- РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
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.
