§4 Регулирование напряжения на электростанциях и подстанциях (12в)

Основное назначение генераторов электростанций – выдача в электри­ческую сеть заданного значения активной мощности. Кроме этого, генера­торы являются источниками реактивной мощности в электроэнергетической системе. Изменение выдаваемой генератором реактивной мощности и изме­нение напряжения на его выходе осуществляется за счет регулирования тока возбуждения генератора. Не меняя активную мощность генератора, можно изме­нять напряжение только в пределах .

Увеличение регулировочного диапазона по напряжению потребует уве­личения тока возбуждения и, следовательно, увеличения выдаваемой генера­тором реактивной мощности. При номинальной загрузке генератора полной мощностью и увеличении выдаваемой генератором реактивной мощности его активную мощность необходимо снизить во избежание перегрузки генера­тора. Последнее условие противоречит основному назначению генераторов – выдавать заданную активную мощность.

Повышающие трансформаторы на электростанциях или вообще не имеют регулировочного диапазона по напряжению (при высшем номиналь­ном напряжении более 200кВ), или этот диапазон ограничен пределами .

Реальные потери напряжения в электрических сетях значительно больше диапазона регулирования напряжения генераторам и повышающими транс­форматорами электростанций. Потери напряжения в линиях электропередач зависят от их протяженности, нагрузки и номинального напряжения и могут достигать 10% в сети одного напряжения. Такой же порядок имеют потери напряжения при каждой трансформации.

От электростанции до потребителей электроэнергия проходит от трех до пяти ступеней трансформации напряжения. Нетрудно оценить суммарную потерю напряжения, которая может превысить 50%.

Следовательно, регулирование напряжения за счет генераторов и трансформаторов электростанций явно недостаточно для покрытия потерь напряжения в электрической сети. Поэтому генераторы и трансформаторы электростанций являются лишь вспомогательном средством регулирования напряжения в электрической сети.

Генераторы могут служить основным средством регулирования напря­жения лишь для потребителей, получающих питание непосредственно с шин генераторного напряжения. В этом случае на шинах изолированно работаю­щих электростанций промышленных предприятий осуществляется встречное регу­лирование напряжения. Изменением тока возбуждения ге­нераторов по­вышают напряжение в часы максимума на­грузок и снижают в часы мини­мума.

Для регулирования напряжения в электрической сети используются трансформаторы и автотрансформаторы понижающих подстанций, снабжен­ные устройствами регулирования напряжения под нагрузкой и другие раз­личные средства, которые рассматриваются ниже.

§5 Регулирование напряжения на понижающих подстанциях

Одним из основных средств регулирования напряжения в электриче­ских сетях является изменение коэффициентов трансформации трансформа­торов (автотрансформаторов) на понижающих подстанциях электрических сетей.

Трансформаторы (автотрансформаторы) имеют специальные ответвле­ния от обмоток, позволяющие изменять коэффи­циент трансформации и, следовательно, регули­ровать напряжение. Переключение ответвлений может осуществляться устройством переключе­ния без возбуждения (ПБВ) при отключении трансформатора от сети или устройством регули­рования под нагрузкой (РПН) без отключения трансформатора от сети.

Также, для регулирования напряжения используются специальные ли­нейные регулировочные трансформаторы, устанавливаемые или на подстан­циях, или непосредственно в уходящие от подстанции распределительные линии электропередачи.

_{Регулировочные ответвления двух и трехобмоточных трансформаторов выполняются в обмотке высшего напряжения. Ток в обмотке высшего на­пряжения меньше, чем в других обмотках, при этом облегчается работа уст­ройства РПН и уменьшаются его массогабаритные показатели.}

_{С целью, упрощения рассмотрения основных принципов регулирования коэффициентов трансформации, будем в дальнейшем рассматривать схемы трансформаторов и устройств регулирования, в однолинейном исполнении, т.е. для одной фазы симметричных трехфазных устройств.}

_Рис.8.1

_{На рис. 8.1 приведена принципиальная схема трансформатора с уст­ройством ПБВ. Первичная обмотка, (обмотка высшего напряжения), имеет нулевое ответвление и четыре регулировочных: 2,5% и 5%. Вторичная обмотка, (обмотка низшего напряжения), имеет неизменное количество витков. Нулевое ответвление ПБВ соответствует но­минальному коэффициенту трансформа­ции . Другие ответвления соответст­вуют изменению коэффициента трансфор­мации в диапазоне 5%, (от 0,95 до 1,05 ). Для переключения регулировочных ответвлений необходимо отключать трансформатор от сети. Эти переключения производятся редко, например при сезон­ном изменении нагрузки. Такие трансфор­маторы не могут использоваться для регу­лирования напряжения при нагрузки в те­чении суток.}

_{Принципиальная схема трансформатора с РПН приведена на рис. 8.2. Первичная обмотка имеет нерегулируемую (а) и регулируемую (b) части.}

_К

_Рис.8.2

оличество ответвлений на регулируемой части первичной обмотки таких трансформаторов больше, чем у трансформаторов с ПБВ. Например, для трансформатора с номинальным высшим напряжением 115кВ диапазон регу­лирования напряжения составляет _{9 1,78% . Эти трансформаторы имеют, кроме нулевого, еще 18 ответвлений. Из рис. 8.2 видно, что для от­ветвлений +1,+2,…. витки регулируемой обмотки включены согласно с не­регулируемой обмоткой. При работе на этих ответвлениях коэффициент транс­формации увеличивается. Для ответвлений -1, -2,… витки регулируемой об­мотки включены встречно с нерегулируемой обмоткой. При работе на этих ответвлениях коэффициент трансформации уменьшается.}

_{На регулируемой части обмотки имеется переключающее устройство, состоящее из подвижных контактов К3 и К4, контакторов К1 и К2 и токоо­граничивающего реактора LR, в среднюю точку которого включен вывод не­регулируемой обмотки. При работе трансформатора на любом ответвлении ток нагрузки первичной обмотки распределяется поровну между двумя час­тями реактора. Токи в разных частях реактора направлены встречно, по­этому результирующий магнитный поток реактора и его индуктивное сопро­тивление практически равны нулю.}

_{Пусть по условиям регулирования напряжения требуется переклю­читься с ответвления +2 на ответвление +1. Для этого отключается контактор К1, а подвижный контакт К3 переключается на ответвление +1. Контактор К1 включается. Секция обмотки между ответвлениями +1 и +2 оказывается замкнутой на реактор LR. Значительная индуктивность реактора ограничи­вает уравнительный ток, который возникает вследствие наличия напряжении на замкнутой секции. После этого отключают контактор К2, переводят под­вижный контакт К4 на положение +1 и включают контактор К2.}

_{Трансформаторы с устройствами РПН позволяют регулировать напряже­ние при изменении нагрузки в течение суток. Такие трансформаторы снабжаются автоматическими регуляторами напряжения (АРН), которые реа­гируют на изменение напряжения на вторичной обмотки трансформатора, выдавая команду на переключение ответвлений устройства РПН.}

_{Для повышения надежности работы устройства РПН следует исклю­чить его срабатывание при незначительных отклонениях напряжения, а также при значительных, но кратковременных отклонениях напряжения. Для этого АРН имеет зону нечувствительности, несколько большую половины одной ступени регулирования. В этом случае АРН выдает сигнал на пере­ключение ответвлений, если напряжение ближе к следующей ступени регу­лирования, чем к той, на которой в данный момент работает трансформатор.}

_{Для отстройки устройства РПН от срабатывания при кратковременных значительных отклонениях напряжения в АРН предусматривается выдержка по времени от 1 до 3 минут.}

_{Устройства РПН автотрансформаторов работают аналогично.}

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

_{- при реконструкции уже существующих сетей, в которых использу­ются трансформаторы без регулирования под нагрузкой. В этом случае для регулирования напряжения на шинах подстанции TL включается последова­тельно с нерегулируемым трансформатором , рис. 8.3а;}

- для регулирования напряжения на отходящих линиях. В этом случае TL включаются непосредственно в линии, рис. 8.3б.;

Рис. 8.3

- для регулирования напряжения на подстанциях с трансформаторами с устройствами РПН, от которых питаются потребители с разным характером нагрузки, рис. 8.3в. 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. 8.3г.

Л

Рис.8.4

инейный регулировочный трансформатор — статиче­ский электриче­ский аппарат, который состоит из последо­вательного 2 и питающего1 транс­форматоров (рис.8.4). Первичная обмотка питающего трансформатора 3 мо­жет получать питание от фазы или от фаз . Вторичная обмотка 4 питаю­щего трансформатора содержит такое же устройство переключения

контактов под нагрузкой 5, как и в устройстве РПН силового трансформа­тора. Один конец первичной обмотки 6 последователь­ного трансформатора 2 подключен к средней точке вторич­ной обмотки 4 питающего трансформа­тора, другой — к пе­реключающему устройству 5. Вторичная обмотка 7 по­следовательного трансформатора соединена последовательно с обмоткой высшего напряжения (ВН) силового трансформатора, и добавочная ЭДС обмотки 7 складывается с ЭДС обмотки ВН.

Если на первичную обмотку3 питающего трансформатора подается на­пряжение фазы , то ЭДС обмотки ВН силового трансформатора с помощью устройства РПН, описанного выше, регулиру­ется по модулю (рис.8.5а).

Рис.8.5

При этом - модуль ре­зультирующей ЭДС обмотки ВН силового трансформатора и обмотки 7 линейного регулировочного трансформатора (ЛР) равен: ,

где модуль ЭДС в фазе обмотки ВН силового трансформатора.

Если обмотка 3 подключается к двум фазам и , то результирующая ЭДС обмоток ВН и 7 изменяется по фазе (рис. 8.5б): .

Регулирование напряжения по модулю, когда и совпадают по фазе (рис. 8.5а), называется продольным. При таком регулировании коэффи­циент трансформации - действительная величина. Регулирование напряже­ния по фазе, когда и сдвинуты на 90° (рис. 8.5б), называется попереч­ным. Регулирование напряжения по модулю и фазе называется про­дольно-поперечным (рис. 8.5в). В этом случае обмотка 3 подключена к фазам и . При продольно-поперечном регулировании коэффициент трансформа­ции - комплексная величина.

Аналогичны схемы включения и принцип работы линейного регуля­тора включенного в низшую обмотку автотрансформатора или в отходящие из ЦП линии электропередачи.