Татаров Е.И. Электроэнергетические системы и сети

Подождите немного. Документ загружается.

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

111

Выполнить требования ГОСТ и ПУЭ можно, используя централизован-

ное - в характерных точках электрической системы - и местное - непосредст-

венно у потребителя - способы регулирования напряжения.

Регулированием напряжения называют процесс изменения уровней на-

пряжения в характерных точках электрической системы с помощью специаль-

ных технических средств.

В современных ЭЭС регулирование напряжения входит в комплекс задач,

решаемых автоматическими системами диспетчерского управления. (АСДУ).

Причём на низших иерархических уровнях АСДУ - это равноправная техниче-

ская задача, тогда как верхние уровни АСДУ решают задачу оптимизации ре-

жима энергосистемы в целом и реализуют координацию работы систем непо-

средственного (локального) регулирования напряжения.

В зависимости от формы графиков суточной нагрузки принято выделять

три подтипа регулирования напряжения:

1. Стабилизация напряжения - применяется для потребителей с практически

неизменной нагрузкой, например, для трёхсменных предприятий, где уровень

напряжения необходимо поддерживать постоянным.

График нагрузки имеет вид:

t, ч

1) U=const

S=f(t)

2. Двухступенчатое регулирование - применяется для потребителей с ярко

выраженной двухступенчатостью графика нагрузки, например, для односмен-

ных предприятий. При этом поддерживаются два уровня напряжения

в течение суток в соответствии с графиком нагрузки.

График нагрузки имеет вид:

S=f(t)

2) U=f(t)

t, ч

3. Встречное регулирование – применяется в случае переменной в течение су-

ток нагрузки. Для каждого значения нагрузки имеет место своё значение потери

напряжения. Следовательно, и само напряжение будет меняться с изменением

нагрузки.

Встречное регулирование состоит в изменении напряжения в зависимо-

сти не только от суточных, но и от сезонных изменений нагрузки в течение го-

да.

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

112

Оно предполагает поддержание повышенного на-

пряжения на шинах источников питания в период

наибольших нагрузок и его снижение в период наи-

меньших нагрузок. График нагрузки имеет вид:

t, ч

3) U=f (J)

S=f(t)

ВСТРЕЧНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Для детального рассмотрения особенностей встречного регулирования на-

пряжения используем схему электропередачи, включающую в себя:

- центр питания (ЦП);

- линию электропередачи (ВЛ 1);

- районную понизительную подстанцию (ПС);

- линию электропередачи (ВЛ 2);

- шины подстанции потребителя (Н);

Питание потребителей осуществляется от шин районной и потребитель-

ской подстанций (точки А и Б).

Расчётная схема имеет вид:

ЦП

ВЛ 2

ПС

ВЛ 1

Расчётной схеме соответствует схема замещения:

2н

2в

2н

На схеме замещения трансформатор представлен как два элемента: со-

противление и идеальный трансформатор.

Используя схему замещения рассмотрим графики изменения напряжения

для двух режимов:

1 – наибольших нагрузок,

2 –наименьших нагрузок,

откладывая на оси ординат значения отклонений напряжения в процентах от

номинального напряжения анализируемого элемента схемы.

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

113

∆

12HM

∆

T.HM

∆

12HБ

∆

T.HБ

∆

23HБ

∆

23HМ

а)

б)

НМ

НБ

НМ

НБ

НМ

НБ

V, %

-5

Рисунок 2 -

Эпюры распределения напряжения

Из рисунка видно, что если коэффициент трансформации трансформато-

ра

n соответствует номинальным параметрам (пунктирные линии), то в режи-

ме наименьших нагрузок напряжения будут выше, а в режиме наибольших на-

грузок - ниже допустимых для электроприемников. При этом приёмники элек-

троэнергии, присоединённые к сети низкого напряжения в точках А и Б, будут

работать в недопустимых условиях.

Переключая заранее выведенные отпайки обмотки высокого напряжения

трансформатора, изменяем коэффициент трансформации трансформатора

При этом изменяем (т.е. регулируем) напряжение

U (сплошные линии на ри-

сунке).

Правила выбора желаемого напряжения в центрах питания распредели-

тельных сетей:

1. В режиме наибольших нагрузок - стремятся предельно увеличить

U .

На практике выбирают такое наименьшее стандартное значение

n , чтобы вы-

полнялось условие:

(

)

ном 22нб

11051 U,,U K

≥

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

114

2. В режиме наименьших нагрузок – уменьшаем напряжение

U до ве-

личины, как можно более близкой к

ном

U . На практике выбирают такое наи-

большее значение

n , чтобы выполнялось условие:

ном

2нм

≥

Таким образом, напряжение на зажимах потребителей: удалённых (точка

Б на рисунке) и близлежащих (точка А на рисунке) вводится в допустимые пре-

делы.

При таком регулировании в режимах наибольших (

min

) и наименьших

(

max

) нагрузок напряжение соответственно понижается и повышается, отку-

да метод и получил своё название – встречное регулирование.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЭС

В литературе имеются оценки диапазонов изменения напряжений в сетях

современных ЭЭС при характерных схемах, имеющих 3 - 4 ступени трансфор-

мации, при транспорте электроэнергии от генератора к потребителю.

В отдельных узлах схемы разница между напряжением в режиме макси-

мальных и минимальных нагрузок, при условии полного отказа от регулирова-

ния, составила бы от 18 до 24%. В связи с этим является очевидной необходи-

мость иметь в сетях ЭЭС целый спектр устройств регулирования напряжения с

достаточными техническими возможностями.

В настоящее время используются различные технические решения зада-

чи:

• на электростанциях - за счет изменения напряжения на генераторах и по-

вышающих трансформаторах;

• на понижающих подстанциях - с помощью силовых трансформаторов раз-

личного типа и автотрансформаторов, изменением потоков мощности или

изменением сопротивления отдельных элементов ЭЭС.

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

С ПОМОЩЬЮ ТРАНСФОРМАТОРОВ

К устройствам регулирования напряжения относятся силовые трансфор-

маторы, используемые для преобразования электрической энергии в сетях

энергосистем, распределительных сетях и в электроустановках промышленных

предприятий, при условии оснащения специальными устройствами, позволяю-

щими изменять коэффициент трансформации.

При проведении расчетов режимов номинальный коэффициент транс-

формации

тр

k определяют как отношение номинальных напряжений обмоток

при нулевом положении регуляторов напряжения:

ном2

ном1

тр

(3)

где U

1ном

- номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора (при

этом важно помнить, первичная обмотка не всегда является обмоткой с наи-

большим напряжением трансформатора);

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

115

2ном

- номинальное вторичное напряжение при холостом ходе трансформато-

ра и номинальном первичном напряжении.

Коэффициент трансформации kтр может быть определен и как отноше-

ние числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной, т.е.

тр

(4)

где ω

, ω

- числа витков соответствующих обмоток.

Регулирование напряжения трансформаторов осуществляется изменени-

ем числа витков первичной (или вторичной) обмотки путем переключения спе-

циальными устройствами регулировочных ответвлений обмоток. С учетом это-

го коэффициент трансформации понижающего трансформатора будет опреде-

ляться по выражению:

рег1

тр.рег

(5)

где

рег

- число витков регулировочной обмотки.

Таким образом, изменив коэффициент трансформации (5) в ту или иную

сторону, можно изменить значение напряжения на вторичных шинах. Из выра-

жения (3) имеем:

тр.рег

(6)

Известно, что силовые трансформаторы оснащаются устройствами двух

типов:

♦ ПБВ - более простыми, для использования которых необходимо, как

минимум, отключение трансформатора от сети;

♦ РПН - более сложными, обеспечивающими регулирование напряжения

под нагрузкой.

Применение того или иного регулятора зависит от типа трансформатора и

его мощности.

Регуляторы напряжения типа ПБВ

В настоящее время изготавливаются с основным и четырьмя дополни-

тельными ответвлениями (

ном

522 U%,

), хотя в эксплуатации ещё находятся

трансформаторы с двумя дополнительными ответвлениями по

ном

5 U%

Регулировочным устройством ПБВ оснащаются как правило двухобмо-

точные трансформаторы малой мощности до 1600 кВ·А.

Покажем условное обозначение двухобмоточного трансформатора с ПБВ

и схему этого трансформатора в однофазном изображении.

Ответвления выполняются в концах трех фазных обмоток ВН, которые

вместе образуют "звезду".

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

116

н2

-5%

-2,5%

+2,5%

+5%

рег

(ВН)

(НН)

а)

б)

Рисунок 3 - Регулирование напряжения с помощью двухобмоточного трансформатора.

На современных трансформаторах с 5-ю ступенями ПБВ ответвления час-

то выполняют в середине обмоток. Такой способ включения регулировочных

витков позволяет осуществлять соединение фазных обмоток регулируемой сто-

роны в треугольник.

РЕГ

+5%

+2,5%

+0%

-2,5%

-5%

РЕГ

Рисунок 4 -

Исполнение ответвлений ПБВ в середине обмоток.

При анализе регулировочных возможностей ПБВ важное значение имеет

так называемая “добавка напряжения”, под которой понимается разность отно-

сительных напряжений высокой и низкой стороны трансформатора в режиме

холостого хода, отнесённых к номинальным напряжениям соответствующих

сетей.

V 1001

*1н

2н

доб













−=

∗

Таблица паспортных данных, устанавливаемая на каждом трансформато-

ре с ПБВ (например, цеховой КТП), содержит следующую информацию:

ном

S ,

кВ·А

∆

в.ном

I , А

н.ном

ХХХ

+5,0

+2,5

-2,5

-5,0

6300

6150

6000

5850

5700

ХХ

400 ХХ

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

117

доб

1,05ω

1,025ω

1,000ω

0,975ω

0,950ω

0,0

+2,5

+5,0

+7,5

+10,0

/1,05ω

/1,025ω

/ω

/0,975ω

/0,950ω

Например:

Если ПБВ трансформатора установлен на первую ступень

(ве-

личина добавки напряжения (иногда называют “вольтодобавка”) 0

V ), то при

подаче на первичную обмотку некоторого напряжения на вторичной обмотке в

режиме холостого хода будем иметь следующие значения напряжения:

тфакт

6300 В

→

400 В













6300

400

6300

6000 В

→

380 В













6300

400

6000

При установке ПБВ на четвёртую ступень

−

( %V 5,7

) будем

иметь:

тфакт

6300 В

→

431 В













5850

400

6300

6000 В

→

410 В













5850

400

6000

Переключения ПБВ требуют отключения трансформатора и комплекса

мероприятий организационного и технического плана. Для переключения регу-

лировочных ответвлений трансформатор необходимо отключить от сети со

стороны ВН и НН, или даже вывести в ремонт, в зависимости от конструктив-

ного исполнения трансформатора (КТП - выводы закрыты, приближение на

расстояния, меньше допустимых - исключено; ТП - и переключатель ПБВ и

выводы обмоток выведены на крышку - обязателен вывод в ремонт).

В связи с этим переключения ПБВ возможны лишь в целях сезонного ре-

гулирования. В течение суток коэффициент трансформации неизменен, в силу

чего встречное регулирование на трансформаторах с ПБВ выполнить невоз-

можно (реально

нм2нб2

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

118

Регуляторы напряжения типа РПН

Отличаются от регуляторов ПБВ возможностью изменения коэффициента

трансформации в рабочем режиме, а также увеличенным числом регулировоч-

ных ответвлений и диапазоном регулирования.

Например, для понижающего трансформатора с кВ115

в.ном

U , преду-

сматривается диапазон регулирования

при

ступенях регулирования

по

каждая.

С помощью РПН можно менять ответвления и коэффициент трансфор-

мации под нагрузкой в течении суток, выполняя требования встречного регу-

лирования.

Элементами переключающего устройства являются:

• избиратели ответвлений, контакты которых размыкают и замыкают ветви

цепи без тока (И

, И

);

• контакторы, размыкающие и замыкающие ветви цепи с рабочим током

(К

, К

; или К

… К

);

• токоограничивающий реактор (LR) или токоограничивающие резисторы

, R

);

• приводной механизм.

б)

а)

раб

Рисунок 5 -

Схемы переключающих устройств:

а – РПН с реактором; б – РПН с резисторами

Исходное положение схемы РПН с реактором рисунок 5, а):

• контакты избирателя И

, И

присоединены к одному ответвлению обмот-

ки;

• контакторы К

и К

включены.

Переключение РПН с одной ступени на другую происходит в следующей

последовательности:

1. отключается К

(под током). При этом весь рабочий ток проходит через

контакты избирателя И

, контактор К

и ветвь реактора.

2. контакт избирателя И

переходит на второе ответвление, включается К

. Ра-

бочий ток делится между ветвями реактора. Появляется дополнительный

циркулирующий ток, определяемый напряжением между соседними регу-

лировочными выводами и большим продольным сопротивлением реактора.

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

119

3. отключается контактор К

(под током), контакт избирателя И

переходит на

соседнее ответвление, и снова включается контактор К

Переключение завершено.

Переключение на следующее ответвление вверх (или вниз) происходит в

той же последовательности.

РПН с резисторами более совершенны, относятся к быстродействующим

устройствам.

Исходное положение схемы РПН с резисторами рисунок 5, б):

Контакторы К

и К

включены, контакторы К

и К

отключены. Рабочий

ток проходит через контакты избирателя И

и контактор К

, резистор R

шунти-

рован.

Переключение РПН с одной ступени на другую протекает в следующей по-

следовательности:

1. контакт избирателя И

переходит на соседнее ответвление;

2. отключается контактор К

, рабочий ток проходит через резистор R

и кон-

тактор К

;

3. включается контактор К

и половина рабочего тока переходит в ветвь рези-

стора R

, при этом появляется небольшой циркулирующий ток;

4. отключается контактор К

(под током) и весь ток переходит в ветвь рези-

стора R

;

5. включается контактор К

, шунтирующий резистор R

, ток нагрузки прохо-

дит через контактор.

Переключение завершено. Левая часть схемы подготовлена к переключе-

нию на следующее ответвление.

Сравнительная характеристика схем РПН

В схеме РПН с токоограничивающим реактором процесс переключения

происходит относительно медленно, все элементы РПН рассчитаны на длитель-

ное протекание токов. Избиратель и токоограничивающий реактор размещены в

баке трансформатора. Контакторы размещены в особом отсеке, чтобы обеспе-

чить доступ к контактной системе, требующей ухода. Реактор имеет заземлен-

ный стальной сердечник, а изоляция обмотки реактора соответствует рабочему

напряжению обмотки трансформатора. Чем больше напряжение, тем больше

размеры реактора. Это ограничивает область применения данной схемы. Она

может быть использована, если регулируемая часть обмотки находится со сто-

роны нейтрали.

В варианте устройства РПН с резисторами условия для гашения дуги при

размыкании ветвей с током более благоприятны по сравнению с устройством с

токоограничивающим реактором. Применяют контакторы в масле, а также с ва-

куумными камерами, обладающими значительными преимуществами. Меха-

низм переключающего устройства снабжен мощными пружинами, обеспечи-

вающими большую скорость переключения.

D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc

120

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ

Основной проблемой регулирования напряжения на электростанциях явля-

ется сложность согласования противоречивых одновременных требований к

уровню напряжения со стороны удалённых и близлежащих потребителей.

Возможностью регулирования напряжения на электростанциях обладают:

- синхронные генераторы;

- повышающие трансформаторы.

Изменение напряжения генераторов возможно за счёт регулирования то-

ка возбуждения. Не меняя активную мощность генератора, можно изменять на-

пряжение только в пределах

ном.ген

050 U,

, т.е. от

ном.ген

950 U, до

ном.ген

051 U, :

Диапазон регулирования на-

пряжения на генераторе, кВ

Номинальное

напряжение

сети,

кВ

Номинальное

напряжение

генератора,

кВ

Нижняя

граница

Верхняя

граница

6,3

10,5

6,6

11,0

Как единственное средство регулирования генераторы могут использо-

ваться только в системах простейшего вида: “генератор – нераспределённая на-

грузка”. В этом случае встречное регулирование напряжения осуществляется

регулированием тока возбуждения.

Повышающие трансформаторы на электростанциях типа ТДЦ/110 с но-

минальным напряжением вторичной обмотки (обмотки высокого напряжения)

кВ110

в.ном

U и часть трансформаторов типа ТДЦ/220 с кВ220

в.ном

U , как

и генераторы, являются вспомогательным средством регулирования напряже-

ния, потому что имеют предел регулирования

в.ном

522 U%,

и с их помощью

нельзя согласовать требования по напряжению близких и удалённых потреби-

телей.

Повышающие трансформаторы типов ТЦ, ТДЦ с

кВ750330150

в.ном

,,,U K

выпускаются БЕЗ устройств регулирования напря-

жения.

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

НА ПОНИЖАЮЩИХ ПОДСТАНЦИЯХ

ДВУХОБМОТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформаторы данного типа могут оснащаться как регуляторами ПБВ,

так и РПН. Регулировочные ответвления размещаются на обмотке высшего на-

пряжения (ВН), т.к. при меньшем токе, несмотря на большее рабочее напряже-

ние регулятора, устройство получается экономичнее по сравнению с размеще-

нием на стороне низшего напряжения (НН).

При определении уровня напряжения на вторичных шинах трансформа-

тора используется следующая схема замещения: