Какие используют средства регулирования напряжения в системах электроснабжения

Качество электроэнергии и его обеспечение — Средства регулирования напряжения

1.6. СРЕДСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
Ранее были перечислены основные средства централизованного и местного регулирования напряжения в электрических сетях. Рассмотрим их особенности.

1.6.1. Регулирование напряжения генераторами станций

Все генераторы электростанций оборудованы устройствами автоматического регулирования возбуждения (АРВ). Генератор вырабатывает номинальную активную мощность при отклонениях напряжения от номинального не более ±5%. При больших отклонениях мощность генератора должна быть снижена, по этой причине пределы регулирования напряжения с помощью генераторов ограничены. В связи с изменяющейся нагрузкой системы все генераторы электростанций работают по заданным графикам генерации активной и реактивной мощности. Условия работы электростанций в системе различны. Это влияет и на возможности регулирования напряжения с помощью генераторов.
При работе электрической станции изолированно ее генераторы, подключенные к шинам ГРУ с присоединенной к ним распределительной сетью (рис. 8, а) относительно малой протяженности, осуществляют регулирование напряжения изменением возбуждения.

Рис 8
Этот способ регулирования напряжения на таких станциях является основным средством обеспечения заданного режима напряжения у нагрузок. Пределы регулирования напряжения изменением возбуждения допускаются не ниже 105% номинального в период наибольших нагрузок и не выше 100% номинального в период наименьших нагрузок. При наличии сети высокого напряжения трансформаторы связи генераторов с РУВН предпочтительнее иметь с РПН.
При работе в блоках с трансформаторами связи (рис. 8, б) генераторы непосредственно не связаны с распределительными сетями генераторного напряжения, а нагрузка собственных нужд обычно питается через трансформаторы с РПН. Эти условия позволяют использовать полностью предел изменения напряжения на блочных генераторах от —5% до + 10% относительно номинального. Трансформаторы связи в блочных схемах применяются без РПН.
На электростанциях, объединенных в энергетическую систему (рис. 8, в), изменения напряжений должны осуществляться согласованно по графику, т. к. изменение напряжения даже у одной из станций приведет к перераспределению выработки реактивной мощности всех станций системы. Это условие ограничивает возможности регулирования напряжения в отдельных районах системы, поэтому в мощных системах регулирование напряжения только генераторами станций не является достаточным и требует дополнительных средств.

1.6.2 Регулирование напряжения изменением коэффициента трансформации трансформаторов

Для регулирования напряжения с помощью трансформаторов необходимо иметь возможность изменять соотношение витков обмоток трансформаторов. Это достигается тем, что, помимо основных ответвлений обмоток, предусматривают дополнительные (регулировочные) ответвления. Регулировочные ответвления обычно выполняются на стороне высокого напряжения трансформаторов, так как это значительно облегчает переключающее устройство (меньшие токи).
Трансформаторы с переключенном ответвлений без возбуждения (ПБВ) не позволяют регулировать напряжение в течение суток, так как это связано с необходимостью отключения трансформатора для каждого переключения, что по эксплуатационным условиям недопустимо По этой причине ПБВ используется только для сезонного регулирования напряжения (2—3 раза в год). Современные трансформаторы с ПБВ позволяют регулировать напряжение в пределах ±5% с шагом 2,5% от номинального. Устройства ПБВ устанавливаются на трансформаторах мощностью не более 630 кВ-А, Схема одной фазы трансформатора с ПБВ приведена на рис. 9, а. Требуемый коэффициент трансформации трансформатора устанавливается с помощью переключателя П.

Рис 9
Трансформаторы с РПН позволяют регулировать напряжение под нагрузкой, т. е без отключения от сети, без перерыва электроснабжения потребителей. Устройства РПН устанавливаются на мощных трансформаторах с напряжением выше 20 кВ. Регулировочные ступени трансформаторов выполняются на обмотке высшего напряжения со стороны присоединения ее к нейтрали (рис. 9, б). На этом рисунке обозначено регулирующее устройство РУ, включающее в себя ступень грубой регулировки П и ответвления тонкой регулировки, выбираемые с помощью избирателя И. Пределы регулирования напряжения трансформаторов с РПН составляют от ±10% до ±16% ступенями 1,5. 2,5% от номинального. Приведенная схема одной фазы трансформатора с РПН иллюстрирует лишь принцип регулирования напряжения. Реальные устройства РПН имеют более сложную конструкцию, включающую ряд дополнительных элементов.
Автотрансформаторы осуществляют регулирование напряжения либо за счет ответвлений на обмотке высшего напряжения (со стороны присоединения ее к нейтрали, что облегчает изоляцию переключающего устройства), либо с помощью регулировочной обмотки на линейном конце среднего напряжения, как показано на рис. 9, в. В первом случае имеет место связанное регулирование, т. к. при переключении ответвлений одновременно меняется количество витков обмоток высшего и среднего напряжения. Во втором случае регулирование будет независимым, но переключающее устройство должно рассчитываться на номинальный ток, а изоляция на полное напряжение средней обмотки. При такой схеме автотрансформатора регулируется коэффициент трансформации между обмотками высшего и среднего напряжения, а соотношение витков обмоток ВН и НН остается неизменным. В основном автотрансформаторы выпускаются с устройствами РПН на стороне среднего напряжения. Такие автотрансформаторы применяются на большие мощности и высокие напряжения. Диапазон регулирования на стороне среднего напряжения составляет ±12% со ступенями 2% от номинального.
Линейные регуляторы (ЛР), или последовательные регулировочные трансформаторы служат для регулирования напряжения и перераспределения потоков мощности в линиях. Они устанавливаются либо последовательно с нерегулируемыми обмотками трансформаторов, либо непосредственно в линии. На рис. 9, г показана схема включения ЛР в цепь автотрансформатора. Регулятор содержит регулируемый автотрансформатор РАТ и последовательный трансформатор ПТ, с помощью которого вводится дополнительная ЭДС Едоб в нейтраль обмотки высшего напряжения, чем достигается изменение соотношения напряжений обмоток ВН и СН относительно обмотки НН. Диапазон регулирования ЛР достигает ±15% от номинального. ЛР значительно дороже устройств РПН поэтому их применение ограничено. Существенным достоинством линейных регуляторов является возможность не только продольного регулирования напряжения, но и поперечного (изменением фазы ЕДоб). Эго свойство ЛР особенно широко используется при регулировании потоков мощности в линиях электропередач. Мощность ЛР достигает 125 MB-А, а уровень напряжения 110 кВ.

1.6.3 Регулирование напряжения с помощью компенсирующих устройств

Потеря напряжения, характеризующая изменение напряжения у потребителей, при пренебрежении поперечной составляющей падения напряжения определяется зависимостью (19). Регулируя потери напряжения, можно поддерживать требуемый уровень напряжения на шинах потребителей Из формулы (19) следует, что одним из эффективных средств регулирования напряжения является изменение реактивной мощности, передаваемой сетью. Реактивная мощность вырабатывается не только генераторами электростанций, но и другими источниками: синхронными компенсаторами (СК), синхронными двигателями (СД), батареями конденсаторов (БК), статическими источниками реактивной мощности (ИРМ), тиристорными компенсирующими установками (ТКУ) и др. При наличии источников реактивной мощности, или, как их еще называют, компенсирующих устройств, потери напряжения можно записать в следующем виде:
(21)
где QKу—реактивная мощность, генерируемая или потребляемая компенсирующим устройством, квар, Мвар. Из формулы видно, что потери напряжения можно свести до величины, определяемой лишь потерями напряжения на активном сопротивлении сети, вырабатывая всю реактивную мощность на месте потребления (QKy = Q), либо, наоборот, увеличить их, переведя компенсирующее устройство в режим потребления реактивной мощности.
Синхронный компенсатор — это синхронный двигатель, работающий без нагрузки на валу. В отличие от генератора он не имеет первичного двигателя. СК не может вырабатывать активную мощность, а для покрытия своих механических и электрических потерь он потребляет энергию из сети. При перевозбуждении СК генерирует реактивную мощность в сеть, а при недовозбуждеиии становится потребителем реактивной мощности. Регулирование напряжения с помощью СК осуществляется плавно. Синхронные компенсаторы обычно устанавливают на мощных понижающих подстанциях и включают на шины 6 . . . 10 кВ (рис. 10, а) или подключают к обмотке НН автотрансформатора либо к компенсационной обмотке трансформатора с РПН.

Рис 10
Синхронный двигатель широко используется в качестве электропривода для рабочих механизмов. Потребляя активную мощность, он одновременно может генерировать реактивную мощность (при перевозбуждении) либо потреблять ее (при недовозбуждении). СД позволяет реализовать плавное, автоматическое регулирование напряжения в местной сети. Стоимость СД высокая, но ниже, чем стоимость асинхронного двигателя такой же мощности совместно с компенсирующим устройством, позволяющим получить эквивалентный эффект регулирования напряжения. Схема подключения СД такая же, как и СК.
Батареи конденсаторов применяют в тех случаях, когда не требуется ее работа в режиме потребления реактивной мощности. Управляемые батареи конденсаторов (УБК) представляют собой группу последовательно и параллельно соединенных конденсаторов для получения требуемой мощности
и для подключения на заданное напряжение (рис. 10, б). При параллельном подключении УБК к сети реактивная мощность, генерируемая батареей,
(22)
где С — емкость конденсаторной батареи. мФ; Uc — напряжение сети, к которой подключена УБК, кВ.
УБК более экономичны, чем СК. Их выполняют на большие мощности (до 100 и более Мвар). Батареи конденсаторов устанавливаются на крупных подстанциях и подключаются как на шины 6.. .35 кВ, так и на шины высокого напряжения 110 кВ. Наличие переключающего устройства батарей конденсаторов дает возможность ступенчатого регулирования напряжения на шинах потребителей, так как позволяет отключать часть параллельно включенных конденсаторов или всю батарею при снижении нагрузки и включать полностью все конденсаторы при ее максимуме.
Статические источники реактивной мощности (ИРМ, СКУ, СТК и др.) в последние годы получают все большее применение в силу таких их качеств, как отсутствие вращающихся частей, высокое быстродействие, плавность регулирования напряжения и генерируемой реактивной мощности, незначительное влияние на токи к. з. и т. п. Однако их стоимость пока значительно выше, чем стоимость других компенсирующих устройств такой же мощности. Статические компенсирующие установки по принципу работы делят на две группы. К первой группе относят установки, в которых реактивная мощность генерируется статическими конденсаторами и регулируется с помощью быстродействующих тиристорных средств, а ко второй — установки, в которых для генерирования реактивной мощности используется свойство индуктивности аккумулировать энергию в магнитном поле. На рис. 10, в приведена упрощенная схема тиристорного компенсатора типа ТК, предназначенного для компенсации реактивной мощности с автоматическим поддержанием напряжения или коэффициента мощности. Силовая часть компенсатора содержит два трехфазных управляемых моста, включенных параллельно и замкнутых на обмотки дросселя L. Мосты собраны по схеме независимого инвертора с отсекающими диодами и искусственной емкостной коммутацией. Управление тиристорными мостами осуществляется системой управления
СУ. Современные статические тиристорные компенсаторы, например, серии СТК. выпускаются на мощность до 450 Мвар с номинальным напряжением до 110 кВ. Эти компенсаторы нашли применение в мощных протяженных линиях электропередач, в сетях электроснабжения крупных сталеплавильных печей и для других целей.
Линии электропередачи рассматривают как распределенную емкость, зависящую от ее протяженности, диаметра фазных проводов, их взаимного расположения, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды Генерируемая ЛЭП реактивная (зарядная) мощность.
123)
где b0 = wС0 — погонная реактивная проводимость ЛЭП, См/км; Со — погонная емкость ЛЭП, Ф/км; /—протяженность ЛЭП, км.
Протяженные ЛЭП являются мощными нерегулируемыми источниками реактивной мощности в системе. Эта мощность в основном изменяется за счет ее компенсации с помощью шунтирующих реакторов (поперечная индуктивная компенсация).

1.6.4. Регулирование напряжения изменением параметров сети

Из зависимостей (19) и (20) видно, что в незначительных пределах напряжение можно регулировать изменением активного и реактивного сопротивлений питающей сети. При нескольких параллельно работающих линиях или трансформаторах (рис. 11, а, б) в часы минимальной нагрузки, когда снижаются потери напряжения, можно отключить одну из линий или трансформатор, что приведет к увеличению потерь напряжения в питающей сети и, следовательно, к понижению напряжения у потребителя.

Такое регулирование, несмотря на ступенчатость, повышает экономичность передачи, однако его можно использовать только в том случае, если не снижается надежность электроснабжения.

Риc. 12
Продольная емкостная компенсация индуктивного сопротивления передачи возможна при последовательном включении в линию обратного по знаку емкостного сопротивления (рис. 12, а), при этом результирующее реактивное сопротивление передачи определится как
Xi = XL — Хс (24)
С учетом формулы (24) при известных параметрах нагрузки напряжение на шинах потребителя до и после компенсации определится зависимостями (для фазных токов и напряжений):
(25)
(26)
Как видно из векторной диаграммы (рис. 12, б), при неизменном напряжении на питающем конце линии в случае включения продольной емкостной компенсации напряжение у потребителя будет выше, чем без нее. Это определяется тем, что потери напряжения на реактивном сопротивлении линии в случае компенсации снижаются, т. е.

Включение компенсации (см. рис. 12, а) осуществляется расшунтированием батареи конденсаторов коммутирующим аппаратом. Степень компенсации на отечественных ЛЭП не превышает 50% (например, ЛЭП Братск — Иркутск имеет степень компенсации 30%).
К недостаткам этого способа регулирования напряжения относятся следующие: увеличение токов к. а. в сети, возможность появления перенапряжений на конденсаторных батареях, появление при толчках нагрузки субгармонических колебаний вплоть до субгармонического резонанса.

Устройства для регулирования напряжения в сетях промышленных предприятий

Для выбора средств регулирования напряжения и их размещения в системе электроснабжения необходимо выявить уровни напряжения в различных ее точках с учетом мощностей, передаваемых по ее отдельным участкам, технических параметров этих участков, сечения линий, мощностей трансформаторов, типов реакторов и т. д. При определении средств регулирования исходят не только из технических, но и из экономических критериев.

Основными техническими средствами регулирования напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий являются:

• силовые трансформаторы с устройствами регулирования под нагрузкой (РПН),
• вольтодобавочные трансформаторы с регулированием под нагрузкой,
• конденсаторные батареи продольного и поперечного включения, синхронные двигатели с автоматическим регулированием тока вбзбуждения,
• статические источники реактивной мощности,
• генераторы местных электростанций, имеющихся на большинстве крупных промышленных предприятий.

На рис. 1 показана схема централизованного регулирования напряжения в распределительной сети промышленного предприятия, оно осуществляется трансформатором с устройством для автоматического регулирования напряжения под нагрузкой . Трансформатор установлен на главной понизительной подстанции (ГПП) предприятия. Трансформаторы, имеющие устройства РПН, комплектуются блоками для автоматического регулирования напряжения под нагрузкой (АРН).

Рис. 1. Схема централизованного регулирования напряжения в распределительной сети промышленного предприятия

Централизованное регулирование напряжения в ряде случаев оказывается недостаточным. Поэтому для электроприемников, чувствительных к отклонениям напряжения, в распределительной сети устанавливают вольтодобавочные трансформаторы или индивидуальные стабилизаторы напряжения .

Цеховые трансформаторы распределительных сетей, трансформаторы Т1 — ТЗ (см. рис. 1), как правило, не имеют устройств для регулирования напряжения под нагрузкой и оснащаются устройствами регулирования без возбуждения типа ПБВ, позволяющими переключать ответвления силового трансформатора при отключении его от сети. Указанные устройства используются обычно для сезонного регулирования напряжения.

Важным элементом, улучшающим режим напряжения в сети промышленного предприятия, являются устройства компенсации реактивной мощности — конденсаторные батареи поперечного и продольного включения. Установка последовательно включенных конденсаторов (УПК) дает возможность снизить индуктивное сопротивление и потерю напряжения в линии. Для УПК отношение емкостного сопротивления конденсаторов хк к индуктивному сопротивлению линии хл называется процентом компенсации : С= (хк/хл) х 100 [%].

Устройства УПК осуществляют параметрическое, зависимое от величины и фазы тока нагрузки, регулирование напряжения в сети. На практике прибегают лишь к частичной компенсации реактивного сопротивления (С

Полная компенсация при резком изменении нагрузки и в аварийных режимах может вызвать перенапряжения. В связи с этим при значительных величинах С устройства УПК должны быть оснащены коммутаторами, шунтирующими часть батарей.

Для систем электроснабжения разрабатываются УПК с шунтировкой части секций батареи тиристорными ключами, что расширит область применения УПК в системах электроснабжения промышленных предприятий.

Конденсаторы, подключаемые параллельно сети, генерируют х реактивную мощность и одновременно напряжение, так как уменьшают потери в сети. Реактивная мощность, генерируемая подобными батареями — устройствами поперечной компенсации, Qк = U 2 2 π fC. Таким образом, реактивная мощность, отдаваемая батареей поперечно включенных конденсаторов, в значительной мере зависит от величины напряжения на ее зажимах.

При выборе мощности конденсаторов исходят из необходимости обеспечения соответствующего нормам отклонения напряжения при расчетной величине активной нагрузки, что определяется разностью потерь линии до и после включения конденсаторов:

где P1, Q2, Р2, Q2 — передаваемые по линии активные и реактивные мощности до и после установки конденсаторов, r с, хс — сопротивления сети.

Учитывая неизменность передаваемой по линии активной мощности (Р 1 = Р2), имеем:

Регулирующий эффект от подключения параллельно сети конденсаторной батареи пропорционален хс, т. е. повышение напряжения у потребителя в конце линии больше, чем в ее начале.

Основным средством регулирования напряжения в распределительных сетях промышленных предприятий являются трансформаторы с регулированием под нагрузкой . Регулировочные ответвления таких трансформаторов располагаются на обмотке высшего напряжения. Переключатель размещают обычно в общем баке с магнитопроводом и приводят в действие электродвигателем. Приводной механизм оснащен конечными выключателями, размыкающими электрическую цепь питания двигателя при достижении переключателем крайнего положения.

На рис. 2, а представлена схема многоступенчатого переключателя типа РНТ-9, имеющего восемь позиций и глубину регулирования ±10 %. Переход между ступенями осуществляется посредством шунтирования смежных ступеней на реактор.

Рис. 2. Переключающие устройства силовых трансформаторов: а — переключатель типа РНТ, Р — реактор, РО — регулировочная часть обмотки, ПК — подвижные контакты переключателя, б — переключатель типа РНТА, ТС — токоограничивающее сопротивление, ПГР переключатель грубой регулировки, ПТР — переключатель тонкой регулировки

Отечественная промышленность выпускает также переключатели серии РНТА с активным токоограничивающим сопротивлением, имеющие более мелкие ступени регулирования — по 1,5 %. Показанный на рис. 2, б переключатель РНТА имеет семь ступеней тонкой регулировки (ПТР) и ступень грубой регулировки (ПГР).

В настоящее время электротехнической промышленностью также выпускаются статические переключатели отпаек силовых трансформаторов , позволяющие производить быстродействующее регулирование напряжения в сетях промышленных предприятий.

На рис. 3 представлена одна из осваиваемых электротехнической промышленностью систем переключения отпаек силового трансформатора — переключатель «через резистор».

На рисунке показана регулировочная зона трансформатора, имеющая восемь отпаек, соединенных с выходным его зажимом посредством биполярных групп VS1—VS8. Кроме этих групп, имеется биполярная тиристорная переключающая группа, соединенная последовательно с токоограничивающим резистором R.

Рис. 3. Статический переключатель отпаек с токоограничивающим резистором

Принцип работы переключателя состоит в следующем: при переходе с отпайки на отпайку во избежание короткого замыкания секции или разрыва цепи полностью гасится выходящая из работы биполярная группа путем перевода тока на отпайку с резистором, а затем ток переводится на необходимую отпайку. Например, при переходе с отпайки VS3 на VS4 происходит следующий цикл: включается VS.

Ток КЗ секции ограничивается токоограничивающим резистором R, гасятся тиристоры VS3, включается VS4, отключаются тиристоры VS. Аналогично выполняются другие коммутации. Биполярные тиристорные группы VS10 и VS11 производят реверсирование регулировочной зоны. Переключатель имеет усиленный блок тиристоров VS9, осуществляющий нулевую позицию регулятора.

Особенностью работы переключателя является наличие блока автоматического управления (БАУ), выдающего команды управления на VS9 в интервале включения трансформатора на холостой ход. БАУ работает в течение некоторого времени, необходимого для того, чтобы источники, питающие тиристорные группы VS1—VS11 и VS, вышли на режим, поскольку источником питания системы управления переключателя служит сам трансформатор.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

4.5 Методы, способы и средства регулирования напряжения в электрических сетях промышленных предприятий

В связи с тем, что электрические нагрузки как отдельных ЭП, так и потребителей электроэнергии непрерывно меняются, даже при поддержании постоянного напряжения у источника питания (ИП) напряжение в различных узлах электрической сети и на зажимах ЭП будет непрерывно изменяться. В целях задержания ПКЭ на ГБП электрических сетей и на зажимах ЭП в установленных нормами пределах необходимо осуществлять регулирование напряжения в электрической сети предприятия.

Существуют два метода обеспечения ПКЭ:

1) правильный выбор параметров отдельных элементов и схемы СЭС при ее проектировании;

2) применение специальных технических средств.

К основным мероприятиям первого метода по поддержанию отклонений напряжения в установленном нормами диапазоне могут быть отнесены:

1) разукрупнение ПГВ (ГПП) и приближение их к центру электрических нагрузок (ЦЭН). Это приводит к снижению протяженности электрических сетей среднего напряжения 6 — 20 кВ, уменьшает неоднородность нагрузки, подключенной к одному трансформатору ПГВ (ГПП). Такое мероприятие особенно эффектно при применении токопроводов 6 — 10 кВ;

2) параллельная работа трансформаторов на ГПП и ПГВ. Она применяется редко, обычно обоснование ее необходимости производится на основании потребности поддержания таких ПКЭ, как коэффициенты обратной последовательности и несинусоидальности напряжения. Применение этого мероприятия ограничивается также недопустимыми уровнями токов КЗ;

3) устройство кабельных перемычек напряжением 0,4 — 0,66 кВ между шинами низкого напряжения комплектной трансформаторной подстанции (КТП). Это позволяет отключать в периоды минимальных нагрузок часть трансформаторов цеховых подстанций.

Второй метод по поддержанию отклонения напряжения в установленном нормами диапазоне предполагает применение специальных технических средств. Наиболее широкое распространение получили следующие средства регулирования напряжения в электрических сетях промышленных предприятий: генераторы с автоматическими регуляторами возбуждения (АРВ), трансформаторы с РПН, вольтодобавочные трансформаторы и автотрансформаторы с ПБВ, СД и ССК, БСК поперечного и продольного включения.

Напряжение на шинах низкого напряжения понижающих трансформаторов (рисунке 4.1) в общем случае можно определить из выражения

где U_сн — напряжение сети 6 — 20 кВ; U_доб — добавка напряжения в ППЭ (за счет АРВ генератора, если для питания применяется генераторное напряжение, или за счет работы РПН понижающего трансформатора);

Рисунок 4.1 – Возможные способы регулирования напряжения в промышленных электрических сетях

Р_р, Q_р — расчетные значения активной и реактивной мощности на участке сети; Q_k — РМ, вырабатываемая источников РМ в узле нагрузки; Х_к — сопротивление БСК продольного включения.

Способы регулирования напряжения:

1) изменение напряжения в центре питания (ЦП);

2) изменение потоков РМ по электрической сети;

3) изменение сопротивления элементов сети;

4) изменение коэффициентов трансформации трансформаторов с РПН и ПБВ, автотрансформаторов и линейных разрядников (ЛР).

Указанные способы хорошо иллюстрируются рисунке 4.1 и вышеприведенной формулой.

Для промышленных электрических сетей в настоящее время изготавливаются ЛР на напряжение 6 — 10 кВ типа ЛГМ с пределами регулирования ±8·1,2 % мощностью 1600 — 6800 кВ·А и на напряжение 6,6 — 38,5 кВ типа ЛТМН с пределами регулирования ±10*1,5 % мощностью 100 МВ·А (рисунке 4.2).

Рисунок 4.2 – Схема включения ЛР в электрическую сеть: ВДТ — вольтодобавочный трансформатор; AT — регули­руемый под нагрузкой автотрансформатор; П — переклю­чатель режима работы автотрансформатора; U₁ — напряже­ние электрической сети до точки подключения ЛР.

Изменение сопротивления сети с целью регулирования напряжения достигается включением последовательно в сеть БСК, а также изменением схемы сети (в эксплуатации). Регулируемые реакторы применяются только в сетях сверхвысоких напряжений 500 кВ и выше. На рисунке 4.3 представлена, схема последовательного включения БСК в сеть и векторная диаграмма тока и напряжений до и после подключения БСК.

Рисунок 4.3 – Схема последовательного включения БСК в элек­трическую сеть: R и X_L — соответственно активное и индуктивное сопротивления линии; Х_с — реактивное сопро­тивление БСК продольного включения; Р — разрядник

Если принять, что напряжение в начале линии до и после подключения осталось одинаковым (U₁ = U₁ ‘ ) и ток нагрузки не изменился, то диаграммы видно, что напряжение в конце стало выше, то есть U₂ ‘ > U₂.

Основные достоинства БСК при продольном (последовательном) включении в сеть:

— производится регулирование не только отклонений напряжения (ΔU), но и размахов колебаний напряжений (δU);

— при одинаковом регулирующем эффекте мощность БСК для установки продольной компенсации (УПК) необходима в 4 — 6 раз меньше, чем при включении БСК параллельно с индуктивной нагрузкой;

— БСК в УПК рассчитываются на напряжение, равное U_b = I_pX_k, а не на полное напряжение сети.

—могут возникать субгармоники при пуске АД на промежуточных частотах вращения и ферромагнитные резонансные явления при включении трансформаторов на холостой ход (субгармоники напряжения могут вызывать качания машин, мигание ламп ОУ, ненормальное гудение трансформаторов);

— при протекании токов КЗ в УПК могут возникать недопустимые высокие напряжения (для уменьшения токов КЗ в сети и предотвращения перенапряжения в УПК параллельно БСК подключают быстродействующий разрядник, шунтирующий УПК при возникновении КЗ в электрической сети).

Качество электроэнергии и его обеспечение — Регулирование напряжения

Передача электроэнергии от станций до потребителей сопровождается многократной трансформацией (2—5 и более раз) и поступает по сетям двух-четырех и более уровней напряжения (рис. А, а). Каждая трансформация сопровождается потерей напряжения от 2 до 7% в зависимости от напряжения к. з. трансформатора, величины и коэффициента мощности нагрузки. В сети каждого напряжения при максимальной нагрузке потеря напряжения достигает 5. 10%.

Суммарная потеря напряжения от шин электростанции до потребителей без компенсации потерь может составлять от 20 до 45% (рис. 4, б) в зависимости от протяженности системы, количества сетей разных напряжений, количества трансформаций энергии и величины нагрузки.
Для компенсации потери напряжения в элементах сети при передаче энергии предусматривают ряд мер: повышение номинального напряжения генераторов (1,05Uн потребителей), изменение коэффициента трансформации трансформаторов, создающего необходимую добавку напряжения и др. Они позволяют улучшить качество напряжения, уменьшить его отклонения от номинального значения (рис. 4. в).
Величина передаваемой по сети мощности нагрузки в течение суток, сезонов, года изменяется в широких пределах (может снижаться до 10. 50% от максимальной). Это является основной причиной постоянно меняющихся отклонений напряжения на шинах потребителей даже при наличии компенсации потерь. Отклонения напряжения могут быть вызваны также изменениями условий работы ‘электростанций, изменением схемы сетей и другими причинами.
Для обеспечения требуемого качества напряжения в электрической системе осуществляют его регулирование, представляющее собой комплекс средств, ограничивающих отклонения напряжения у потребителей в нормированных пределах. Такими средствами являются регулирование напряжения генераторов путем изменения возбуждения, применение трансформаторов с устройствами регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) или линейных регуляторов (ЛР), установка на понижающих подстанциях синхронных компенсаторов (СК), батарей конденсаторов (БК), тиристорных компенсирующих установок (ТКУ), применение автоматического регулирования возбуждения мощных синхронных двигателей, применение продольной и регулируемой поперечной емкостной компенсации.
Уровни напряжений в узловых точках и отдельных районах электрической сети определяются режимом реактивной и активной мощностей в системе, а также реактивными и активными сопротивлениями сети:
(19)
(20)
где—соответственно продольная и поперечная составляющие падения напряжения в сети, кВ.
Реактивные сопротивления сетей значительно больше активных. Это приводит к тому, что отклонения напряжения в большей мере определяются режимом реактивной мощности. На рис. 5 приведены статические характеристики системы по напряжению (кривые 1, 2), показывающие связь изменений напряжения с генерацией и потреблением реактивной мощности.

Рис. 6
По кривой 1 видно, что при увеличении потребляемой реактивной мощности происходит снижение напряжения, Новый режим по напряжению устанавливается в точке Аи при этом напряжение снижается до уровня Uu и, чтобы восстановить его, необходимо увеличить генерацию реактивной мощности до величины Q2, т. е. перейти на новую статическую характеристику 2. На электростанциях это осуществляется изменением тока возбуждения генераторов, влияющего на ЭДС и, следовательно, на генерируемую реактивную мощность.

1.2 ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ И МЕСТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ

Центрами питания распределительных сетей являются либо шины генераторного напряжения электрических станций, либо шины низшего напряжения понизительных подстанций. Напряжение центров питания должно регулироваться автоматически в диктуемых потребителями энергии пределах в соответствии с графиком нагрузки.
Потребители, имеющие однотипные графики изменения нагрузок во времени, называются однородными, и для них можно применить централизованное регулирование напряжения, которое производится одновременно для всех потребителей, подключенных к данному центру питания. В случае присоединения к центру питания разнородных потребителей, имеющих разнотипные графики изменения нагрузок во времени, применяют групповое централизованное регулирование, при этом потребители объединяются в группы с однородными графиками и эти группы подключаются к различным секциям шин центра питания, имеющим отдельные регулирующие устройства.
Местное регулирование напряжения применяется для потребителей с графиками изменения нагрузки во времени, не совпадающими с графиками однородных потребителей. Оно осуществляется местными средствами (управляемыми батареями конденсаторов, крупными синхронными двигателями и др.).
На электростанциях с шинами генераторного напряжения (рис. 6,а), например, теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), при наличии потребителей, подключенных к распредустройству генераторного напряжения (ГРУ), регулирование напряжения на шинах ГРУ осуществляется генераторами, а связь с распредустройством высшего напряжения (РУВН) осуществляется через трансформатор с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН). Схема (рис. 6,6) характерна для центров питания с регулируемым источником реактивной мощности (синхронным компенсатором, тиристорными компенсирующими установками, мощными синхронными двигателями). Схемы рис. 6,в, г) широко применяются на однотрансформаторных подстанциях, имеющих либо трансформатор с РПН, либо трансформатор с переключением без возбуждения (ПБВ) и линейный регулятор напряжения. Схемы (рис. 6, е, ж, з, и) часто используются при групповом централизованном регулировании.

Рис. 6
когда группы потребителей П1 и П2 требуют различного закона регулирования напряжения. Пример схемы местного регулирования напряжения для потребителя /72 показан на рис. 6, д, график изменения нагрузки которого резко отличается от графика группы однородных потребителей П1.
Иногда потребители с неоднородной нагрузкой П1, П2, ПЗ. (рис. 7, а) рассредоточены вдоль линий распределительной сети. Такие линии нельзя в центре питания разделить на группы. В подобных случаях на шинах центра питания применяют централизованное регулирование напряжения для однородных потребителей, составляющих наибольшую часть общей нагрузки линий, присоединенных к центру питания. Для остальных потребителей, если это экономически оправдано, используют средства местного регулирования напряжения.
Режим напряжения на шинах центра питания (ЦП) зависит от величины нагрузок (максимальная, минимальная и др.), создаваемых потребителями, т. к. отклонение напряжения определяется потерями напряжения в сети от ЦП до рассматриваемого потребителя.

Рис 7

При поддержании на шинах ЦП номинального напряжения отклонение напряжения на шинах, например, потребителя П3 (рис. 7, б) в зависимости от нагрузки будет колебаться в пределах от Umin до Umax и может превысить допустимые пределы. С целью уменьшения максимального отклонения напряжения у потребителей в центрах питания применяют так называемое встречное регулирование напряжения, при котором оно повышается с увеличением нагрузки и снижается при ее уменьшении. Например, на шинах ЦП поддерживают при максимальных нагрузках повышенное напряжение (обычно 1,05UH), а при минимальных нагрузках — пониженное (обычно l,0Uн). При встречном регулировании максимальное отклонение напряжения на шинах потребителей значительно снижается (рис. 7, в) и потребители получают электрическую энергию более высокого качества.
При проектировании схем регулирования напряжения в электрических сетях следует помнить, что регулирование напряжения у силовых и осветительных приемников энергии должно быть раздельным.