Принципы регулирования напряжения в центрах питания распределительных электрических сетей

Основным средством регулирования напряжения в центре питания (ЦП) распределительных электрических сетей (на линиях 6—20 кВ) являются трансформаторы с высшим напряжением 220—35 кВ с регулированием напряжения под нагрузкой. В качестве дополнительных средств могут использоваться компенсирующие устройства, установленные в распределительной сети или на шинах 6—20 кВ ЦП, а также некоторые другие средства (генераторы малых местных электростанций, синхронные электродвигатели и др.). Диапазоны регулирования напряжения на трансформаторах с РПН, выпускаемых отечественной промышленностью, достаточно велики и в зависимости от номинального напряжения и мощности трансформатора составляют от 18 до 32% (табл. 10.2).

Таблица 10.2

Диапазоны регулирования на трансформаторах с РПН

Высшее напряжение обмоток трансформатора, кВ

Количество

обмоток

Пределы регулирования, %

Диапазон регулирования,%

Примечание

35

2

±6 х 1,5

18

Преимущественно

35

2

±9 х 1,78

32,04

В отдельных случаях

35

2

±8 х 1,5

24

При мощности > 10 МВ-А

35

3

±8 х 1,5

24

110

2

±9 х 1,78

32,04

Преимущественно

110

2

±10 х 1,5

30

При мощности 2,5 MB A

110

2

±8 х 1,5

24

При мощности 2,5 MB A

110

3

±9 х 1,78

32,04

220

2

±8 х 1,5

24

220

3

±12 х 1,0

24

Автотрансформаторы

220

3

±8 х 1,5

24

Тоже

220

3

±6 х 2,0

24

»

Такие большие диапазоны регулирования позволяют осуществлять регулирование напряжения в распределительных сетях практически независимо от режима напряжений в системообразующей сети, если в ней обеспечены нормативные эксплуатационные уровни напряжения. Вместе с тем это регулирование должно обеспечить требуемое качество напряжения непосредственно у потребителей. В этих условиях режим напряжения в ЦП может выбираться исключительно по условию функционирования распределительной сети и подключенных к ней потребителей.

Выбор рационального принципа регулирования напряжения в ЦП зависит от характера графика нагрузки потребителей, подключенных к распределительной сети. Можно выделить следующие наиболее характерные режимы электропотребления.

1. Нагрузка в течение суток не изменяется (линия 1) или мало изменяется (линия 2) (рис. 10.13, а). В этом случае потери напряжения, зависящие от нагрузки сети, от шин ЦП до потребителей в течение суток не изменяются (или мало изменяются). Следовательно, для поддержания напряжения у потребителей, близкого к номинальному (или какому-то другому желаемому напряжению) в течение 1 сут. на шинах ЦП необходимо обеспечить неизменное напряжение (рис. 10.13, б). Назовем такой режим регулирования режимом стабилизации напряжения в ЦП.

Практически, однако, выбранное напряжение в ЦП поддерживать не удается. Это связано с тем, что устройства РПН трансформаторов имеют дискретные ступени регулирования (см. табл. 10.2), а при переключении ответвления трансформатора с одного положения на другое изменение напряжения происходит не плавно, а ступенчато. Следовательно, ступень (шаг) регулирования непосредственно влияет на точность поддержания заданного в ЦП напряжения. Кроме того, на трансформаторах с РПН, как правило, устройства переключения ответвлений выполняют автоматическими, которым придают какую-то зону нечувствительности. При малой зоне нечувствительности будут происходить частые переключения, что, в свою очередь, приведет к быстрому износу контактов переключателя. Поэтому точность регулирования напряжения определяется также зоной нечувствительности, характеризующейся некоторой полосой изменения напряжения на шинах ЦП, при которой не происходит срабатывания регулирующей аппаратуры (рис. 10.13, б):

где Ак — ступень (шаг) регулирования на обмотке трансформатора; п — коэффициент чувствительности регулятора, принимаемый обычно равным 1,2—1,4.

Так, при п = 1,4 и Акт= 1,78% 8 Um = ±1,25%, т.е. устройство автоматического регулирования напряжения будет поддерживать напряжение в интервале 2,5%.

Суточные график нагрузки (а) и график напряжений (б) в режиме стабилизации напряжения

Рис. 10.13. Суточные график нагрузки (а) и график напряжений (б) в режиме стабилизации напряжения

2. Нагрузка в течение суток изменяется вполне определенным, заранее известным образом. Такая ситуация возникает, например, в случае подключения к распределительной сети промышленных предприятий, учреждений и других потребителей с вполне определенным суточным режимом работы (рис. 10.14, а). При этом потери напряжения от ЦП на каждой ступени суточного графика нагрузки до определенного потребителя могут быть определены заранее. Поскольку конечная цель регулирования напряжения остается прежней и заключается в обеспечении напряжения у потребителей в любом режиме, близкого к номинальному, то для каждой ступени суточного графика нагрузки в ЦП может быть определено требуемое напряжение.

Таким образом, в данном случае регулирование напряжения на шинах ЦП можно осуществлять по времени суток (рис. 10.14, б). Естественно, точность поддержания заданного напряжения, как и раньше, будет зависеть от зоны нечувствительности регулятора напряжения 8 Um, связанной с настройкой регулятора и ступенью регулирования трансформатора.

3. Нагрузка в течение 1 сут. изменяется случайным образом. Данная ситуация на практике встречается наиболее часто, когда нагрузка ЦП имеет смешанный характер со значительной долей коммунально-бытовой нагрузки (рис. 10.15, а).

Суточные график нагрузки (а) и график напряжений по времени суток (б)

Рис. 10.14. Суточные график нагрузки (а) и график напряжений по времени суток (б)

Графики нагрузки (а) и принцип встречного регулирования напряжения (б, в)

Рис. 10.15. Графики нагрузки (а) и принцип встречного регулирования напряжения (б, в)

При этом потери напряжения от ЦП до какого-то потребителя, зависящие от нагрузки по элементам сети, также носят случайный характер. В таких случаях на шинах ЦП используют принцип встречного (согласного) регулирования напряжения. Его сущность заключается в том, что с увеличением нагрузки для компенсации возникающих при этом дополнительных потерь напряжения в ЦП напряжение повышают, а при уменьшении нагрузки — снижают (рис. 10.15, б). При таком подходе вопрос заключается в выборе соответствующего напряжения в режиме наименьших нагрузок / м и наибольших нагрузок /6. Нижний предел выбираемого напряжения в каждом режиме нагрузки ограничивается допустимой потерей напряжения от ЦП до наиболее удаленного потребителя, а верхний предел — высшим допустимым напряжением у ближайшего потребителя.

Если основная часть потребителей расположена от ЦП за относительно небольшим сопротивлением и нагрузка сети невелика, то потери напряжения будут небольшие. В этом случае условно можно говорить о близко расположенных потребителях и принять характеристику встречного регулирования напряжения U6 (рис. 10.15, в). При относительно больших потерях напряжения (условно — при далеко расположенных потребителях) эта характеристика должна располагаться выше t/g и занимать положение Ц и, наконец, необходимо решить вопрос о выборе наклона характеристики встречного регулирования напряжения. Для этого следует обратиться к возможным суточным графикам нагрузки (см. рис. 10.15, а). График 1 характерен меньшим изменением нагрузки, чем график 2. Следовательно, при нем в течение 1 сут. будут наблюдаться и меньшие потери напряжения в сети. Поэтому наклон характеристики встречного регулирования напряжения должен быть принят меньшим, чем при графике 2. Поэтому, если для графика 1 подходит режим регулирования напряжения U6 (см. рис. 10.15, в), то для графика 2 должен быть принят режим более глубокого регулирования ?Л

В практике предельные значения напряжения в ЦП при любых режимах электропотребления обычно составляют 1,1 и 1,0 номинального напряжения сети. В таблице 10.3 приведены наиболее характерные режимы напряжения в ЦП. Режимы 1—3 соответствуют стабилизации напряжения, а режимы 4—6 — встречному регулированию напряжения.

Таблица 10.3

Возможные режимы напряжения в ЦП

Номер режима

Отклонения напряжения от номинального,%

при наибольших нагрузках 51/ЦПпб

при наименьших нагрузках 5 С/ЦПнм

1

0

0

2

+5

+5

3

+ 10

+ 10

4

+5

0

5

+ 10

+5

6

+ 10

0

С учетом зоны нечувствительности (10.39) отклонение напряжения на шинах ЦП не будет точно поддерживаться в соответствии с выбранным (см. табл. 10.3). Для соответствующих выбранных режимов 1—6 оно может находиться в пределах, приведенных в табл. 10.4.

Таблица 10.4

Пределы возможного отклонения напряжения на шинах ЦП

Номер ре- жима по табл. 10.3

Пределы отклонения напряжения на шинах ЦП

при наибольших нагрузках б?/цП

при наименьших нагрузках б/7цП

1

2

3

4

5

6

Некоторые дополнительные особенности в выборе режимов регулирования напряжения могут быть на подстанциях с трехобмоточными трансформаторами, у которых устройство РПН имеется только на обмотке высшего напряжения, а на обмотке среднего напряжения имеется устройство, позволяющее изменять положение переключателя ответвлений только со снятием напряжения с трансформатора и, следовательно, оно не может быть использовано при суточном регулировании напряжения.

Если конфигурации суточных графиков нагрузки потребителей, питающихся с шин низшего и среднего напряжений, примерно одинаковы, то требуемые режимы регулирования напряжения на этих шинах также будут одинаковыми. В этом случае устройства РПН на обмотке высшего напряжения будет достаточно для обеспечения нужных режимов одновременно на шинах низшего и среднего напряжений.

Если же конфигурация графиков нагрузки на различных шинах сильно отличается, то может потребоваться задание принципиально различных режимов регулирования напряжения. Так, при конфигурации графика нагрузки 1 или 2 (см. рис. 10.15, а) на шинах НН может потребоваться режим встречного регулирования напряжения, а на шинах СН — режим стабилизации напряжения (рис. 10.16, а, б, в). В данном случае устройство РПН обычно используют для регулирования напряжения на шинах НН и при этом наблюдают, какие напряжения будут иметь место на шинах СН. Такой подход к использованию устройства РПН объясняется тем, что внутри сети СН на следующей трансформации по пути передачи мощности потребителям имеются другие трансформаторы с РПН.

Например, если на данной подстанции высшее номинальное напряжение равно 110 кВ, а среднее 35 кВ, то в отходящей сети будут установлены трансформаторы с РПН 35/10(6) кВ, с помощью которых можно обеспечивать желаемые режимы напряжений в распределительной сети напряжением 10—6 кВ. Если же такой организации регулирования напряжения недостаточно для удовлетворения требований потребителей в распределительной сети, то в центре питания или внутри сети низшего и среднего напряжений должны быть применены дополнительные средства регулирования напряжения. Такими средствами могут быть регулируемые компенсирующие устройства либо специальные вольтодобавочные трансформаторы или линейные регуляторы.

На рисунке 10.16, г показан вариант включения линейного регулятора ЛР в цепь обмотки НН трансформатора. В этом случае устройство РПН в обмотке высшего напряжения трансформатора может быть использовано для регулирования напряжения на шинах СН, а линейный регулятор — на шинах НН в соответствии с требуемыми режимами (см. рис. 10.16, б, в).

Раздельное регулирование напряжения на шинах НН и СН подстанции

Рис. 10.16. Раздельное регулирование напряжения на шинах НН и СН подстанции: а — схема подстанции; б, в — режимы напряжений; г — схема подстанции с линейным регулятором

Схема подстанции с линейным регулятором напряжения в цепи линии

Рис. 10.17. Схема подстанции с линейным регулятором напряжения в цепи линии

Линейный регулятор может быть включен не только в цепь трансформатора, но и в цепь одной линии или группы линий (рис. 10.17). Так, если для одного из потребителей, имеющегося по линии Л, нужен режим стабилизации напряжения, а для остальных потребителей режим встречного регулирования, то устройство РПН трансформатора может быть использовано для обеспечения на шинах НН встречного регулирования, а линейный регулятор для поддержания неизменного напряжения в начале линии Л.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >