Татаров Е.И. Электроэнергетические системы и сети
Подождите немного. Документ загружается.
D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc
131
−−=
−
−
+
−= 124205
0
3
3
33
0
3
3
33
03
,j
U
R
Q
XP
j
U
X
Q
RP
UU
'
'
'
'
'
;кВ1393199
4206
8277561959215
4206
6195775829215
,j,
,
,,,,
j
,
,,,,
−=
⋅
−
⋅
−
⋅
+
⋅
−
кВ.1203
1393199
22
2
3p
2
3a
3
,
,,
UUU
'
=+=+=
Желаемое напряжение для обмотки СН в режиме максимальной нагрузки
кВ.
5
115
110
05
1
ном.сетиж2
,
,
U
k
U
.
=
⋅
=
=
Определяем необходимое ответвление РПН для обеспечения желаемого
напряжения на стороне СН:
.,
,
,
UU
UU
%K
n
'
.
2431
1212206
2305115
2
100
1
100
ном22
ном1ж2
=
−
⋅
⋅
=
−
∆
=
Принимаем номер регулировочного ответвления РПН
=
n
3.
Действительное напряжение на шинах СН при выбранном положении
РПН равно
( )
(
)
кВ.99114
230
100
32
11212206
100
1
ном1
ном22
3
2
,
,
U
n%K
UU
U
'
=
+⋅
+⋅
=
∆
+
=
+
Полученное значение не удовлетворяет требованиям ПУЭ, поэтому пере-
назначаем положение РПН:
+
=
n
4:
( )
(
)
кВ.16117
230
100
42
11212206
4
2
,
,
U
=
+⋅
+⋅
=
+
ТРЕХОБМОТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
В отличие от двухобмоточных, эти трансформаторы имеют два регули-
рующих устройства:
- РПН в нейтрали обмотки ВН;
- ПБВ в обмотке СН.
С помощью РПН регулируется напряжение одновременно на сторонах
СН и НН. При таком размещении РПН не всегда удается обеспечить желаемое
напряжение одновременно на шинах среднего и низшего напряжения. Поэтому
обмотка СН имеет дополнительное устройство ПБВ, что позволяет, в случае
необходимости, обеспечить желаемое напряжение на стороне СН для заданного
режима.
D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc
132
U
3
U
1
U
2
S
3н
(НН)
S
2н
(СН)
(ВН)
+3
+2
+1
0
-1
-2
-
3
-
2
-
1
0
+1
+2
ω
3
ω
2
ω
1
А
1
X
1
РПН
ПБВ
a
3
x
3
a
2
x
2
а)
б)
Рисунок 7 - Регулирование напряжения с помощью трехобмоточного
трансформатора с РПН и ПБВ
Принципиально устройства РПН и ПБВ такие же, как и для двухобмоточ-
ных трансформаторов.
ВЫБОР ОТВЕТВЛЕНИЙ
Определение необходимых ответвлений РПН и ПБВ начинается с обес-
печения желаемого напряжения на стороне НН. При выборе устройства РПН:
( )
⋅∆
+
=
100
1
11
ном1
ном33
1
3
n%K
U
UU
U
'
n
,
(12)
где
'
3
U - расчетное напряжение в точке 3, приведенное к стороне ВН;
%K
1
∆
- ступень регулирования РПН;
1
n - номер ответвления РПН.
При определении действительного напряжения на шинах СН необходимо
учесть влияние РПН (т.к.
1
n уже выбрана) и выбрать
2
n для ПБВ.
⋅∆
+
⋅∆
+
=
100
1
100
1
11
ном1
22
ном22
2
2
n%K
U
n%K
UU
U
'
)n(
(13)
Порядок определения
'
2
U ,
'
3
U разберем на конкретном примере.
D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc
133
ПРИМЕР 2
3
.
На подстанции установлен трехобмоточный трансформатор ТДТН-63
000/150. Номинальные напряжения обмоток:
158
ном1
=
U
кВ;
5
38
ном2
,
U
=
кВ;
11
ном3
=
U
кВ. Обмотки трансформатора имеют следующие сопротивления:
9
0
321
,
RRR
=
=
=
Ом;
7
44
1
,
Х
=
Ом;
0
2
=
Х
Ом;
8
26
3
,
Х
=
Ом. Регулирование
напряжения осуществляется за счет РПН, установленного в нейтрали обмотки
ВН с пределами регулирования ±8×1,5% и ПБВ на стороне СН ±2×2,5%.
В режиме минимальных нагрузок обмотки трансформатора пропускают
следующие мощности: =
S
'
1
25,05 + j9,4 МВ·А, =
S
'
2
20,02 + j6 МВ·А,
=
S
'
3
= 5 + j2,04 МВ·А. Напряжение на стороне ВН
=
U
1
152 кВ.
Определить необходимые положения регуляторов РПН и ПБВ и действи-
тельные напряжения на сторонах СН и НН трансформатора.
Решение:
Схема замещения трансформатора:
U
1
U'
2
U
2
S
н2
R
1
+jX
1
S'
1
R
3
+
jX
3
S'
3
R
2
+
jX
2
S'
2
U
3
S
н
3
U
0
U
'
3
∆P
х
+j∆Q
х
ИТ
2
ИТ3
Рисунок 8
Определим напряжение в точке "0", учитывая только продольную состав-
ляющую падения напряжения на элементе схемы замещения трансформатора:
.,
,,,,
U
X
Q
RP
UU
'
'
кВ1149
152
74449900525
152
1
1
1
11
10
=
⋅+⋅
−=
+
−=
Вычислим приведенные к ВН значения напряжений в точках 2 и 3, по-
прежнему не учитывая поперечной составляющей падений напряжения на эле-
ментах схемы замещения:
;кВ0149
1149
006900220
1149
0
2
2
22
02
,
,
,,,
,
U
X
Q
RP
UU
'
'
'
=
⋅+⋅
−=
+
−=
.,
,
,,,,
,
U
X
Q
RP
UU
'
'
'
кВ7148
1149
8260429005
1149
0
3
3
33
03
=
⋅+⋅
−=
+
−=
Желаемые напряжения на вторичных шинах подстанции в режиме мини-
мальных нагрузок должны выбираться близкими к номинальным напряжениям
сетей, т.е.
35
ж2
=
U
кВ;
10
ж3
=
U
кВ.
Определим необходимое ответвление РПН для обеспечения желаемого
уровня напряжения на стороне НН:
3
Пособие, задача 4.2.
D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc
134
.,
,
,
UU
UU
%
K
n
'
3521
15810
117148
51
100
1
100
ном1ж3
ном33
1
1
=
−
⋅
⋅
=
−
∆
=
Принимаем номер ответвления РПН равным
=
n
1
2.
Действительное напряжение на шинах НН и СН с учетом уставки РПН
найдем по выражениям:
( )
( )
;кВ0510
100
251
1158
117148
100
1
11
ном1
ном33
2
3
,
,
,
n
%
K
U
UU
U
'
=
+
+
⋅
=
∆
+
=
+
( )
( )
.,
,
,
n
%
K
U
UU
U
'
кВ2535
100
251
1158
538149
100
1
1
1
ном1
ном22
2
2
=
+
+
⋅
=
∆
+
=
+
Проверим уровень напряжения на шинах СН при установке переключате-
ля ПБВ в положение
1
2
−
=
n
:
( )
( )
.,
,
,
,
n
%
K
U
n
%
K
UU
U
'
n
кВ3734
100
251
1158
100
152
1538149
100
1
100
1
11
ном1
22
ном22
12
2
=
⋅
+
−
+⋅
=
∆
+
∆
+
=
−=
Полученное значение напряжения ниже номинального. Выбираем устав-
ку ПБВ
=
n
2
0, поскольку, проверяя настройку РПН без учета влияния ПБВ, мы
уже получили удовлетворяющее значение напряжения
(
)
кВ.2535
02
2
,
U
n
=
=
АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ
Особенностью автотрансформатора является наличие кроме магнитной,
еще и электрической (или гальванической) связи между обмотками ВН и СН.
Обмотка НН, как и в трансформаторах, связана с другими обмотками только
магнитной связью.
В силу конструктивных особенностей АТ регулирование напряжения
имеет ряд особенностей.
Применяют различные типы и способы включения регулирующих уст-
ройств:
5. РПН на стороне СН;
6. РПН в нейтрали автотрансформатора;
7. Вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) в нейтрали автотрансформатора;
8. Регулирование с помощью линейных регуляторов (ЛР).
D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc
135
1. АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ С РПН НА СТОРОНЕ СН
Автотрансформатор может работать в двух режимах:
• Прямом;
• Обратном (реверсивном).
Отличие этих режимов легко показать для АТ, обеспечивающего связь
двух энергосистем с разными номинальными напряжениями.
500 кВ
S
А
S
В
ЭЭС - 1
ЭЭС - 2
220 кВ
Режим передачи "А" -
прямой режим.
Режим передачи "Б" –
реверсивный.
Рисунок 9
Прямой режим:
Переток мощности осуществляется со стороны ВН на СН, т.е. АТ работа-
ет как понижающий. При установке РПН в обмотке СН изменяется число вит-
ков обмотки СН и меняется коэффициент трансформации между ВН и СН. Ко-
эффициент трансформации
k
н)-АТ(в
остается нерегулируемым.
2,14
11
12
Uв
Uс
Uн
ω
в
ω
с
ω
н
"П"
"О"
РП
1,13
Рисунок 10. Устройство РПН на стороне СН автотрансформатора
Коэффициент трансформации между ВН и СН:
()
регс
в
с)-АТ(в
ω±ω
ω
=
k
n
(14)
Напряжение на вторичных шинах АТ определяется выражением:
()
в.ном
номсс
c
100
1
U
n%K
UU
U
.
'
n
⋅∆
+
=
(15)
где
'
U
c
- напряжение на шинах СН, приведенное к напряжению ВН.
Из последнего уравнения следует выражение для определения необходи-
мого номера ответвления:
−
∆
= 1
100
с.ном
'
с
в.номc.ж
UU
UU
%K
n ,
(16)
где
с.ж
U - желаемое напряжение на шинах СН.
D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc
136
Схема замещения автотрансформатора – трехлучевая звезда. Поэтому по-
рядок определения приведенного напряжения на шинах СН и НН такой же, как
и для трехобмоточного трансформатора.
При установке РПН на СН напряжение на стороне НН не регулируется,
т.к. коэффициент трансформации (связь между обмотками ВН и НН) остается
без изменения.
в.ном
н.ном
'
н
н)-ТР(в
3
н
U
UU
k
U
U
'
== ,
(17)
Реверсивный режим:
При проведении расчетов этого режима параметры схемы замещения АТ
приводятся к напряжению питающей стороны. Считаем, что при реверсивном
режиме работы АТ его параметры приведены к ступени СН.
Устройство РПН, установленное на стороне СН, в этом случае приводит к
изменению напряжения и на ВН, и на НН.
Напряжение на шинах ВН АТ определим:
()
⋅∆
+
=
100
1
с.ном
номвв
в
n%K
U
UU
U
.
'
n
(18)
Регулирование напряжения на стороне ВН АТ сопровождается изменени-
ем напряжения на шинах НН, т.е. напряжение на низшей стороне АТ зависит от
номера отпайки РПН:
()
⋅∆
+
=
100
1
с.ном
номнн
н
n%K
U
UU
U
.
'
n
(19)
ПРИМЕР 3
4
.
Определить значения напряжения на шинах СН и НН автотрансформато-
ра АТДЦТН-63000/220/110, работающего в прямом режиме.
Напряжение на шинах ВН
=
U
1
215 кВ. Потоки мощности в режиме мак-
симальных нагрузок: =
S
'
1
50 + j20 МВ·А; =
S
'
2
34 + j10 МВ·А; =
S
'
3
15,92
+ j5,77 МВ·А. Известны технические характеристики автотрансформатора:
РПН установлен у линейных выводов обмотки СН; пределы регулирования
±6×2,0%; номинальные напряжения обмоток:
230
ном1
=
U
кВ;
121
ном2
=
U
кВ;
11
ном3
=
U
кВ. Обмотки автотрансформатора имеют сопротивления:
4
1
21
,
RR
=
=
Ом;
8
2
3
,
R
=
Ом;
104
1
=
Х
Ом;
0
2
=
Х
Ом;
6
195
3
,
Х
=
Ом.
Решение. Схема замещения автотрансформатора данного класса напря-
жения, работающего в прямом режиме имеет вид:
4
Пособие, Задача 4.3.
D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc
137
U
1
U'
2
U
2
S
н2
R
1
+jX
1
S
'
1
R
3
+
jX
3
S
'
3
R
2
+
jX
2
S
'
2
U
3
S
н
3
U
0
U
'
3
∆P
х
+j∆Q
х
ИТ
2
ИТ3
Рисунок 11
Определяем уровень напряжения в точке "0" схемы замещения авто-
трансформатора с учетом продольной и поперечной составляющих падения на-
пряжения:
;кВ124205
215
412010450
215
104204150
215
1
1
1
11
1
1
1
11
110
,j
,
j
,
U
R
Q
XP
j
U
X
Q
RP
U
U
j
U
UU
'
'
'
'
''
−=
⋅−⋅
−
⋅+⋅
−=
=
−
−
+
−=δ−
∆
−=
кВ.4206
124
205
2
22
p0
2
a0
0
,
,
UUU
=+=+=
Вычислим приведенные к стороне ВН значения напряжений в точках 2 и
3 схемы замещения:
.кВ0248204
4206
4110034
4206
0104134
124205
0
2
2
22
0
2
2
22
02
,j,
,
,
j
,
,
,j
U
R
Q
XP
j
U
X
Q
RP
UU
'
'
'
'
'
−=
⋅−⋅
−
⋅+⋅
−−=
=
−
−
+
−=
;кВ2206
0248204
22
2
2p
2
2a
2
,
,,
UUU
'
=+=+=
−−=
−
−
+
−= 124205
0
3
3
33
0
3
3
33
03
,j
U
R
Q
XP
j
U
X
Q
RP
UU
'
'
'
'
'
;кВ1393199
4206
8277561959215
4206
6195775829215
,j,
,
,,,,
j
,
,,,,
−=
⋅
−
⋅
−
⋅
+
⋅
−
кВ.1203
1393199
22
2
3p
2
3a
3
,
,,
UUU
'
=+=+=
Желаемое напряжение для обмотки СН в режиме максимальной нагрузки
кВ.
5
115
110
05
1
ном.сетиж2
,
,
U
k
U
.
=
⋅
=
=
Определяем необходимое ответвление РПН для обеспечения желаемого
напряжения на стороне СН:
.,
,
,
UU
UU
%K
n
'
.
2431
1212206
2305115
2
100
1
100
ном22
ном1ж2
=
−
⋅
⋅
=
−
∆
=
Принимаем номер регулировочного ответвления РПН
=
n
3.
Действительное напряжение на шинах СН при выбранном положении
РПН равно
D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc
138
( )
(
)
кВ.99114
230
100
32
11212206
100
1
ном1
ном22
3
2
,
,
U
n%K
UU
U
'
=
+⋅
+⋅
=
∆
+
=
+
Полученное значение не удовлетворяет требованиям ПУЭ, поэтому пере-
назначаем положение РПН:
+
=
n
4:
( )
(
)
кВ.16117
230
100
42
11212206
4
2
,
,
U
=
+⋅
+⋅
=
+
Выбранное положение РПН не оказывает никакого влияния на действи-
тельное напряжение на шинах НН, которое определяется выражением
кВ.719
230
111203
ном1
ном33
3
,
,
U
UU
U
'
=
⋅
==
Напряжение на шинах НН в режиме максимальных нагрузок ниже не
только желаемого напряжения, но даже номинального напряжения сети. По-
этому для данной подстанции целесообразно рассмотрение вопроса об установ-
ке дополнительных средств регулирования напряжения на низкой стороне ав-
тотрансформатора.
2. ВКЛЮЧЕНИЕ РПН В НЕЙТРАЛЬ АВТОТРАНСФОРМАТОРА
Однолинейная схема такого АТ имеет вид:
U
C
U
Н
U
В
0
+1
+2
-1
-2
ω
РЕГ
ω
Н
ω
С
ω
В
Рисунок 12 -
Устройство РПН в нейтрали автотрансформатора.
Особенностью включения РПН в нейтраль АТ является то, что в этом
случае изменяется число витков на обмотках ВН и СН одновременно.
Таким образом, появляется возможность изменения коэффициентов
трансформации
с)-АТ(в
k и
н)-АТ(в
k . Необходимо проанализировать, какое влия-
ние оказывает такой способ включения РПН.
D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc
139
Номинальный коэффициент трансформации (при основных ответвлени-
ях) определяется выражением:
с.ном
в.ном
с
в
с)ном-АТ(в
U
U
k =
ω
ω
= .
С учетом РПН в нейтрали АТ:
()
.k
k
n
ω
ω
+
ω
ω
+=
=
ω
ω
+ω
ω
ω
+ω
=
ω+ω
ω+ω
=
с
рег
в
рег
с)ном-АТ(в
с
рег
с
в
рег
в
регс
регв
с)-АТ(в
11
1
1
(20)
Выполним ряд искусственных преобразований:
.k
в
рег
с)ном-АТ(в
в
рег
с
в
в
в
с
рег
с
рег
ω
ω
=
ω
ω
⋅
ω
ω
=
ω
ω
⋅
ω
ω
=
ω
ω
(21)
С учетом выражений (20) и (21):
()
.
k
n%K
U
n%K
U
k
k
k
n
⋅∆
+
⋅∆
+
=
=
ω
ω
+
ω
ω
+
=
с)ном-АТ(вс.ном
в.ном
с)ном-АТ(в
в
рег
в
рег
с)ном-АТ(в
с)-АТ(в
100
1
100
1
1
1
(22)
Определим значения напряжений:
()
()
.
n%K
U
U
Un%K
UU
k
U
U
.
'
n
'
n
c
⋅∆
+
⋅
⋅∆
+
==
100
1
100
1
в.ном
с.ном
в.ном
номсс
с)-АТ(в
с
(23)
()
()
.
n%K
U
UU
k
U
U
.
'
n
'
n
⋅∆
+
==
100
1
в.ном
номнн
н)-АТ(в
н
н
(24)
Анализ выражений (23) и (24) показывает, что при включении РПН в ней-
траль АТ имеет место несогласованное связанное регулирование, когда при по-
вышении напряжения на шинах СН одновременно понижается напряжение ши-
нах НН и наоборот.
В этом случае возможны два варианта действий персонала:
D:\Мои документы\Борис\Часть 0 А4.doc
140
1 – добиваться желаемого напряжения на шинах НН (рассчитывая, что потре-
бители, подключенные на стороне СН используют свои средства регули-
рования напряжения);
2 – за счет РПН добиваться желаемого напряжения на шинах СН, а на шинах
НН установить дополнительные регулировочные устройства).
ПРИМЕР 4.
5
Определить напряжение на вторичных шинах автотрансформатора
АТДЦТН-63 000/220/110, имеющего РПН в нейтрали с пределами регулирова-
ния ±12×1,0% для ответвлений
=
n
+5 и
5
−
=
n
.
Номинальные напряжения обмоток автотрансформатора:
U
ном1
=230
кВ;
U
ном2
=121 кВ;
U
ном3
=11 кВ. Расчетные напряжения: =
U
'
2
204,77 кВ;
=
U
'
3
199,28 кВ.
Решение. Определим напряжения на шинах СН и НН без учета влияния
РПН (при нулевом ответвлении):
;кВ73107
230
12177204
ном1
ном2
'
2
2
,
,
U
UU
U
=
⋅
==
кВ.539
230
1128199
ном1
ном33
3
,
,
U
UU
U
'
=
⋅
==
Вычислим значения напряжений
(
)
U
5
2
+
,
(
)
U
5
3
+
при положении РПН
=
n
+5:
( )
( )
( )
;кВ35112
100
501
1230
121100
230501
112177204
100
1
100
1
ном1
ном2
ном1
ном22
5
2
,
,
,
,
n%K
U
U
U
n%K
UU
U
'
=
+
+
⋅
+
+⋅
=
∆
+
∆
+
=
+
( )
( )
кВ.089
100
501
1230
1128199
100
1
ном1
ном33
5
3
,
,
,
n%K
U
UU
U
'
=
+
+
⋅
=
∆
+
=
+
Используя те же соотношения, вычислим значения
(
)
U
5
2
−
,
(
)
U
5
3
−
при по-
ложении РПН
5
−
=
n
:
( )
(
)
( )
;кВ62102
100
501
1230
121100
230501
112177204
5
2
,
,
,
,
U
=
−
+
⋅
−
+⋅
=
−
5
Пособие, задача 4.4.