книги из ГПНТБ / Поспелов, Г. Е. Энергетические системы учеб. пособие

зависят потребляемая активная и реактивная мощности, а также срок его службы.

Пониженные напряжения на лампах накаливания при­ водят к уменьшению освещенности, что может быть причи­ ной снижения производительности труда за счет большей утомляемости работников на предприятиях, где требуется повышенная внимательность (часовые заводы, швейные фабрики, заводы радиоаппаратуры н др.). При работе ламп накаливания с повышенными напряжениями существенно сокращается срок их службы.

От величины напряжения в сети также существенно за­ висит работа и других типов электроприемников (электри­ ческих печей, электролиза, электросварки и др.).

Отклонения напряжения оказывают влияние не только на показатели электроприемников, но и на показатели ра­ боты элементов самой электрической системы. Как извест­ но, полная мощность синхронного генератора определяет­ ся током статора и напряжением на его зажимах. При работе генератора с большой активной нагрузкой полная, а следовательно, и реактивная мощность ограничивается током статора. В этих условиях снижение напряжения бу­ дет приводить к уменьшению выдаваемой реактивной мощ­ ности генератора. При полноі'і загрузке синхронного ком­ пенсатора по току статора снижение напряжения также бу­ дет приводить к уменьшению его реактивной мощности. Эти изменения мощности имеют практическое значение при отклонении напряжения более чем на 5%, так как современ­ ные синхронные генераторы и синхронные компенсаторы проектируются таким образом, чтобы при меньших откло­ нениях напряжения они сохраняли свою номинальную мощность за счет некоторой допустимой перегрузки ста­ тора.

Другие источники реактивной мощности — батареи ста­ тических конденсаторов — изменяют свою мощность про­ порционально квадрату подведенного напряжения U K:

QK= Vk“ с,

где со — угловая частота; С — емкость конденсаторной батареи.

Таким образом, понижение напряжения может при­ вести к уменьшению располагаемой реактивной мощности в системе.

80

Для силовых трансформаторов, напротив, нежелатель­ ным оказывается повышение напряжения. Это связано с уве­ личением намагничивающего тока, который обусловливает увеличение потерь реактивной мощности холостого хода. Одновременно возрастают и активные потери холостого хода. При повышении напряжения увеличиваются значе­ ния индукции в сердечниках трансформаторов, из-за чего могут возникать опасные местные нагревы, приводящие к повреждению трансформаторов. При работе трансформато­ ра в схеме сети нагрузочные потери в нем обратно пропор­ циональны квадрату напряжения:

где А Р и и А Qn — соответственно нагрузочные потери актив­ ной и реактивной мощностей при пере­ даче определенной мощности при номи­ нальном напряжении

U— напряжение, отличное от номинального, при котором передается та же мощность.

Существенное влияние величина напряжения оказывает на режим линий электропередачи. При повышении напря­ жения нагрузочные активные потери мощности снижаются, а потери холостого хода, связанные с явлением короны, увеличиваются. Общие потери активной мощности в ли­ нии [31]

Д Л = Д Р„ { - # - ) ' + Д р, ( Д Д ”,

где А Р к — потери на корону при данном состоянии погоды;

п— показатель, характеризующий состояние по­ годы:

ОД п Д 10.

Потери на корону могут быть соизмеримы с нагрузочны­ ми потерями в линиях напряжением 330 кв и выше. В линиях напряжением 220— ПО кв преобладающее значение имеют нагрузочные потери.

Режим реактивной мощности линии определяется поте­ рями реактивной мощности и зарядной мощности, обуслов­ ленной емкостью линии:

д<?,-дс„(Дн!-Ц Д Д !.

81

4.2. Оценка качества напряжения

Требования к качеству напряжения определяются тех­ нически допустимыми отклонениями напряжения на элек­ трооборудовании и условиями экономичности. Значения до-

82

пустпмых отклоненіи"! напряжения непосредственно у элек­ троприемников нормируются ГОСТом на качество элек­ трической энергии [10J. Однако в условиях проектирования и эксплуатации энергосистем невозможно осущест­ влять контроль качества напряжения у каждого электропрпеминка. Поэтому при рассмотрении режимов электрических сетей напряжением 750— ПО кв качество напряжения долж­ но обеспечиваться на вторичных шинах подстанций напря­ жением 750— 110/35—6 кв (в центрах питания распреде­ лительных сетей).

Рис. 4.3. Режим встречного регулирования напряжения:

а — график напряжений; б — суточный график нагрузки.

Для этого должны быть нормированы режимы регулиро­ вания напряжения и допустимые отклонения напряжения от заданных режимов регулирования на шинах вторичного напряжения подстанций. Здесь под режимом напряжений понимается величина и характер изменения напряжения в центре питания (ЦП).

Режимы напряжений выбирают в зависимости от ха­ рактера подключенных потребителей и их электрической удаленности от данного Ц П .

Принципиально возможны два режима напряжений: ре­ жим стабилизации напряжения (рис. 4.2) и режим встреч­ ного регулирования напряжения (рис. 4.3). Первый режим принимают тогда, когда к Ц П подключаются промышленные предприятия с трехсменным характером работы, имеющие

83

ровный график нагрузки (рис. 4.2, б). В остальных слу­ чаях, когда подстанция предназначена для электроснабже­ ния двухпли односменных предприятий, коммунальнобытовой или смешанной нагрузки (рис. 4.3, б), требуется ре­ жим встречного регулирования напряжения (прямые 1, 2, 3).

Для оценки характера потребителей можно ориентиро­ ваться па годовое число часов использования максимальной

ное регулирование напряжения. При изменении нагрузки от минимальной S mi„ до максимальной 5 шах (см. рис. 4.3, а) обычно требуется изменение напряжения в пределах 5—• 10%. Причем чем меньше T s„ тем более глубокое требуется регулирование (прямая 3).

Требуемые величины напряжения зависят также от элек­ трической удаленности потребителей от Ц П и могут прини­ мать крайние значения U х пли U ö, а при глубоком регули­ ровании і/с (см. рис. 4.2, а и 4.3, а). В практике предельные значения напряжений как при стабилизации, так и при встречном регулировании обычно составляют 1,1 и 1,0 но­ минального напряжения сети. Эти величины ограничива­ ются в основном допустимыми превышениями напряжения на трансформаторах в распределительных сетях и распола­ гаемыми диапазонами регулирования этих трансформаторов.

Указания по регулированию напряжения [7] предпола­ гают на всех понизительных подстанциях со вторичным напряжением 6—20 кв установку трансформаторов с Р П Н . Это общее требование основано на результатах исследова­ ний ущербов от недостаточного качества напряжения и эф­ фективности регулирования напряжения. Отказ от приме­ нения трансформаторов с Р П Н должен обосновываться тех­

8-1

нием ступени регулирования.

Например, при ступени регулирования 2,5% и зоне нечувствительности 1,4 величины ступени допустимые от­ клонения напряжения составляют ±1,75% .

Рис. 4.4. Учет экономичности режи­ ма напряжения с помощью штраф­ ных функции.

Рис. 4.5. Схема сети для определения экономиче­ ских характеристик ка­ чества напряжения.

В технико-экономических расчетах качество напряжения количественно может быть учтено в виде штрафных функ­ ций, условно характеризующих экономический ущерб, воз­ никающий при отклонении напряжения за допустимые пределы:

У „ = /(о£/).

При отклонении напряжения в допустимых пределах ущерб принимается равным нулю (рис. 4.4). Если же в опре­ деленном техническом решении, которое принимается при выборе режима сети, отклонения напряжения выходят за допустимые пределы, то на это решение накладывается

85

«штраф», т. е. в выражение приведенных затрат вводится некоторая величина ущерба, п данный вариант бракуется.

Принципиально возможна более точная количественная оценка качества напряжения по экономическим характерис­ тикам качества напряжения в Ц П , представляющим собой зависимости народнохозяйственного ущерба от отклонения напряжения:

У „ = /(5П).

Экономические характеристики могут быть использо­ ваны для оптимизации режимов напряжения в пределах допустимых отклонений напряжения, а также для уточ­ нения нормируемых отклонений напряжения.

Эти характеристики на шинах Ц П могут быть получены на основании экономических характеристик отдельных по­ требителей, питающихся от данного Ц П . Рассмотрим прин­ ципиальное решение на примере схемы сети, показанной на рис. 4.5. Экономические характеристики на шинах ЦП должны учитывать изменение экономических показателей всех потребителей, подключенных к Ц П (У п), и экономи­

Пусть в каком-то режиме электропотребленпя известны экономические характеристики каждого из п потребителей в виде

86

Ущерб у всех п потребителей при отклонении напряже­ ния в Ц П , равном б U цп,

Экономические показатели распределительной сети при отклонении напряжения изменяются в основном за счет изменения потерь мощности:

(4.1) получаем результирующую экономическую характе­

ристику на шинах Ц П .

В общем случае режим электропотребления Ц П в течение суток изменяется. Поэтому для различных уровней элек­ тропотребления экономические характеристики будут раз­ личными. Для рационального регулирования напряжения в Ц П должны быть построены экономические характеристи­ ки, соответствующие нескольким наиболее характерным ре­ жимам электропотреблення (например, максимальному ре­ жиму /, среднему 2 и минимальному 3 на рис. 4.6). Тогда для

87

каждого значения нагрузки Ц П 5 Ь S 2, 53 по минимуму экономической характеристики могут быть найдены наивыгоднейшие отклонения напряжения б ІІЪ б П2 и б U 3, а по этим характеристикам — целесообразный режим регу­ лирования напряжения в ЦП (рис. 4.7).

У

Практическая реализация экономических характерис­ тик пока затруднена из-за того, что они разработаны лишь для отдельных потребителей.

Обеспечение рациональных режимов регулирования на­ пряжения на шинах вторичного напряжения подстанций должно осуществляться исходя из условия, что напряжения на элементах электрической сети 35—750 кв не превышают допустимые по техническим соображениям. Так, для нор­ мальной работы электрической изоляции линий и электри­ ческих аппаратов (выключателей, разъединителей и т. д.) допускаются следующие повышения напряжения: при на­ пряжении 35—220 кв — на 15% номинального; при 330кв— на 10; при 500—750 кв — на 5%. Для трансформаторов 35—750 кв допускается длительное превышение напряжения не более чем на 5% номинального напряжения рабочего ответвления. Эпизодически, но не более 6 ч в сутки, превы­ шение напряжения может быть допущено до 10%.

88

4.3.Физическая сущность баланса реактивных мощностей II его связь с регулированием напряжения

Ввиду того что процесс генерирования реактивной мощ­ ности совпадает во времени с процессом потребления, в энер­ госистеме должен соблюдаться оперативный баланс реактив­ ных мощностей:

Рис. 4.8. Статические характери­ стики нагрузки по напряжению.

Этот^баланс постоянно сохраняется за счет изменения генерируемой мощности и изменения потребляемой мощ­ ности в соответствии с о ; статическими характеристиками нагрузки по напряжению (рис. 4.8).

Условие баланса реактивной мощности (4.2) непосред­ ственно связано с величинами напряжений в электричес­ кой сети. Рассмотрим эту связь на примере схемы одного эле­ мента системы (рис. 4.9). Пусть в начальный момент вре­ мени имел место баланс реактивной мощности и напряжение в начале линии было U lt а в конце ее U%. Этим напряжением по статическим характеристикам соответствовала нагрузка

89