РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ Причинами отклонения

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Причинами отклонения напряжения являются: • потери напряжения, вызываемые токами нагрузки, протекающими по элементам сети; • неправильный выбор сечений токоведущих элементов и мощности силовых трансформаторов; • неправильно построенные схемы сетей.

Контроль за отклонениями напряжения проводится тремя способами: • по уровню — ведется путем сравнения реальных отклонений напряжения с допустимыми значениями; • по месту в электрической системе — ведется в определенных точках сети, например, вначале или конце линии, на районной подстанции; • по длительности существования отклонения напряжения.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии, регламентируемые ГОСТ 13109 -97, равны соответственно -5% и +10%.

Наибольшие рабочие напряжения электрических сетей, определяемые надежностью работы изоляции, нормируются ГОСТ 721 -77 в следующих пределах от номинального напряжения электрической сети

Наименьшие рабочие напряжения электрических сетей 110 к. В и выше, определяемые, главным образом, устойчивостью параллельной работы генераторов и узлов нагрузки, ограничиваются на уровне (0, 8. . 0, 9)Uном.

Принципиальная упрощенная схема ЭЭС Предположим, что в каждой из сетей IIV потеря напряжения составляет 10%, в каждом из связывающих эти сети трансформаторов - 5%, в сети V - 5%. Тогда величина суммарной потери напряжения на пути электроэнергии от ЭС к ЭП в режиме наибольших нагрузок равна примерно 70%, а в режиме наименьших нагрузок – 20 -30%

Регулированием напряжения называют процесс изменения уровней напряжения и характерных точках электрической системы с помощью специальных технических средств регулирующими устройствами.

Регулирующие устройства условно можно разделить на два типа: узловые и линейные. Узловые устройства изменяют режимные параметры сети напряжение и реактивную мощность в точке подключения к сети. Это генераторы электростанций, синхронные компенсаторы, батареи конденсаторов, нерегулируемые и регулируемые реакторы и статические регулируемые источники реактивной мощности.

Линейные устройства изменяют схемные параметры сети -реактивное сопротивление, коэффициенты трансформации. Это конденсаторные установки продольной компенсации, трансформаторы, автотрансформаторы с устройствами регулирования напряжения под нагрузкой, специальные регулировочные трансформаторы.

Цели регулирования напряжения • в местных распределительных сетях поддержание отклонений напряжения в пределах, установленных ГОСТ 13109 -97. • в районных распределительных сетях обеспечение экономичного режима их работы за счет уменьшения потерь мощности и энергии. • в системообразующих сетях является ограничение внутренних перенапряжений для обеспечения надежной работы изоляции оборудования таких сетей.

Контрольные точки уровней напряжения • шины ВН и СН крупных узловых ПС в системообразующих сетях, • шины генераторов, СК, центров питания и крупных потребителей в распределительных сетях, • узлы, где устанавливаются регулирующие устройства

Методы регулирования напряжения • Локальное регулирование напряжении может быть централизованным, т. е. проводиться, в центре питания (ЦП), и местным, т. е. проводиться непосредственно у потребителей. • Местное регулирование напряжения можно подразделить на групповое и индивидуальное. Групповое регулирование осуществляется для группы потребителей, а индивидуальное— в основном в специальных целях.

• централизованное регулирование - воздействие оказывается на большое количество узлов сети. Такое регулирование осуществляется генераторами и трансформаторами электростанций, трансформаторами крупных системных и районных подстанций, синхронными компенсаторами; • местное регулирование используется в связи с тем, что централизованного регулирования оказывается недостаточно для поддержания напряжения в требуемом диапазоне во всех узлах. Такое регулирование осуществляется трансформаторами понижающих подстанций и батареями статических конденсаторов; • смешанное регулирование, использующее оба принципа

Регулирование уровней напряжения в электрических сетях С точки зрения регулирования напряжения элементы электрической системы принято подразделять на две группы: • системообразующие сети; • распределительные сети. Системообразующие сети включают в себя элементы для передачи электроэнергии в центры нагрузок, а распределительные сети – элементы, примыкающие к потребителю.

В системообразующих сетях режим должен быть подчинен задачам эффективной передачи электроэнергии: устойчивость параллельной работы, снижение потерь электроэнергии, ограничение напряжений значениями допустимыми дляизоляции электрооборудования. В распределительных сетях главная задача – это обеспечение требуемых уровней напряжения у потребителя.

Регулирование напряжения в системообразующих сетях В режимах максимальных нагрузок приемной части энергосистемы переток активной мощности по линии связи может быть равным или большим натуральной мощности. Если передаваемая мощность равна натуральной, то линия нейтральна в отношении участия в балансе реактивной мощности. При передаче мощности большей натуральной линия является потребителем реактивной мощности, а в режиме малых нагрузок – источником реактивной мощности.

При передаче реактивной мощности возрастают потери активной мощности. Поэтому обеспечение баланса реактивной мощности приемной системы, только за счет передачи из передающей системы может быть нецелесообразным. Поэтому по возможности должны использоваться местные источники реактивной мощности приемной системы.

В режимах минимальных нагрузок, когда по линии передается мощность значительно меньше натуральной (0, 2 – 0, 4 Рнат) избыточная реактивная мощность линии близка к максимальной, которая для линий 330 к. В составляет (0, 35 – 0, 4) Вар/км, а для линий 500 к. В – около 1 МВар/км. В таких режимах возможно повышения напряжения выше максимально допустимых.

Компенсация избыточной реактивной мощности осуществляется шунтирующими реакторами, которые стремятся разместить по возможности равномерно вдоль линии.

Между двумя крайними режимами максимальных и минимальных нагрузок возможны промежуточные режимы. Поэтому весьма желательно, чтобы источники или потребители реактивной мощности были плавнорегулируемыми. Это создает возможность реализации автоматического управления

Регулирование напряжения в центре питания Регулирование напряжения осуществляется на узловой подстанции. Поддержание в допустимых пределах напряжения у потребителей регулированием напряжения в центре питания возможно только в том случае, если требования к изменению напряжения для какой-то одной группы потребителей не оказываются противоречивыми для других групп потребителей.

В зависимости от степени неравномерности графика нагрузки возможны следующие виды регулирования в центре питания: • поддержание постоянного напряжения в центре питания (стабилизация напряжений). Такой вариант регулирования возможен в том случае, если неравномерность суточных графиков нагрузки всех видов потребителей невелика. • двухступенчатое регулирование напряжения – для потребителей с выраженной двухступенчатостью графика нагрузки, например для односменных предприятий. При этом поддерживаются два уровня напряжения в течение суток в соответствии с графиком нагрузки. • встречное регулирование напряжения. При встречном регулировании напряжение в центре питания регулируется в зависимости от тока нагрузки – в режиме максимальных нагрузок повышается, а в режиме минимальных нагрузок снижается.

Индивидуальное регулирование напряжения При несовпадающих графиках нагрузки и различной удаленности потребителей от центра питания централизованное регулирование не может обеспечить напряжение в допустимых пределах у всех потребителей. В таком случае дополнительное регулирование напряжения у отдельных потребителей может осуществляться с помощью следующих технических средств.

Если в питающей сети имеется достаточный резерв реактивной мощности, то регулирование напряжения у отдельных потребителей изменением коэффициента трансформации является практически независимым. Для регулирования напряжения на трансформаторных понижающих подстанциях устанавливают устройство РПН, представляющее собой устройство, меняющее рабочее ответвление витков обмотки трансформатора и, следовательно, коэффициент трансформации трансформатора. Устройство устанавливают в трансформаторах напряжением 35 к. В и выше и размешают в нейтрали обмотки ВН. Это позволяет: • иметь наиболее плавное регулирование, так как число витков у обмотки ВН больше, чем у НН; • при переключениях выполняется коммутация меньших по величине токов, чем на стороне НН; • включение РПН в заземленную нейтрать на ВН значительно снижает требования к уровню изоляции устройства регулирования.

Трансформаторы напряжением ниже 35 к. В снабжаются устройством переключения без возбуждения (ПБВ), Трансформаторы с ПБВ имеют основное ответвление с номинальным напряжением и четыре ступени регулирования по 2, 5%, т. е. дополнительные ответвления с изменением напряжения относительно его номинального значения на +5; +2, 5; -2, 5 и -5 (± 2 x 2, 5)%. Ответвления этих трансформаторов переключаются либо при изменении схемы электроснабжения, либо при переходе от сезонных максимальных нагрузок к минимальным и наоборот. Суточное регулирование в этих сетях возлагается на ЦП.

В условиях дефицита реактивной мощности изменение коэффициента трансформации для увеличения напряжения, на подстанции Б приводит к увеличению потребления реактивной мощности нагрузкой Н 1 в соответствии с ее статической характеристикой. Из-за этого снижается напряжение в центре питания и напряжение на других нагрузках.

• При проектировании электрической сети выполняют расчет режимов наибольших и наименьших нагрузок и проверяют возможность регулирования напряжения с помощью РПН или ПБВ установленных понижающих трансформаторов.

Трехобмоточные трансформаторы на 110 и 220 к. В изготавливают с РПН только в обмотке ВН, а обмотка СН имеет ответвления ПБВ Схема регулирования напряжения со стороны ВН на трехобмоточных трансформаторах такая же, как на двухобмоточных. Однако изменение числа витков на стороне ВН приводит к изменению коэффициента трансформации как между обмотками ВН и СН. Такое регулирование называется связанным (зависимым), т. е. обеспечение регулирования на одних шинах, например НН, вынужденно меняет напряжения и на других шинах — СН.

В случае, когда требования к регулированию напряжения на обеих системах шин противоречивы, устанавливают дополнительные средства регулирования. К ним относятся КУ и специальные регулировочные трансформаторы — линейные регуляторы (ЛР), которые включаются последовательно с одной из вторичных обмоток трансформатора

Изменение потока реактивной мощности в отдельных участках сети Установка у потребителей компенсирующих устройств позволяет изменять поток реактивной мощности на соответствующем участке сети. При подключении КУ параллельно нагрузке Н 1 потеря напряжения на участке АБ будет равна (без учета поперечной составляющей падения напряжения)

Принципиальное отличие регулирования за счет применения источников реактивной мощности от регулирования изменением коэффициентов трансформации заключается в том, что при этом участки сети частично или полностью разгружаются от потоков реактивной мощности. Одновременно это приводит к снижению потерь активной и реактивной мощности.

Если требуется оценить мощность КУ, которое надо установить на шинах НН трансформатора в конце ЛЭП, то необходимо, использовать суммарное сопротивление схем замещения ЛЭП и трансформатора и, во-вторых, привести Х к напряжению шин НН, причем, сопротивление Х вычисляется по пути до пункта питания суммированием всех индуктивных сопротивлений ветвей с учетом наличия параллельных путей до точки сети, где требуется регулировать напряжение.

Компенсация реактивного сопротивления участков сети В ЛЭП высокого и сверхвысокого напряжения, а также в трансформаторах индуктивное сопротивление намного превышает активное сопротивление и поэтому оказывает большее влияние на потери напряжения. Если изменить реактивное сопротивление сети, то в некоторых случаях можно улучшить условия регулирования напряжения у потребителей.

Одним из способов уменьшения индуктивного сопротивления линии является продольная компенсация — последовательное включение в рассечку линии конденсаторов. Батарея конденсаторов с устройством переключения называется устройством продольной компенсации (УПК).

На практике применяют лишь частичную компенсацию индуктивного сопротивления линии. Полная или значительная компенсация в распределительных сетях связана с возможным появлением в сети перенапряжений. Снижение результирующего индуктивного сопротивления линии приводит также к увеличению токов короткого замыкания в сети.

Определение требуемых законов регулировании напряжении в распределительных сетях среднего и низкого напряжения Регулирование напряжения в электрических сетях включает в себя решение следующих задач: • оценку потерь напряжения в сетях среднего и низкого напряжения; • расчет допустимых диапазонов изменения отклонений напряжения в различных узлах сети; • определение и реализацию требуемых законов регулирования управляемых компенсирующих и регулирующих устройств; • выбор регулировочных отпаек трансформаторов с ПБВ: • оценку соответствия диапазонов изменения отклонений напряжения требуемым; • коррекцию законов и разработку

Факторы, влияющие на решение задачи регулирования напряжения • режимы напряжения в центре питания; • схема электрической сети и ее параметры; • расположение регулирующих трансформаторов в сети и установленные на них коэффициенты трансформации; • графики изменения мощности электроприемников и места их присоединения к сети и т. п.

При практическом решении задачи регулирования напряжении в сети могут встретиться следующие различные случаи: 1. При полном использовании реактивной мощности всех генераторов и компенсаторов не удается обеспечить поддержание напряжений в пределах допустимой зоны для всех или большинства узловых точек системы и напряжения у всех или большинства узловых точек получаются ниже минимально допустимых значений. 2. При полном использовании реактивной мощности генераторов и компенсаторов напряжения у части узловых точек получаются меньше минимально допустимых значений, а напряжения у остальных точек — в зоне допустимых значений.

3. То же, но напряжения у некоторых узловых точек получаются выше максимально допустимых значений. 4. При минимальных значениях реактивных мощностей, допустимых по условиям устойчивости работы генераторов, и остановке или при полном использовании в режиме недовозбуждения компенсаторов напряжения у всех или у большей части узловых точек ниже максимальных значений, а у остальных — выше максимальных значений. 5. При минимальных значениях реактивных мощностей напряжения у всех или большинства узловых точек выше максимально допустимых значений.