щие

сети

шч

больше реактивного, т. е г

>х

(см. пример 2.1). В (5.5)

основную роль играет первое слагаемое числителя Р^г^.

При изменении сечения линий в распределительных сетях

существенно меняются г

и г

и изменяются

&U\2

и напря-

жение потребителя. Поэтому в этих сетях сечение иногда

выбирается по допустимой потере напряжения.

В питающих сетях, наоборот, х

>г

(см. пример 2 2),

поэтому AU12 в значительной степени определяется реак-

тивным сопротивлением линий, которое мало зависит от се-

чения. Выбирать сечение линий в питающих сетях по до-

пустимой потере напряжения экономически нецелесообраз-

но.

Изменение реактивного сопротивления применяют для

регулирования напряжения. Чтобы изменить реактивное

сопротивление, необходимо включить в линию конденсато-

214 Качество электрической

энергии

и его

обеспечение

Гл. 5

ры.

Продольная составляющая падения напряжения в ли-

нии до установки конденсаторов определяется выражением

(5.5).

Предположим, что напряжение в конце линии ниже

допустимого:

г/,

г/

-дг/

<г/

адоп

Включим последовательно в линию конденсаторы так,

чтобы повысить напряжение до допустимого £/

2Д

оп.

Предыдущее выражение запишем в следующем виде:

2тв

= и

- Ъ'»

<Я*1**-0

, (5.6)

С^доп

где х

— сопротивление конденсатора.

Последовательное включение конденсаторов в линии

называют продольной компенсацией (см. § 4.10). Установ-

ка продольной компенсации (УПК) дает возможность ком-

пенсировать индуктивное сопротивление и потерю напря-

жения в линии (рис. 5.7,а).

Векторная диаграмма такого регулирования представ-

лена на рис. 5.7, б, из которого следует

^доп =

Чл

~ V* in {г

+ /*

) - VI /

(- jx

где /и — ток в линии.

Величину V~3/i2*

можно рассматривать как отрица-

тельное падение напряжения или как дополнительную ЭДС,

вводимую в цепь.

Зная Uи и

2д0П

, гi2, X\2, P\

, Qf

, можно найти х

из

(5.6) и выбрать нужное количество последовательных и па-

раллельных конденсаторов. При этом напряжение на кон-

денсаторах U

и ток в них /

равны

Uк ~ У 3 'П

К' 'к

'12

~ZZ •

Узи

Если номинальное напряжение одного конденсатора

UK.HOM<U

/Y 3, то ставят последовательно несколько кон-

саторов в одной фазе. Число подключенных конденсаторов

определяют по выражению

= (/„'( У^к.„ом).

§ 5.7

Регулирование напряжения изменением потоков

Q 215

В паспорте конденсатора указывается его мощность Q

Зная эту величину, можно определить номинальный ток

/к.иом*

Если /

.ном</к, то ставят параллельно m конденсато-

ров,

причем

— Ла''к.ном-

Для УПК отношение емкостного сопротивления конден-

саторов к индуктивному сопротивлению линии, выра-

женное в процентах, называется процентом компенсации:

с = Jk- 100.

На практике применяют лишь частичную компенсацию

(с<100 %) реактивного сопротивления линии. Полная или

избыточная компенсация (с^ 100 %) в распределительных

сетях, непосредственно питающих нагрузку, обычно не при-

меняется, так как это связано с возможностью появления

в сети перенапряжений.

Применение УПК позволяет улучшить режимы напря-

жения в сетях. Однако следует учитывать, что повышение

напряжения, создаваемое такими конденсаторами, зависит

от значения и фазы тока, проходящего через УПК. Поэтому

возможности регулирования последовательными конденса-

торами ограничены. Наиболее эффективно применение УПК

для снижения отклонений напряжения на перегруженных

радиальных линиях.

В питающих сетях УПК — сложные в эксплуатации

и дорогие установки. Необходимо применять специальные

меры для их защиты от перенапряжений во время корот-

ких замыканий. Отметим, что УПК применяют не только

для регулирования напряжения, но и для повышения про-

пускной способности линий.

5.7. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЕМ ПОТОКОВ

РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Продольная составляющая падения напряжения в сети

MJc определяется по выражению (рис. 5.8, а)

А// f*H

Н~

216

Качество

электрической энергии

и его

обеспечение

Гл. 5

Hi Zc

jXc

/^с.к Г 1 I |5

/скТ

0СК

^с.к

•CZD—

/н

1к

'In

<^|

БК

Рис.

5.8.

Режимы работы компенсирующих устройств:

—

включение синхронного компенсатора, б, в — векторные диаграммы синхрон-

ного компенсатора при перевоэбужденнн и иедовозбуждении; г

—

включение бата-

реи конденсаторов

где Р

QH—

потоки мощности; г

, х

— активное и реактив-

ное сопротивления сети.

Из последнего выражения видно, что падение напряже-

ния зависит от потоков реактивной и активной мощностей

§ 5.7 Регулирование

напряжения изменением потоков

Q 217

сети. По линии должна передаваться такая активная мощ-

ность, какая нужна потребителю. Активную мощность ли-

ний нельзя изменять для регулирования напряжения. В пи-

тающих сетях активное сопротивление меньше реактивного

сопротивления линии. Следовательно, именно произведе-

ние

оказывает решающее влияние на падение напря-

жения в сетях при регулировании U за счет изменения по-

токов мощности.

Для изменения потоков реактивной мощности применя-

ют компенсирующие устройства — батареи конденсаторов

(БК),

синхронные компенсаторы (СК), а также статиче-

ские источники реактивной мощности (ИРМ).

Использование в качестве компенсирующего устройства

синхронных компенсаторов иллюстрируется на рис. 5.8, а.

Напряжение в конце линии до установки компенсатора оп-

ределяется выражением

Пусть U

ниже допустимого. После включения СК в кон-

це линии U

определяется следующим образом:

Определим мощность СК, необходимую для того, что-

бы напряжение стало допустимым. Для этого положим

в (5.8) и

=и

2ЯО

п и вычтем из (5.8) выражение (5.7);

^до

-^~

Рн

;

+(3нХс

^аДоп

| °Н

С Т

*С | УС.К*С /С ОД

U 2 U 2ДОП

Мощность СК определяется выражением

(Uадоп

— ^a)

Wгдоп

Uг — (^н

c +

O)]

При допущении

\/U

^\/U

будем считать, что два

первых слагаемых в правой части (5.9) равны. При этом

допущении мощность СК определяется простым выражени-

ем,

вытекающим из (5.9):

QeM=s

Uwn~U

(5<ю)

21-8 Качества электрической энергии и его обеспечение Гл. 5

При практических расчетах Q

определяется по выра-

жению (5.10).

Синхронные компенсаторы могут работать в режимах

перевозбуждения и недовозбуждения.

При перевозбуждении они генерируют реактивную мощ-

ность Q™g

==QC.K.HOM. При недовозбуждении они потреб-

ляют реактивную мощность Qcjf°

=0,5Q

.K.HOM. что при-

водит к увеличению потерь напряжения в сети и к умень-

шению напряжения у потребителей. Недовозбуждение

синхронных компенсаторов можно использовать, когда надо

снизить напряжение, например в режиме наименьших на-

грузок. На рис. 5.8, бив представлены векторные диаграм-

мы в режимах перевозбуждения и недовозбуждения.

До включения синхронного компенсатора

= ^-"K3/„2

;

^-l/3/

-y3_/

После его включения

^доп = ^-КЗ(/

;

^доп -

Uг

~ V* L

с - V3 U/*с- ^3 /,

- уз l

Здесь U

£/

— напряжения в начале и в конце сети;

— ток в сети; Z

— сопротивление сети; /

— ток син-

хронного компенсатора.

В режиме перевозбуждения СК ток_/

, текущий из се-

ти,

опережает на 90° напряжение _£/

. Из векторной диа-

граммы (рис.

5.8,6)

видно, что в этом режиме модуль на-

пряжения повышается с U

до £/

2д0

п. В режиме недовозбуж-

дения ток и реактивная мощность СК изменяют свои знаки

на противоположные. Ток_/

, текущий из сети, отстает на

90° от напряжения U

. Из векторной диаграммы (рис.

5 8, в) видно, что в этом режиме модуль напряжения пони-

жается

ДО

£/

доп.нм.

Включение в качестве компенсирующего устройства ба-

тарей конденсаторов позволяет только повышать напряже-

ние,

так как конденсаторы могут лишь вырабатывать реак-

тивную мощность. Конденсаторы, подключенные параллель-

но к сети (рис. 5.8, г), обеспечивают поперечную

§5.7 Регулирование напряжения изменением потоков Q 219

компенсацию. В этом случае БК, генерируя реактивную

мощность, повышает коэффициент мощности сети и одно-

временно регулирует напряжение, поскольку уменьшаются

потери напряжения в сети. В период малых нагрузок, ког-

да напряжение в сети повышено, должно быть предусмот-

рело отключение части БК, чтобы уровни напряжений не

превышали допустимых значений.

Векторная диаграмма при поперечной компенсации с по-

мощью БК та же, что и для СК в режиме перевозбуждения

(рис.

5.8,6), где вместо тока _/,-.

следует говорить о токе

. В этом случае, как и при использовании СК, уменьша-

ется потеря напряжения в сети и увеличивается напряже-

ние U

, а также угол сдвига между напряжениями в конце

и в начале линии.

Реактивная мощность Q

, генерируемая БК, определя-

ется по выражению (5.10), которое преобразуется к виду

= -*— i/ном. (5.11)

В последнем выражении относительное повышение на-

пряжения U

при регулировании, т. е. при поперечной ком-

пенсации, равно

Ml _ ^адод — t/г

1ли

per — г; •

^ном

Выражение (5.11) легко получить из (5.10), если

2Д0

заменить на

noM

Следовательно, мощность БК определяется напряжени-

ем сети и ее реактивным сопротивлением, при этом с умень-

шением сопротивления сети возрастает необходимая мощ-

ность БК.

При продольной компенсации повышение напряжения,

создаваемое УПК, прямо пропорционально току нагрузки

линии. В отличие от УПК повышение напряжения в сети,

создаваемое поперечной компенсацией, не зависит от тока

нагрузки и определяется параметрами сети (х

) и емкост-

ным током, т. е. емкостью БК. Это следует из рис. 5.8, б,

где снижение потери напряжения в сети определяется в ос-

новном величиной 1

, так как величина /

мало влияет

на регулирование напряжения.