16.2. Методы регулирования напряжения
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 [1]:
- потери напряжения, вызываемые токами нагрузки, протекающими по элементам сети;
- неправильный выбор сечений токоведущих элементов и мощности силовых трансформаторов;
- неправильно построенные схемы сетей.
Контроль за отклонениями напряжения проводится тремя способами:
-по уровню - ведется путем сравнения реальных отклонений напряжения с допустимыми значениями;
- по месту в электрической системе - ведется в определенных точках сети, например в начале или конце линии, на районной подстанции;
- по длительности существования отклонения напряжения[2].
Локальное регулирование напряжения может быть централизованным, то есть проводиться в центре питания (ЦП), и местным, то есть проводиться непосредственно у потребителей.
Местное регулирование напряжения можно подразделить на групповое и индивидуальное. Групповое 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.
С
табилизация
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.16.2,а.
Для потребителей с ярко выраженной
двухступенчатостью графика нагрузки
(рис.16.2,б) например для односменных
предприятий, применяют двухступенчатое
регулирование
напряжения. При этом поддерживаются
два уровня напряжения в течение суток
в соответствии с графиком нагрузки. В
случае переменной в течение суток
нагрузки (рис.16.2,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 тока 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, наименьшая - 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 номинального в период наименьшей нагрузки.
16.3. Способы изменения и регулирования напряжения в сети
Рассмотрим на примере распределительной сети, присоединенной к шинам ЦП, какие способы изменения и регулирования напряжения могут быть применены для обеспечения технически допустимых отклонений напряжения у электроприемников. Величина этих отклонений зависит от многих факторов: режима напряжений в ЦП, потерь напряжения в элементах сети, по которым осуществляется электроснабжение данных электроприемников от ЦП, наличия в этой сети дополнительных регулирующих устройств.
Д
ля
схемы, показанной на рис.16.3, может быть
записано следующее выражение, связывающее
в рассматриваемом режиме нагрузки
отклонения напряжения
на шинах ЦП и отклонения напряжения
у некоторого электроприемника ЭП[1]:
(16.1)
где
- сумма добавок напряжения, получаемых
за счет выбора различных коэффициентов
трансформации у m
включенных последовательно на участке
ЦП - ЭП нерегулируемых и регулируемых
трансформаторов или автотрансформаторов.
В выражении (16.1)
и
- текущие значения отклонения от
номинального напряжения в процентах
или в относительных единицах (в этих же
единицах должны выражаться и остальные
слагаемые, входящие в (16.1));
- сумма значений
потерь напряжения в n
элементах сети (линиях, трансформаторах,
реакторах и т. п.), включенных последовательно
между ЦП и рассматриваемым ЭП (или
группой ЭП):
(16.2)
где
и
- соответственно активная и реактивная
мощности нагрузки на участке k
сети;
и
- активное и индуктивное сопротивления
k-го
элемента сети.
Формула (16.1) справедлива для любого режима нагрузки и, в частности, для режимов наибольших и наименьших нагрузок:
(16.3)
(16.4)
Вычитая (16.4) из (16.3), получим выражение для возможного диапазона отклонений напряжения на шинах некоторого ЭП в рассматриваемых исходных условиях:
(16.5)
Из анализа приведенных формул видно, что для обеспечения некоторых заранее заданных значений отклонений напряжения у ЭП могут быть использованы следующие способы:
-изменение режима напряжений или регулирование напряжения на шинах ЦП;
-изменение значения потери напряжения в отдельных элементах сети (линиях, трансформаторах) или на нескольких участках сети одновременно;
-изменение коэффициента трансформации нерегулируемых и регулируемых под нагрузкой трансформаторов и автотрансформаторов (линейных регуляторов ЛР), включенных на участке сети ЦП - ЭП. При этом изменяются величины соответствующих добавок напряжения.
Регулирование напряжения на ЦП обычно приводит к изменению режима напряжений во всей присоединенной к ЦП сети. Поэтому данный способ регулирования называют централизованным регулированием напряжения. Все остальные способы относятся к так называемому местному регулированию напряжения, приводящему к изменению режима напряжений в ограниченной части распределительной сети.
Анализ формулы
(16.5) показывает, что наличие неизменной
величины добавки напряжения во всех
режимах нагрузки (например, в случае
)
не уменьшает величины диапазона изменения
отклонений напряжения у электроприемников.
Однако при этом изменяются абсолютные
значения отклонений напряжения во всех
режимах.
В дальнейшем под изменением напряжения понимается его корректировка с помощью единовременного мероприятия, проводимого на длительный период времени. К числу таких мероприятий относятся:
-изменение рабочего положения регулировочного ответвления нерегулируемого трансформатора;
-включение установки продольно-емкостной компенсации;
-включение дополнительной линии;
-замена сечения проводов и т. п.
При этом режим напряжений может быть существенно улучшен. Однако закон изменения напряжений остается вынужденным, обусловленным изменением нагрузок.
Под регулированием понимается текущее изменение параметров системы (напряжения, коэффициента трансформации, потери напряжения), применяемое в целях обеспечения желательного режима напряжений. Регулирование может проводиться автоматически. Закон регулирования должен специально подбираться.
Среди способов регулирования напряжения следует особо выделить применение автоматизированных источников реактивной мощности (компенсирующих устройств). Использование компенсирующих устройств очень важно в связи с тем, что регулирование напряжения в электрической сети практически возможно только в том случае, когда имеется достаточный резерв реактивной мощности. Это объясняется тем, что повышение уровня напряжения в сети, возможное в процессе регулирования напряжения, обычно связано с заметным ростом потребляемой реактивной мощности. Дополнительно требуемая реактивная мощность при этом должна быть покрыта за счет имеющегося резерва. Опыт показывает, что, как правило, применение регулирующих устройств должно сопровождаться одновременной установкой и компенсирующих устройств соответствующей мощности.