Методическое пособие 816

Включение емкостного сопротивления в линию для повышения ее пропускной способности известно давно. Такое устройство получило название установки продольной компенсации (УПК). Однако до последнего времени такие устройства выполнялись нерегулируемыми. В то же время для изменения пропускной способности данной линии в различных режимах сети требуется регулируемая продольная компенсация. Причем управление сопротивлением линии должно осуществляться в темпе процессов, происходящих в электроэнергетической системе.

К третьему типу устройств, регулирующих мощность и пропускную способность линий переменного тока, относятся устройства, позволяющие осуществлять комбинированное воздействие на линию — одновременно изменять фазный угол между напряжениями по концам линии и сопротивление линии. Такое воздействие может быть осуществлено путем последовательного введения в линию некоторого дополнительного напряжения, фаза которого по отношению к току может изменяться. При этом реактивная составляющая этого напряжения будет сдвинута на 90 эл. град., что эквивалентно включению УПК, а активная составляющая будет обеспечивать изменение фазного угла между напряжениями по концам линии.

В литературе приводится классификация аппаратной реализации упомянутых выше типов устройств, применительно к ЭЭС (электроэнергетические сети и системы класса напряжений от 110 кВ и выше [79]. В тоже время принципы и технические способы управления режимами электрических сетей классом напряжения от 110 кВ и до 0,4 кВ включительно, могут успешно применятся аналогичные выше описанным.

4.1. Аппаратные средства регулирования напряжения в узлах нагрузки региональных сетей электроснабжения

Учитывая, что задачи и методы управления режимами электрических распределительных сетей были изложены во 2 и 3 главах данной работы, ниже будут рассмотрены вопросы аппаратной реализации этих методов в узлах нагрузки региональных сетей электроснабжения и непосредственно у типовых энергопотребителей с помощью силовых статических устройств (от 35кВ до 0,4 кВ).

91

4.1.1. Аппаратные средства регулирования напряжения в узлах нагрузки региональных сетей электроснабжения с основе трансформаторных регуляторов напряжения

Регулирование напряжения в этих сетях, в соответствии с [72] осуществляется в сегменте силовых трансформаторов путём изменения коэффициента трансформации.

Регулирование коэффициента трансформации трансформатора изменением числа витков обмоток может производиться либо при отключенном положении трансформатора с помощью анцапф (устройства ПБВ – осуществляют лишь сезонное регулирование), либо под нагрузкой с помощью специального регулировочного устройства.

В свете концепции АСУЭ для региональных распределительных сетей, все большее распространение получают трансформаторы с регулировкой под нагрузкой (с РПН). Диапазон регулировки может быть разный: ±4х2,5%, +6х2,5%, ± 8х1,5%.

Новый типаж на трансформаторы предусматривает регулировку напряжений в пределах ±10 16%. В дальнейшем подавляющее большинство сетевых трансформаторов будет выпускаться с РПН. Основной недостаток трансформаторов с РПН заключается в их повышенной стоимости (такие трансформаторы на 20 50% дороже трансформаторов без РПН) и низкой надежности.

Принципиальная схема устройства РПН показана на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Принципиальная схема устройства РНП

92

Переключатели П1, П2 и реактор Р размещаются в баке трансформатора, а выключатели Q1, Q2 - в специальном выносном устройстве. Последнее вместе с приводным механизмом крепится нa баке силового трансформатора.

Так же распространено регулирование напряжения с помощью вольтодобавочных трансформаторов

Существует несколько схем включения вольтодобавочных трансформаторов (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Схемы вольтодобавочных трансформаторов: а – линейный вольтодобавочный трансформатор включен

последовательно с силовым и имеет питающий трансформатор; б – линейный регулируемый вольтодобавочный трансформатор включен последовательно с силовым;

в – вольтодобавочный трансформатор включен со стороны нуля силового трансформатора

Схемы а и б чаще используются в сетях, а схема в — на электростанциях. В зависимости от группы соединений силового и вольтодобавочного трансформаторов можно получить продольное или поперечное регулирование напряжения (рис. 4.3).

93

предлагаемое тиристорное устройство должно обеспечивать регулирование напряжения в режиме "вольтодобавки" и в режиме "вольтоотбавки" (режимах добавления и вычитания определенной величины напряжения соответственно).

Ниже рассмотрен регулятор переменного напряжения, позволяющий решать вопросы оптимизации режимов не только распределительных сетей, но и энергопотребителей. Регулятор такого типа может быть реализован на регулировочном электрооборудовании (как, например, уже на находящихся в эксплуатации агрегатах типа ВРТ, ДНУ, ЛТДН и на трансформаторах с анцапфами) классом напряжения от 6 кВ до 110 кВ включительно.

На рис. 4.4 представлена однофазная принципиальная схема такого регулятора. Последний состоит из автотрансформатора (АТ), вольтодобавочного трансформатора (ВДТ) и тиристорного

регулятора (ТР), содержащего 2 группы тиристоров (V1.V2 и V3.V4 ) и

системы управления (СУ), осуществляющей определенный алгоритм включения тиристорных групп.

Тиристорные группы V1.V2 осуществляют функции регулирования вводимой эдс. Тиристорные группы V3.V4 служат для снятия перенапряжений в те моменты времени, в которые группы V1 , V2 находятся в запертом состоянии. При разомкнутой обмотке

возбуждения вольтодобавочного трансформатора в ней возникают перенапряжения, достигающие 3-4-кратных величин от номинального напряжения ВДТ, что является недопустимым.

95

5. Использование ТТРН в сетях 6-35 кВ со стандартными последовательными трансформаторами ПТ (табл. 4.2). Схема линейного регулятора представлена на рис.4.5.

Таблица 4.2.

Рис. 4.5. Схема линейного регулятора напряжения

Особенности работы, основные технические характеристики и эффективность применения данных устройств и на уровне узлов нагрузки подробно изложены в [72]. Ниже буду рассмотрены варианты использования статических силовых устройств для управления режимами непосредственно ряда типовых энергопотребителей.

97

4.1.2. Аппаратные средства регулирования напряжения в низковольтных сетях электроснабжения на основе статических регуляторов напряжения

Одним из основных критерием управления режимами распределительных сетей, в т.ч. и низковольтного их сегмента является достижения высокого качества электроэнергии и бесперебойная передача и распределение ее по надежным сетям.

Возмущения, снижающие качество напряжения, могут возникать как при передаче, так и при распределении электроэнергии [82]. Из-за значительной протяженности воздушные линии электропередачи подвержены воздействию атмосферных явлений. Различные виды разрядов атмосферного электричества (молний) являются причинами различных типов возмущений, бросков, посадок сетевого напряжения, полного прекращения подачи электроэнергии. Длительность и степень возмущений зависят от структуры сети и времени, необходимого на ее реконфигурацию. Причины возникновения перенапряжений из-за ударов молний обычно рассматриваются как внешние по отношению к сети.

Другие виды возмущений возникают в процессе управления сетью, при сбросах или неожиданных нарастаниях нагрузки. Хотя последний вид возмущений достаточно редок, поскольку обычно крупные нагрузки подключаются к сети постепенно. Это не относится к внезапным сбросам нагрузки, которые зачастую являются следствием аварий.

Перечислим основные внутрисетевые источники возмущений:

•Резонанс. Сюда относятся характерные для данной сети колебания или колебания, возникающие между различными элементами сети, например, фильтрами. Разумеется, для их предотвращения принимаются все возможные меры, но они могут временно возникать при изменениях конфигурации сети.

•Неустойчивость при передаче. Наиболее часто она связана с углом передачи d(транспортный угол). Возможно также возникновение подсинхронных колебаний.

•Феррорезонанс – это нелинейные колебания, возникающие при насыщении силовых или измерительных трансформаторов.

98

•Коммутации. Перенапряжения возникают вследствие подключения или отключения элементов сети, фильтров, конденсаторных батарей или трансформаторов.

•Повреждения «фаза/земля».

Современная система электроснабжения имеем дело со всё возрастающим количеством электрических нагрузок, ухудшающих качество энергии в сети как на бытовом, так и на промышленном уровне, и с активной деятельностью по стандартизации качества энергии. Отметим, что силовая электроника вызывает ухудшение качества энергии (особенно по генерации высших гармоник), но по сравнению с другими видами преобразования она характеризуется наличием собственных средств борьбы с этим ухудшением.

Действительно, характерной особенностью современных систем электроснабжения является увеличение числа потребителей с нелинейными вольт-амперными характеристиками, создающих при своей работе токи и напряжения несинусоидальной формы, которые можно представить в виде суммы гармоник с частотами, кратными основной частоте питающей сети.

Высокий уровень содержания гармоник отрицательно влияет на эффективность работы промышленного электрооборудования, вычислительной техники, бытовых приборов, приводит к увеличению потерь электроэнергии, вызывает ускоренное старение изоляции. В связи с этим, вопросам компенсации высших гармоник в электрических сетях уделяется значительное внимание.

Потребителей, имеющих различные виды нелинейных нагрузок, можно условно разбить на три группы. К первой группе относятся промышленные потребители, основными нелинейными нагрузками которых являются трехфазные асинхронные двигатели с регулированием скорости вращения с помощью полупроводниковых преобразователей, установки дуговой сварки, а также люминесцентные лампы.

Вторую группу составляют потребители, основной нелинейной нагрузкой которых являются однофазные источники питания, электроосвещение с помощью люминесцентных ламп высокого и низкого давления. Это офисные здания, учебные заведения, предприятия АПК, использующие в производственном процессе, как его неотъемлемую часть, электроосвещение помещений (теплицы, птичники, хозяйственные строения). У этой группы потребителей доля нелинейной нагрузки может значительно

99

превышать линейную составляющую. Такие потребители вызывают значительные искажения формы потребляемого тока, существенную долю которого составляют компоненты с частотой третьей гармоники. Поскольку токи с частотами порядка, кратного трем, во всех фазах тождественны, они суммируются в нейтральном проводе. При этом весьма вероятен перегрев нулевых проводов питающих линий. Эту группу называют офисными (коммерческими) потребителями.

К третьей группе потребителей может быть отнесен жилой сектор. Главная особенность этого вида потребителей заключается в том, что большая часть нелинейных нагрузок является однофазной, имеет малую мощность и распределена по сети. Такая нагрузка генерирует большие токи несинусоидальной формы.

Как показывает практика, в большинстве случаев рост нелинейных нагрузок в жилом секторе является одной из основных причин ухудшения качества электроэнергии. Из-за распределенного характера нелинейной нагрузки установка типовых фильтрующих устройств (пассивных и активных фильтров гармоник) в таких сетях представляет серьезную техническую проблему и требует значительных капитальных вложений.

Существенное снижение стоимости данных мероприятий можно достичь, используя тиристорный регулятор переменного напряжения (ТРН) в качестве фильтрокомпенсирующей установки, что приводит к повышению коэффициента мощности, фильтрации высших гармоник, а также снижению несимметрии и стабилизации напряжения сети [84, 85]. Создавая специальный алгоритм управления ТРН для определенного типа осветительной нагрузки, (заключающийся в выборе момента отпирания групп тиристоров в соответствии критерием подавления высших гармоник), мы имеем возможность компенсировать основные высшие гармоники, разгружая от них электрическую сеть. Аналогичную дополнительную функцию могут выполнять и компенсационные выпрямители, которые будут рассмотрены в следующем подразделе.

Ухудшение качества электроэнергии не сводится только к гармоникам. Сюда же входят изменения напряжения, посадки напряжения и возмущения, связанные с колебаниями напряжения, называемые «мерцанием» или «фликкер-эффектом», с частотой от 1 до 30 Гц и максимумом возмущений при частоте 9 Гц. Силовые статические преобразователи в состоянии предложить решения по

100