Раздел 7. Регулирование напряжения и частоты. Управление системой электроснабжения

В разделе рассматриваются три темы:

- регулирование напряжения и реактивной мощности;

- регулирование частоты;

- организация управления системой электроснабжения.

Лабораторные работы и практические занятия в данном разделе не предусмотрены.

После проработки теоретического материала следует ответить на вопросы тренировочного теста № 7. Правильные ответы на вопросы тренировочных тестов приведены на с. 220. При появлении затруднений по тестовым заданиям следует обратиться к теоретическому материалу [1] или проконсультироваться у преподавателя.

При эффективной проработке материала данного раздела можно набрать 10 баллов из 100 возможных.

7.1. Регулирование напряжения и реактивной мощности

Напряжение и потоки реактивной мощности в системах электроснабжения можно регулировать с помощью:

- трансформаторов с регулируемым коэффициентом трансформации;

- автоматического регулирования возбуждения синхронных машин;

- конденсаторных установок регулируемой мощности и др.

7.1.1. Регулирование коэффициента трансформации понижающего трансформатора

Одним из основных средств регулирования напряжения в системах электроснабжения является изменение коэффициентов трансформации трансформаторов на подстанциях. Известно, что коэффициент трансформации определяется отношением числа витков первичной w₁ и вторичной w₂ обмоток трансформатора или отношением первичного U_вн и вторичного U_нн напряжений трансформатора при его холостом ходе:

k=w₁ /w₂=U_вн /U_нн.

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

Регулировочные ответвления выполняют в обмотке высшего напряжения со стороны нейтрали.

Трансформаторы с устройством РПН позволяют регулировать напряжение при изменении нагрузки в течение суток. Такие трансформаторы оборудуются автоматическими регуляторами напряжения (АРН), которые реагируют на изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора, давая команды на переключение ответвлений РПН согласно заданному закону регулирования напряжения.

Для повышения надежности работы РПН следует исключить его срабатывания 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, если напряжение ближе к следующей ступени регулирования, чем к той, на которой в данный момент работает трансформатор.

Для отстройки РПН от срабатывания при кратковременных отклонениях напряжения в АРН предусматривается выдержка времени 13 минуты.

7.1.2. Автоматическое регулирование возбуждения синхронных машин

Наиболее эффективным и часто применяемым способом регулирования напряжения и реактивной мощности является автоматическое регулирование возбуждения синхронных генераторов (САРВ).

Функциональная схема САРВ включает в себя (рис. 7.1):

- автоматический регулятор возбуждения AV;

- тиристорный преобразователь UA, получающий сигнал управления от АРВ;

- силовой элемент – возбудитель GE, от которого питается обмотка возбуждения главного генератора G (двигателя)).

Рис. 7.1. Функциональная схема системы автоматического регулирования

возбуждения генератора

Возбудитель может быть прямого действия, когда ток возбуждения обеспечивается тиристорным преобразователем, и косвенного действия, когда в контур регулирования включается электрическая машина GE – машина постоянного тока, обращенный синхронный генератор, расположенный на валу агрегата, или высокочастотный генератор с неуправляемым вращающимся диодным преобразователем.

В измерительном органе АРВ сигналы измерительных преобразователей преобразуются в сигналы постоянного тока или в цифровой код, и затем рассчитываются параметры регулирования.

Вычислительный орган на основании этой информации и значения заданной уставки, которая вводится с помощью задатчика, формирует сигнал управления.

Этот сигнал через усилительный и исполнительный органы управляет работой возбудителя GE, подающего ток возбуждения в обмотку ротора генератора G. Задатчиком можно управлять вручную или с помощью автоматической системы режимного управления (вторичный регулятор).

Отрицательная обратная связь, показанная на рис. 7.1, компенсирует инерционность тракта усиления сигнала по мощности и стабилизирует процесс регулирования.