Рабочие режимы электроэнергетических систем. Методы и средства регулирования рабочих режимов

• Название: Рабочие режимы электроэнергетических систем. Методы и средства регулирования рабочих режимов
• Дата: 21.12.2021
• Размер: 1.72 Mb.
• Имя файла: KONTROShA.docx
• Тип: Глава; #311909
• страница: 5 из 7

<sub>§ 7 Специальные регулировочные трансформаторы

По месту установки и использования регулировочные трансформаторы можно разделить на последовательные или вольтодобавочные и линейные трансформаторы. Если регулировочный трансформатор используется совместно с уже имеющимся нерегулируемым трансформатором или автотрансформатором, то такое устройство называется последовательным или вольтодобавочным трансформатором (ВДТ). Если трансформатор включается в линию сети, то он называется линейным регулировочным трансформатором или линейным регулятором (ЛР).

Для регулирования напряжения на шинах подстанций регулировочные трансформаторы, ВДТ, включаются последовательно с обмоткой высшего напряжения трансформатора без РПН, рис.8.5а, или в нейтраль нерегулируемого автотрансформатора.



Рис. 8</sub>.5

_{Линейные регулировочные трансформаторы ЛР применяются для регу­лирования напряжения в отдельных линиях или группе линий и применяются в следующих случаях:}

- для регулирования напряжения на отходящих линиях. В этом случае ЛР включаются непосредственно в линии, рис. 8.5б;

- для регулирования напряжения на подстанциях с трансформаторами с устройствами РПН, от которых питаются потребители с разным характером нагрузки, рис. 8.5в. Характер нагрузки потребителя 3 значительно отличается от характера нагрузки остальных потребителей;

- для регулирования низшего напряжения на подстанции с автотранс­форматорами, снабженными устройствами РПН в обмотке среднего напря­жения, рис. 8.5г.

Конструктивно ВДТ и ЛР подобны и состоят из двух трансформаторов: последовательного (ПТ) и питающего регулировочного (ПРТ), рис.8.6.



Рис. 8.6

На рис.8.6 показана однолинейная схема (для фазы А) регулировочного трансформатора. На первичную обмотку 1 питающего регулировочного трансформатора может быть подано фазное напряжение одноименной или разноименной фаз или любое междуфазное напряжение. Вторичная обмотка ПРТ 2 содержит устройство переключения числа витков 3, подобное РПН. Первичная обмотка последовательного трансформатора 4 включена между средней точкой вторичной обмотки питающего трансформатора и переключающим устройством. Вторичная обмотка ПТ 5 может быть включена: последовательно с обмоткой высшего напряжения силового нерегулируемого трансформатора, в нейтраль автотрансформатора или в рассечку электрической сети.

В зависимости от способа подключения питающего трансформатора (ПРТ) можно осуществить:

– продольное регулирование, при включение обмоток питающего трансформатора на одноимённое фазные напряжения;

– поперечное регулирование, при включение обмоток питающего трансформатора на линейное напряжение двух других фаз;

– продольно – поперечное регулирование, при включение обмоток питающего трансформатора на линейное напряжение своей и последующей фазы.

В настоящее время последовательные регулировочные трансформаторы, ВДТ, выпускаются в виде трёхфазных автотрансформаторов с высшим напряжением 220, 330 кВ и в виде однофазных автотрансформаторов с высшим напряжением 500, 750 кВ с широкими пределами регулирования.

Линейные регулировочные трансформаторы, ЛР, изготовляются трехфазными, мощностью от 16 до 100 МВА с диапазоном РПН 15%, на напряжения от 6,6 до 38,5 кВ.

На рис.8.7 изображена однолинейная схема включения трехфазного вольтодобавочного трансформатора в нейтраль силового трехфазного трехобмоточного автотрансформатора.



Рис. 8.7

Последовательный трансформатор ПТ вольтодобавочного ВДТ имеет две обмотки: первичную и вторичную. Первичная обмотка через питающий регулировочный трансформатора ПРТ подключена к источнику питания, которым является обмотка низшего напряжения АТ. Вторичная обмотка подключена последовательно с обмоткой высшего напряжения АТ (а, следовательно и с обмоткой среднего напряжения), в которой регулируется напряжение.

ВДТ создает дополнительную ЭДС , которая позволяет изменить величину и фазу напряжения той обмотки или участка линии сети, куда включена вторичная обмотка ПТ ВДТ. Эта ЭДС зависит от величины напряжения источника питания, коэффициента трансформации ВДТ и фазы напряжения в первичной обмотке ПТ ВДТ. Векторная диаграмма напряжений и ЭДС ВДТ применительно к обмотке среднего напряжения изображена на рис. 8.8, где - номинальное напряжение обмотки среднего напряжения, т.е. напряжение обмотки до установки ВДТ; - напряжение обмотки среднего напряжения с учетом дополнительной ЭДС внесенной ВДТ.



Рис. 8.8

Дополнительная ЭДС в общем случае является комплексной величиной:



где и – соответственно продольная и поперечная составляющие дополнительной ЭДС.

Коэффициент трансформации ВДТ может быть действительной величиной, мнимой или иметь и действительную и мнимую составляющие. Это зависит от способа подключения регулировочного трансформатора ПРТ ВДТ.

Если на первичную обмотку фазы А регулировочного трансформатора ПРТ подается напряжение фазы А, рис. 8.9, то дополнительная ЭДС





Рис. 8.9


Рис. 8.10
совпадает по направлению с номинальным напряжением фазы А обмотки силового автотрансформатора, рис.8.10. Результирующее напряжение : , т.к. дополнительная ЭДС является чисто действительной величиной и ее мнимая часть . Коэффициент трансформации ВДТ является действительной величиной. При данном случае регулирование напряжения автотрансформатора, с помощью РПН трансформатора ПРТ, выполняется по модулю и называется продольным регулированием. Действительные напряжения обмоток высшего и среднего напряжений АТ определяются выражениями



а коэффициенты трансформации автотрансформатора могут быть найдены по формулам




Рис. 8.11
Если первичная обмотка фазы А ПРТ включена на линейное напряжение двух других фаз, рис.8.11, то дополнительная ЭДС сдвинута на 90 по


Рис. 8.12
отношению к номинальному напряжению обмотки силового трансформатора, рис.8.12.

Такое регулирование напряжения автотрансформатора называется поперечным. Результирующее напряжение , т.к. дополнительная ЭДС величина чисто мнимая и .

При подключении первичной обмотки фазы А ПРТ к фазе А и одной из фаз В или С напряжение одновременно регулируется и по модулю и по фазе, такое регулирование называется продольно-поперечным: .


Рис. 8.14


Рис. 8.13

На рис. 8.13 представлена схема включения первичной обмотки фазы А ПРТ на линейное напряжение , а на рис. 8.14 показана соответствующая векторная диаграмма. При подключении обмотки 1 фазы А ПРТ к фазе В. При продольно-поперечном регулировании коэффициент трансформации ВДТ является комплексной величиной.

§8 Регулирование напряжения изменением сопротивления сети

Напряжение у потребителя зависит от величины потерь напряжения в сети, которые в свою очередь зависят от сопротивления сетей. Например,

продольная составляющая падения напряжения в линии равна:



где - потоки мощности и напряжение в конце линии; , - ее активное и реактивное сопротивления, рис.8.15.



Рис. 8.15

На рис. 8.16 показан характер зависимости сопротивлений сети от сече­ния провода. Из графика видно, что соотношение активного и реактивного сопротивлений для распределительных и питающих сетей различно.



Рис. 8.16

В распределительных сетях активное сопротивление больше реактив­ного, т. е. . При изменении сечения линии в распределительных сетях существенно меняются , и изменяются и напряжение потреби­теля.

Поэтому в этих сетях сечение часто выбирается по допустимой потере напряжения.

В питающих сетях, наоборот, , поэтому в значительной сте­пени определяется реактивным сопротивлением линий, которое мало за­висит от сечения. Изменение реактивного сопротивления применяют для ре­гулирования напряжения. Чтобы изменить реактивное сопротивление, необ­ходимо включить в линию конденсатор.

Предположим, что напряжение в конце линии до установки конденса­тора ниже допустимого:



Включим последовательно в линию конденсаторы так, чтобы повысить напряжение до допустимого :



где - сопротивление конденса­тора.

Последовательное включение конденсаторов в линии называют про­дольной компенсацией. Установка продольной компенсации (УПК), рис. 8.17, дает воз­можность компенсировать индуктивное сопротивление и потерю на­пряжения в линии.


Рис.8.18

Рис.8.17


Векторная диаграмма такого регулирования представлена на рис.8.18, из которой следует:



Зная можно найти и выбрать нужное коли­чество последовательных и параллельных конденсаторов. При этом на­пряжение на конденсаторах и ток в них будут



Если номинальное напряжение одного конденсатора то ставят последовательно несколько конденсаторов в одной фазе. Число под­ключенных конденсаторов определяют по выражению:

.

В паспорте конденсатора указывается его мощность . Зная эту вели­чину, можно определить номинальный ток конденсатора

.

Если , то ставят параллельно конденсаторов, причем



_{Для УПК отношение емкостного реактивного сопротивления конденса­тора к индуктивному сопротивлению линии, выраженное в процентах, назы­вается процентом компенсации:}



На практике применяется лишь частичная компенсация, , реак­тивного сопротивления сети. Полная или избыточная компенсация в распределительной сети, непосредственно питающей нагрузку, обычно не применяется, так как это связано с возможностью появления перенапряжения в сети.

Применение УПК позволяет улучшить режимы напряжения в сетях. Од­нако следует учитывать, что повышение напряжения, создаваемое такими конденсаторами, зависит от значения и фазы тока, проходящего через УПК. Поэтому возможности регулирования последовательными конденсаторами 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 коротких замыканий.
§9 Регулирование напряжения изменением потоков

реактивной мощно­сти.

П родольная составляющая падения напряжения в сети определя­ется по выражению
где - потоки мощности; - активное и реактивное сопротивления сети.

Следовательно, падение напряжения зависит от потоков активной и ре­активной мощностей сети. По линии должна передаваться такая активная мощность, какая необходима потребителю. Активную мощность линии нельзя изменять для регулирования напряжения. В питающих сетях активное сопротивление меньше реактивного. Следовательно, именно второе слагае­мое в числителе приведенного выражения оказывает решающее влияние на падение напряжения в сети при регулировании напряжения за счет измене­ния потоков мощности.

Для изменения потоков реактивной мощности применяют компенси­рующие устройства - батареи конденсаторов (БК), синхронные компенсаторы (СК), рис.8.19, синхронные двигатели (СД) и статические источники реактивной мощ­ности (ИРМ).



Рис. 8.19

Напряжение в конце линии до установки синхронного компенсатора определяется выра­жением:



Будем считать, что после включения СК в конце линии, и оп­ределяется следующим образом



В этом случае, необходимая мощность СК опреде­ляется выражением:



Синхронные компенсаторы могут работать в режимах перевозбуждения и недовозбуждения. При перевозбуждении они генерируют реактивную мощностью . При недовозбуждении они потребляют реактив­ную мощность , что приводит к увеличению по­терь напряже­ния в сети и к уменьшению напряжения у потребителей.

Недовозбужденный СК можно использовать, когда надо снизить на­пряжение, например в режиме наименьших нагрузок.

На рис.8.20 и 8.21 представлены векторные диаграммы участка элек­трической сети, к концу которого подключен перевозбужденный, рис.8.20 и недовозбужденный рис. 8.21, СК.



Рис. 8.20

До включения синхронного компенсатора:



После его включения:





_Рис. 8.21

_где - напряжения в начале и в конце сети; - ток участка сети; - сопро­тивление участка сети; - ток синхронного компенса­тора.

В режиме перевозбуждения СК ток , текущий из сети, опережает на 90˚ напряжение . Из векторной диаграммы, рис.8.20, видно, что в этом режиме модуль напряжения повышается с до . В режиме недовоз­буждения ток и реактивная мощность СК изменяют свои знаки на противо­положные. Ток , текущий из сети, отстаёт на 90˚ от напряжения . Из век­торной диаграммы, рис. 8.21, видно, что в этом режиме модуль напряже­ния понижается с до .

Аналогично можно регулировать напряжение путем изменения потоков реактивной мощности с помощью синхронных двигателей и статических ис­точников реактивной мощности.

Включение в качестве компенсирующего устройства батарей конденса­торов, рис.8.22, позволяет только повышать напряжение, так как конденсаторы могут лишь вырабатывать реактивную мощность. Конденсаторы, подключенные параллельно к сети, обеспечивают попе­речную компенсацию. В этом случае БК, генерируя реактивную мощность, повышает коэффициент мощности сети и одновременно регулирует напря­жение, поскольку уменьшаются потери напряжения в сети.


Рис. 8.22


Векторная диа­грамма при поперечной компенсации с помощью БК та же, что и для СК в режиме перевозбуждения.