Встречное регулирование напряжения в электрической сети
Напряжение сети постоянно меняется вместе с изменением нагрузки, режима работы источника питания, сопротивлений цепи. Отклонения напряжения не всегда находятся в интервалах допустимых значений. Причинами этого являются: а) потери напряжения, вызываемые токами нагрузки, протекающими по элементам сети; б) неправильный выбор сечений токоведущих элементов и мощности силовых трансформаторов; в) неправильно построенные схемы сетей.
Контроль за отклонениями напряжения проводится тремя способами: 1) по уровню – ведется путем сравнения реальных отклонений напряжения с допустимыми значениями; 2) по месту в электрической системе – ведется в определенных точках сети, например в начале или конце
линии, на районной подстанции; 3) по длительности существования отклонения напряжения.
Регулированием напряжения называют процесс изменения уровней напряжения в характерных точках электрической системы с помощью специальных технических средств. Исторически развитие методов и способов регулирования напряжения и реактивной мощности происходило
от низших иерарх и ческих уровней управления энергосистемами к высшим. В частности, вначале использовалось регулирование напряжения в центрах питания распределительных сетей — на районных подстанциях, где изменением коэффициента трансформации поддерживалось напря-
жение у потребителей при изменении режима их работы. Регулирование напряжения вначале применялось также непосредственно у потребителей и на энергообъектах (электростанциях, подстанциях).
Эти способы регулирования напряжения сохранились и до настоящего времени и применяются на низших иерархических уровнях автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ). С точки зрения высших уровней АСДУ это локальные способы регулирования. Автома-
тизированная система диспетчерского управления высших уровней осуществляет координацию работы локальных си c тем регулирования и оптимизацию режима энергосисте-
мы в целом (см. гл. 12,13).
Локальное регулирование напряжения 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. Г рупповое регулирование осуществляется для группы потребителей, а индивидуальное — в основном в специальных целях.
В зависимости от характера изменения нагрузки в каждом из указанных типов регулирования напряжения можно выделить несколько подтипов. Так, например, в централизованном регулировании напряжения можно выделить три подтипа: стабилизация напряжения; двухступенчатое регулирование напряжения; встречное регулирование напряжения.
Стабилизация применяется для потребителей с практически неизменной нагрузкой, например для трехсменных предприятий, где уровень напряжения необходимо поддерживать постоянным. Суточный график нагрузки таких потребителей приведен на
рис. 5.1, а . Для потребителей с яр-
а — неизменный; б — двухступе н чатый; а — многоступенчатый
ко выраженной двухступенчатостью графика нагрузки ( рис. 5.1, б ), например для односменных предприятий, применяют двухс ту пенча т ое регулирование напряжения.
При этом поддерживаются два уровня напряжения в течение суток в соответствии с графиком нагрузки. В случае переменной в течение суток нагрузки ( рис. 5.1, в ) осуществляется так называемое встречное регулирование. Для каждого значения нагрузки будут иметь свое значение и потери напряжения, следовательно, и само напряжение будет изменяться с изменением нагрузки. Чтобы отклонения напряжения не выходили за рамки допустимых значений, надо
регулировать напряжение, например в зависимости от то-
ка нагрузки.
Нагрузка меняется не только в течение суток, но и в течение всего года. Например, наибольшая в течение года нагрузка бывает в период осенне-зимнего максимума, наи меньшая — в летний период. Встречное регулирование состоит в изменении напряжения в зависимости не только от суточных, но также и от сезонных изменений нагрузки в течение года. Оно предполагает поддержание повышенного напряжения на шинах электрических станций и подстанций
в период наибольшей нагрузки и его снижение до номиналь ного в период наименьшей нагрузки (см. § 5.3).
встречное регулирование напряжения
Различают два способа регулирования напряжения: местное и централизованное.
Под местным регулированием понимают регулирование напряжения непосредственно на месте потребления, т. е. его стабилизацию на заданном уровне у каждого отдельного потребителя (например, стабилизаторы для телевизоров) или сразу для группы потребителей (например, для одного или нескольких домов). В последнем случае в какой-то точке сети устанавливают трансформатор с устройством для регулирования напряжения. Это устройство включают, когда у всех потребителей, питаемых от этого трансформатора, надо поддержать напряжение на определенном уровне (например, 220 В).
Регулирование напряжения может быть автоматическим, без отключения трансформатора от сети. При этом потребитель даже не чувствует, что в трансформаторе происходят какие-то изменения. Такое регулирование напряжения называют регулированием под нагрузкой (РПН). Однако РПН требует применения сложных и дорогих переключающих устройств. Поэтому для трансформаторов небольшой мощности часто применяют регулирование напряжения без возбуждения, т. е. после отключения всех их обмоток от сети. Этот способ регулирования сокращенно называют ПБВ (переключение без возбуждения). После переключения трансформатор вновь включается в работу. При этом способе потребителя на какое-то время вообще отключают от сети. Особенно неудобно это там, где нагрузка меняется часто. Зато устройства ПБВ просты по конструкции и относительно дешевы.
Под централизованным регулированием понимают регулирование напряжения непосредственно на шинах генераторов электростанций при помощи изменения их возбуждения. Централизованное регулирование осуществляют обычно как «встречное», т. е. таким образом, чтобы оно заранее «встречало» колебания напряжения, вызванные нагрузкой. Так, в период наибольших нагрузок у генераторов поднимают напряжение выше номинального, чтобы компенсировать повышенные потери напряжения в сети и поддержать его у потребителя близким к поминальному. И наоборот, когда нагрузка снижается, уменьшают возбуждение у генераторов и соответственно напряжение в сети.
[http://leg.co.ua/transformatori/teoriya/regulirovanie-napryazheniya-transformatora.html]
Тематики
- качество электрической энергии
- электроснабжение в целом
Лабораторная работа № 2. Встречное регулирование напряжения
Цель работы – исследование встречного регулирования напряжения.
Описание лабораторного стенда и входящих в его состав элементов
Источник G1 моделирует питающую электрическую систему, присоединенную, например, к шинам 6 – 10 кВ центра питания.
Трансформатор в группе А1 моделирует понизительный трансформатор подстанции 6 – 10/0,4 кВ.
Модели А3, А4 линий электропередачи имитируют линии электропередачи 6 – 10 и 0,4 кВ соответственно распределительной сети.
Нагрузки А5 и А6 моделируют активную и индуктивную нагрузки сети 0,4 кВ.
Коммутатор А8 позволяет без переборки схемы производить измерение потоков активной и реактивной мощностей измерителем Р1 и напряжений вольтметром блока Р3 в намеченных точках электрической сети.
Описание и технические характеристики функциональных блоков
Трехфазный источник питания
Трехфазная трансформаторная группа
242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 В/
Модель линии электропередачи
Коммутатор измерителя мощностей
15; 60; 150; 300; 600 В,0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А.
0…1000 В ;
Основные теоретические сведения
Регулирование напряжения в электрических сетях сложно осуществлять, изменяя:
а) напряжение генераторов электростанций;
б) коэффициент трансформации трансформаторов и автотрансформаторов;
в) параметры питающей сети;
г) величину реактивной мощности, протекающей по сети.
Для того чтобы отклонения и колебания напряжения у электрических приемников не превышали допустимых пределов, применяются различные средства и способы регулирования напряжения.
Под регулированием напряжения понимают комплекс мер по ограничению отклонений напряжения у электрических приемников промышленных предприятий в установленных пределах. Регулирование напряжения улучшает режим напряжений у потребителей и тем самым повышает качество поставляемой электроэнергии. Регулирование напряжения можно осуществлять как средствами регулирования, с учетом специфических особенностей технологического процесса производства.
Напряжение на шинах низшего напряжения трансформаторной подстанции, кВ,
где напряжение на шинах высшего напряжения подстанции; и активное и реактивное сопротивления питающей линии и трансформатора; и – активная и реактивная мощности, передаваемые по линии; коэффициент трансформации силового трансформатора.
На основании можно сделать заключение, что регулировать напряжение на стороне низшего напряжения подстанции предприятиями можно следующими способами: изменением напряжения на стороне высшего напряжения, т.е. на шинах ЦП; изменением коэффициента трансформации трансформатора, что достигается установкой на обмотке высшего напряжения трансформатора регулировочных ответвлений; изменением реактивной мощности , передаваемой по сети за счет компенсирующих устройств. В настоящее время применяются различные способы и средства регулирования напряжения на шинах ЦП (ГПП, УРП) и на шинах собственной промышленной ТЭЦ; использование регулирующего эффекта КУ (КБ, СД, статические ИРМ); изменение сопротивления элементов сети (продольно-емкостная компенсация); изменение коэффициента трансформации установленных на подстанциях трансформаторов и добавление линейно-регулировочных трансформаторов.
Регулирование напряжения на шинах ЦП осуществляется в тех случаях, когда нагрузки предприятия однородные (насосные, компрессорные, электролизные цехи и т.п.) и когда распределительные сети сравнительно невелики (1–1,5 км). В этом случае используется регулирующая способность генераторов собственной промышленной ТЭЦ за счет изменения тока возбуждения генераторов станции. Генераторы электростанций имеют автоматические устройства для регулирования напряжения (АРН) в пределах номинального. Существуют два принципиально различных метода регулирования напряжения на шинах ЦП: поддержание его на постоянном уровне – стабилизация напряжения и встречное регулирование, когда напряжение на шинах ЦП увеличивается на при максимальных нагрузках потребителей и поддерживается на уровне при минимальных нагрузках. Одновременно на шинах ЦП может быть использована регулирующая способность трансформаторов за счет перестановки ответвлений, которая рассматривается ниже.
Регулирующий эффект по напряжению, кВ, в определенной точке сети при включении секции КБ с мощностью , квар,
где междуфазное напряжение, кВ; реактивное сопротивление сети от данной точки подключения КБ до ИП, Ом.
Емкостная реактивная мощность КУ, квар, необходимая для повышения напряжения на заданную величину , кВ определяется из :
Мощность конденсаторов, квар, пропорциональна квадрату напряжения в точке подключения, поэтому
где фактическое напряжение сети, кВ; номинальное напряжение КБ, соответствующее номинальному напряжению сети , кВ.
Основным средством регулирования напряжения в сетях промышленных предприятий являются трансформаторы с регулированием под нагрузкой (устройство РПН) и с регулированием при отключении трансформаторов (устройство ПБВ – переключение без возбуждения), а также линейно – регулировочные трансформаторы.
Все трансформаторы общего назначения устроены таким образом, что можно с помощью регулировочных ответвлений обмотки высшего напряжения изменять в определенных пределах их коэффициент трансформации. В конструкциях трансформаторов с ПБВ имеется пять регулировочных ступеней по , средняя из которых называется основным выводом. Ступенью регулирования называется напряжение между соседними ответвлениями в процентах номинального напряжения. Переключение трансформатора с ПБВ можно производить, предварительно отключив его от сети. В это время питание потребителей прекращается, что нежелательно, поэтому такой способ регулирования осуществляется 1 – 2 раза в год перед началом зимнего или летнего сезона.
Для систематического регулирования напряжения применяют трансформаторы с РПН (регулирование под нагрузкой) со встроенным переключающим устройством, пригодным для регулирования без отключения потребителей электроэнергии. Диапазон регулирования трансформаторов с РПН от до ступенями по (некоторые серии с высшим напряжением 220 кВ имеют диапазон ) или по . Трансформаторы мощностью 6,3 – 80 с высшим напряжением 110 кВ имеют диапазон регулирования .
В периоды наибольших нагрузок у трансформаторов переключаются ответвления в сторону уменьшения коэффициента трансформации и повышения напряжения на выводах вторичной обмотки. И наоборот, в часы минимальных нагрузок, увеличивая коэффициент трансформации , напряжение на выводах вторичной обмотки трансформатора снижают. При выборе , т.е. нужных ответвлений, следует по возможности добиваться того, чтобы в период максимальных нагрузок вторичное напряжение на шинах ТП было не более , так как часть ЭП бывает присоединена непосредственно к шинам НН подстанции. В то же время существенное снижение напряжения (ниже ) нежелательно с точки зрения создания необходимого уровня напряжения у наиболее удаленного ЭП.
В устройствах РПН переключение ответвлений обмотки трансформатора осуществляется без разрыва цепи, как правило, автоматически, от реле напряжения и схем контактного управления, воздействующих на привод переключающего устройства электродвигателя. Переключатели РПН помещают в отдельные кожухи, наполненные маслом, у трансформаторов средних и крупных мощностей (выше 2,5 МВА) или в общий бак над магнитопроводом трансформатора – для малых мощностей.
Для расширения диапазона регулирования применяют ступени грубой и тонкой регулировки (рис….) Наибольший коэффициент трансформации получается, если переключатель П находится в положении II (рис….а), а избиратель И – на ответвлении 6. Наименьший коэффициент трансформации будет при положении переключателя П в положении I, а избирателя И – на ответвлении 1.
На рис….б показан схема расположения элементов переключающего устройства РНТ – 13, применяемого на трансформаторах средней мощности. Переход с одного ответвления регулировочной обмотки на другое осуществляется таким образом, чтобы не разрывать ток нагрузки и не замыкать накоротко витки этой обмотки. Достигается это требование в специальных переключающих устройствах с реакторами и резисторами. Схема с резисторами (рис…) обладает рядом преимуществ по сравнению со схемой с реакторами. На рис. изображены регулировочная часть обмотки и переключающее устройство.
Последовательность работы контакторов и избирателей показана в таблице к рис…. В исходном положении 0 трансформатор работает на ответвлении 5, ток нагрузки проходит через контакторы и . Допустим, что необходимо уменьшить число витков в регулировочной обмотке, т.е. перейти на ответвление 4. РПН в этом случае работает следующим образом: обесточивается избиратель И2 контакторами и , и переводится в положение 4, затем отключается и ток нагрузки кратковременно проходит по и , третьей операцией замыкается , при этом половина тока нагрузки проходит по и , и половина – по и . Кроме того, регулировочная обмотка 5 – 4 оказывается замкнутой через и , и по ним проходит ограниченный по значению циркулирующий ток.
Следующими операциями размыкается и замыкается , при этом ток нагрузки проходит по регулировочной обмотке на ответвление 4, избиратель И2, контакты К4 к выводу 0.
Рис. Устройство РПН трансформатора:
а – схема включения регулирующих ступеней; основная обмотка; и соответственно ступени грубой и плавной регулировки; П – переключатель; И – избиратель; б – переключающее устройство типа РНТ – 13; 1 – переключатели; 2 – горизонтальный вал; 3 – кожух контакторов; 4 – вертикальный вал; 5 – коробка привода; 6 – бак трансформатора
Токоограничивающие сопротивления и служат для ограничения тока КЗ при переходе с одного ответвления на другое. Подвижные контакты переключателя РПН устанавливаются в рабочем положении на одном ответвлении регулирования.
При переключениях с одного ответвления на другое соблюдается очередность движения контактов переключателя, при которой цепь предыдущего ответвления размыкается только после предварительного замыкания цепи последующего ответвления, благодаря чему не происходит разрыва цепи тока нагрузки.
Дальнейшим совершенствованием РПН является применение тиристорных переключателей, срабатывающих в моменты переходов тока нагрузки через нуль и последовательно включающих необходимую комбинацию вторичных обмоток.
Следует отметить, что стоимость трансформаторов с РПН значительно выше стоимости трансформаторов с ПБВ (1,5 – 2,5 раза), причем удорожание тем больше, чем меньше номинальная мощность трансформатора, поскольку стоимость РПН мало зависит от номинальной мощности трансформатора.
Для подробного рассмотрения встречного регулирования напряжения используем схему замещения, показанную на рис…. где трансформатор представлен как два элемента – сопротивление трансформатора и идеальный трансформатор. На рис….. приняты следующие обозначения: напряжение на шинах центра питания; напряжение на шинах первичного напряжения (ВН) районной подстанции; напряжение на шинах вторичного напряжения (НН) районной подстанции; напряжение у потребителей.
Напряжение на шинах ВН районной подстанции:
Напряжения на шинах ВН и НН отличаются на величину потерь напряжения в трансформаторе , и, кроме того, в идеальном трансформаторе напряжение понижается в соответствии с коэффициентом трансформации, что необходимо учитывать при выборе регулировочного ответвления.
Рис. Встречное регулирование напряжения:
схема замещения и эпюры напряжения
На рис… представлены графики изменения напряжения для двух режимов: наименьших и наибольших нагрузок. При этом по оси ординат отложены значения отклонений напряжения в процентах номинального. Процентные отклонения имеются в виду для всех и на поле этого рисунка.
Из рис…. (штриховые линии) видно, что если , то в режиме наименьших нагрузок напряжения у потребителей будут выше, а в режиме наибольших нагрузок – ниже допустимого значения (т.е. отклонения больше допустимых). При этом приемники электроэнергии, присоединенные к сети НН (например, в точках А и В), будут работать в недопустимых условиях. Меняя коэффициент трансформации районной подстанции , изменяем , т.е. регулируем напряжение (сплошная линия на рис….).
В режиме наименьших нагрузок уменьшают напряжение до величины, наиболее близкой к . В этом режиме выбирают такое наибольшее стандартное значение , чтобы выполнялось следующее условие:
В режиме наибольших нагрузок увеличивают напряжение до величины, наиболее близкой к . В этом режиме выбирают такое наибольшее стандартное значение , чтобы выполнялось следующее условие:
Таким образом, напряжение на зажимах потребителей, как удаленных от центра питания – в точке В, так и близлежащих – в точке А, вводится в допустимые пределы. При таком регулировании в режимах наибольших и наименьших нагрузок напряжение соответственно повышается и понижается. Поэтому такое регулирование называют встречным.
Регулируемые трансформаторы — Встречное регулирование напряжения трансформаторами
При эксплуатации электроустановок, как правило, требуется изменять уровни напряжения в соответствии с изменениями нагрузки. В соответствии с Правилами устройства электроустановок при нормальных режимах работы энергосистем на шинах вторичного напряжения подстанций напряжением 35 кВ и выше должно быть обеспечено встречное регулирование напряжения в пределах от 0 до +5% от номинального напряжения сети. Однако в процессе эксплуатации могут потребоваться более широкие пределы встречного регулирования, размеры которых устанавливаются в каждом случае отдельно. Одним из преимуществ регулируемых трансформаторов является возможность выполнения такого встречного регулирования напряжения под нагрузкой при наличии известного запаса в повышающих напряжение ступенях регулирования.
Наличие встречного регулирования существенно улучшает уровни напряжения в отходящих сетях, позволяет снизить расход металла в них и в ряде случаев отказаться от установки дополнительных регулирующих устройств. Поэтому встречное регулирование напряжения является весьма эффективным техническим мероприятием.
Повышение напряжения при встречном регулировании может быть выполнено произвольно или в соответствии с ранее установленным графиком нагрузки. На регулируемых трансформаторах, смонтированных на крупных подстанциях, встречное регулирование напряжения может выполнять дежурный оператор, повышая или снижая напряжение в определенные часы графика. Однако при таком регулировании, требующем обслуживающего персонала, могут остаться незамеченными отдельные непродолжительные по времени, но значительные по величине колебания нагрузки. Экономически целесообразно встречное регулирование напряжения осуществлять автоматически при помощи устройства, реагирующего на любые изменения нагрузки. Таким устройством могут быть оборудованы регулируемые и вольтодобавочные трансформаторы, работающие без обслуживающего персонала.
В схемах регулирования напряжения трансформаторов с использованием реле напряжения типа РРН можно дополнительно к постоянству напряжения получить также повышение напряжения. Для этого схема управления должна быть дополнена элементом, контролирующим нагрузку трансформатора так, чтобы при увеличении последней заставить работать реле с новой уставкой, обеспечивающей повышенные уровни напряжения. Схема для встречного регулирования по току нагрузки с помощью серийного реле тока типа ЭТ-522 показана на рис. 52,а. Нормальная уставка реле напряжения устанавливается перемещением движка регулировочного реостата включенного в цепь катушки реле PH. Когда нагрузка возрастет до величины, при которой надо осуществить встречное регулирование напряжения, реле тока сработает и, разомкнув свои нормально закрытые контакты ΡT, вводит дополнительное звено сопротивления R2. При этом общее падение напряжения в цепи катушки реле увеличится и реле сработает на повышение напряжения. В дальнейшем реле будет поддерживать напряжение на этом новом, повышенном уровне. Когда нагрузка снизилась и завышать напряжение не нужно, реле тока отпадает, закорачивает участок сопротивления R2 и переводит реле напряжения на прежний уровень регулировки.
Устройство, показанное на рис. 52, обеспечивает одноступенчатое встречное регулирование напряжения с ростом нагрузки. Ток трогания реле РТ определяется из выражения
где Квр — коэффициент, определяющий начало встречного регулирования по току (Квр=0,7—0,8); Kт — коэффициент трансформации трансформатора тока и Кв=0,85 — коэффициент возврата реле.
Рис. 52. Схема (а) и векторная диаграмма (б) включения реле напряжения для одноступенчатого встречного регулирования напряжения.
PH — реле регулирования напряжения; РТ — реле тока и его контакты в цепи реле напряжения; R1 и R2 — участки регулировочного сопротивления.
Для обеспечения относительно плавного перехода от нормальных уровней напряжения к более высоким можно применить многоступенчатое встречное регулирование. При этом число токовых реле принимается с таким расчетом, чтобы на каждую ступень ’встречного регулирования (или нагрузку, при которой следует перейти на новый уровень напряжения) настраивалось отдельное реле тока.
Рис. 53. График изменения напряжений, мощности и тока регулируемого трансформатора при одноступенчатом встречном регулировании напряжения по току нагрузки.
Метод ступенчатого встречного регулирования отличается простотой и малыми затратами, связанными с установкой дополнительных токовых реле, и поэтому может быть рекомендован для трансформаторов, оборудованных автоматическим управлением процессом переключения. На рис. 53 показаны графики изменения напряжения и нагрузки регулируемого трансформатора при встречном регулировании. Схема управления трансформатора дополнена одним реле тока, что дает возможность, кроме поддержания напряжения на одном неизменном уровне, получить также одноступенчатое встречное регулирование по току нагрузки. Рассмотренные схемы с применением простых реле тока работают надежно и могут найти применение на действующих установках. Недостатком метода встречного регулирования по общему току нагрузки трансформатора является непредвиденное понижение напряжения на шинах при внезапном отключении одной из отходящих линий и снижении общей нагрузки подстанции. В этом случае потребители, оставшиеся в работе, будут получать заниженное напряжение. Устранить указанный недостаток схемы можно, применив соответствующее шунтирование участков регулировочного сопротивления, используя для этой цели блок-контакты масляных выключателей отходящих линий.
б) Компенсаторы падения напряжения
Изменение напряжения на выводах трансформаторов в соответствии с колебаниями нагрузки в некоторой удаленной точке сети (обычно центре нагрузок) может быть выполнено с помощью довольно простого устройства, схема которого представлена на рис. 54. Действие прибора приводит к срабатыванию регулятора и компенсации падения напряжения в линии от места установки регулятора до расчетной точки. Поэтому приборы, схема которых аналогична представленной на рис. 54,а, получили название компенсаторов падения напряжения. Компенсатор состоит из последовательно соединенных активного rк и реактивного хк сопротивлений, включенных во вторичную цепь трансформатора тока и подключенных к измерительному трансформатору напряжения.
Зная коэффициенты трансформации трансформаторов тока пт и напряжения пн, можно так подобрать величины активного и реактивного сопротивлений компенсатора, чтобы в соответствующем масштабе заменить ими полное сопротивление линии от места установки регулятора до рассматриваемой точки:
», где rл и xл — активное и реактивное сопротивления участка линии от места установки регулятора напряжения до центра нагрузки.
Ток нагрузки, проходя по регулируемым сопротивлениям компенсатора, создает падение напряжения, которое и учитывается основным реле напряжения. В зависимости от способа включения элементов компенсатора
к контрольно-измерительному органу реле напряжения будет подведена сумма или разность измененного напряжения линии и падения напряжения на элементах компенсатора. В результате все устройство будет по-разному реагировать на увеличение нагрузки, снижая или, наоборот, повышая выходное напряжение регулятора.
Рис. 54. Схема включения элементов компенсатора линейного падения (а) и векторные диаграммы (б, в).
Для того чтобы правильно применять компенсатор в различных условиях, которые могут иметь место на практике, рассмотрим его работу при двух способах включения регулируемых элементов —согласном и встречном. Схема согласного включения показана на рис. 54,а. При этом оба элемента компенсатора соединяются последовательно так, что вторичный ток линии Iл проходит по ним в одном направлении и складывается с током компенсатора Iк.
Падения напряжения в элементах компенсатора уравновешиваются э. д. с. трансформатора напряжения Ет.
Из векторной диаграммы рис. 54,б следует, что при постоянном значении Еm и правильном подборе параметров компенсатора увеличение тока Iл приведет к снижению напряжения, подводимого к реле Uр. При этом реле срабатывает на повышение и поднимет уровень напряжения на вторичной стороне трансформатора. Таким образом, при согласном включении элементов компенсатора он работает с «возрастающей» характеристикой, обеспечивая повышение напряжения трансформатора с увеличением внешней нагрузки.
Рассматривая схему рис. 54,а с измененной полярностью реактивного элемента компенсатора (показано пунктиром), можно заметить, что знак падения напряжения на этом элементе изменился на обратный (схема реверсированного реактанса компенсации). При этом возрастание тока нагрузки вызовет соответственное увеличение напряжения UР, прикладываемого к реле, и оно сработает на снижение напряжения (векторная диаграмма рис. 54,в). Регулятор при этом будет работать по «спадающей» характеристике, воспринимая рост нагрузки как повышение напряжения. Это свойство реверсированного реактанса компенсатора, как будет показано ниже, широко используется при параллельной работе регулируемых трансформаторов для снижения выходного напряжения при возрастании уравнительного тока, возникающего между ними.
Как видно из рис. 54, компенсатор падения напряжения состоит из трансформатора тока и двух сопротивлений, настраиваемых в соответствии с требованиями регулирования напряжения. Изменяя соотношения между активным и реактивным сопротивлениями, можно добиться поддержания одинаковых уровней напряжения с учетом изменения состава нагрузки.
Необходимый выбор уставок компенсатора обычно производится с учетом реального максимума нагрузок сети. Учитывая, что при сезонных колебаниях нагрузки, а также за счет развития распределительных сетей ее максимум может изменяться, приходится периодически 1—2 раза в год корректировать уставку компенсатора падения напряжения в процессе эксплуатации.
в) Компенсация падения напряжения по сумме нагрузок
В часы наибольших нагрузок особенно целесообразно встречное регулирование напряжения с учетом изменения нагрузок отдельных отходящих линий или потребителей. Измерительный элемент регулятора напряжения при этом должен содержать схему компенсации напряжения, реагирующую на нагрузку тех отходящих линий, потребители которых предъявляют более жесткие требования к качеству напряжения.
Рис. 55. Принципиальная схема измерительного органа для регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой,
Заслуживает рассмотрения регулятор напряжения, измерительный элемент которого содержит устройство суммирования нагрузок отдельных линий и схему компенсации напряжения по этим нагрузкам. Схема измерительного элемента такого регулятора показана на рис. 55. Напряжение регулируемой цепи от трансформатора напряжения подается на изолирующий трансформатор 1, с которого оно через установочный реостат и устройство компенсации напряжения 3 подается на выпрямительный мост 4. Промежуточный трансформатор компенсирующего устройства имеет несколько первичных обмоток (по числу суммируемых нагрузок) и одну вторичную обмотку, включенную на переменное активное сопротивление. Напряжение сети через стабилизирующее устройство 2 в качестве эталонной величины подается на второй выпрямительный мост 5; выпрямленное напряжение после фильтров C1 и С2 сравнивается на сопротивлении 6. Если регулируемое напряжение равно эталонному, то ток через сопротивление 6 не протекает; в противном случае в контуре течет ток, направление которого зависит от знака разности напряжений. Схема компенсации падения напряжения воспринимает увеличение нагрузки регулятора как снижение напряжения и вызывает подъем напряжения на шинах (регулятор работает по возрастающей характеристике).
Появление разности напряжения на сопротивлении 6 и знак этого падения напряжения отмечаются элементом усиления, который состоит из двух частей: повышения напряжения (триоды и Т2) и понижения напряжения (Т3 и Т4).
Если на сопротивлении 6 разность напряжения отсутствует, триод Ί1 остается открытым через сопротивление R’2, а триод Т2 закрыт. При этом исполнительное реле напряжения находится в уравновешенном положении. При изменении напряжения на входе на базу Τ1 поступает плюс напряжения и этот триод начинает запираться; одновременно увеличивается ток через триод Т2, который отпирается. При полном отпирании триода Т2 притягивается реле Р’ и включается элемент выдержки времени, который состоит из конденсатора, неоновой лампы и сопротивления. Дальнейшее действие схемы происходит по известному принципу.
При понижении напряжения на входе регулятора аналогично срабатывают триоды Т3 и Т4.
Преимуществом этой схемы является стабильность зоны нечувствительности, что обеспечивает высокое качество регулирования напряжения. Постоянство поддержания регулируемого напряжения с изменением температуры окружающего воздуха задается специальным установочным устройством, однако при значительных колебаниях температуры может потребоваться также температурная компенсация.
Рассматриваемая схема регулятора может быть применена и для параллельной работы нескольких трансформаторов. При этом, как и в релейных схемах, импульс на переключение подается регулятором одновременно, а повторное срабатывание разрешается только при завершении всеми переключателями цикла переключения. Для этого предусматривается последовательное включение блок-контактов приводов всех трансформаторов с катушками реле Р’ и Р» во избежание подачи повторного импульса на переключение отдельного трансформатора.
Схема подобного регулятора напряжения может найти применение на трансформаторах, не оборудованных аппаратурой автоматического регулирования напряжения под нагрузкой.
г) Встречное регулирование напряжения по двум параметрам
При встречном регулировании напряжения на выводах трансформаторов нередко приходится считаться с требованием контроля верхних уровней напряжения в тех точках сети, где подключены потребители с графиками нагрузки, отличающимися от общих графиков нагрузки питающей подстанции. В этих случаях, а также при регулировании на трехобмоточных трансформаторах, когда встречное регулирование на стороне низшего напряжения может вызвать нежелательные повышения напряжения на стороне среднего напряжения, приходится прибегать к ограничению верхних уровней напряжения в процессе эксплуатации трансформаторов. Такое регулирование с контролем уровней напряжения в двух точках (или регулирование по двум параметрам) может выполняться с помощью автоматического устройства типа УАРТН, предназначенного для регулируемых под нагрузкой трансформаторов независимо от их мощности (разработано на кафедре релейной защиты и автоматики МЭИ). Устройство выполнено на бесконтактных элементах и имеет только два выходных электромеханических реле, включенных в цепи управления приводным электродвигателем (для работы механизма в сторону «выше» или «ниже»).
Рис. 56. Структурная схема бесконтактного устройства для автоматического регулирования напряжения трансформатора.
1 — элементы токовой компенсации; 2 — датчики отклонений; 3 — промежуточные усилители; 4 — элемент выдержки времени; 5 и 6 —выходные реле схемы управления, действующие на подъем и снижение напряжения трансформатора; TH — измерительный трансформатор напряжения; ТТ — то же тока; РПН — трансформатор с регулированием напряжения под нагрузкой.
Наличие двух измерительных органов, работающих по принципу токовой компенсации, позволяет, кроме основного регулирования напряжения, осуществлять также запрет на повышение напряжения в какой-либо контрольной точке сети. Схемой УАРТН (рис. 56) разрешается повышение напряжения трансформатора лишь в том случае, если оба измерительных органа подают сигнал «выше», воспринимаемый исполнительным механизмом переключателя. Снижение напряжения трансформатора может осуществляться по команде любого измерительного органа независимо друг от друга. Таким образом, логическая схема автоматического устройства содержит два элемента — И и ИЛИ, которые могут использоваться в зависимости от назначения регулятора.
В тех случаях, когда ограничивать уровни напряжения по верхнему пределу не требуется, оба измерительных органа включаются параллельно и настраиваются на одинаковые величины срабатывания.
Использование для встречного регулирования напряжения устройств, подобных УАРТН, позволяет учитывать требования отдельных потребителей и в ряде случаев позволит отказаться от установки для этих потребителей индивидуальных регулирующих устройств, что даст известные экономические преимущества.