книги из ГПНТБ / Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник

трансформаторов класса напряжения 35 кВ установлены :± (6 X 1,5%) для мощности до 6,3 МВ - А и ± (8 х 1,596) для мощности 10 МВ - А и выше. Для трансформаторов клас­ са 110 кВ мощностью 6,3 МВ - А и выше пределы регулиро­

госистем и включаются в нейтраль обмотки ВН трансфор­ матора и автотрансформаторов напряжением 150—500 кВ.

4. Л и н е й н ы е р е г у л я т о р ы ( т р а н с ф о р м а ­ т о р ы) типа ЛТМ 400/10—ЛТМ630/10 - ЛТМ1600/10 проходной мощностью 400, 630 и 1 600 кВ-А с пределами

6—10—35 кВ. Для глубокого регулирования напряжения в установках электролиза при пуске серий в работу приме­ няются автотрансформаторы типа АТМН с регулировкой под нагрузкой. Для лабораторных, испытательных и тому подобных установок выпускаются регулируемые автотранс­ форматоры типов АОСК, АТСК и АТМК с подвижной катушкой, изменяющей индуктивную связь между обмот­ ками. Они имеют ограниченную мощность 10—100 кВ-А

п о т е н ц и а л - р е г у л я т о р ы в виде механически заторможенного асинхронного двигателя служат для плавного регулирования напряжения в установках потре­ бителей небольшой мощности (3—500 кВ - А) при напряже­

р е г у л я т о р ы н а п р я ж е н и я с помощью управ­ ляемых тиристоров, в которых напряжение регулируется только в сторону ограничения повышения или с регули­ рованием вверх и вниз от номинала, рекомендуются для осветительных сетей. Они пока серийно электропромыш­ ленностью не выпускаются. Их достоинства состоят в вы­ соком к. п. д. и надежности работы бесконтактных эле­ ментов, но они генерируют высшие гармоники.

что снижает реактивную потерю напряжения, которая регулируется изменением величины (1ь;.

440

Рис. 12-2. Векторная диаграмма напряжений линии электропередачи.

а — без конденсаторов; б — при последовательном вклю­ чении конденсаторов.

ленными фазами, кабельные сети и шинопроводы со спа­ ренными фазами.

в другой.

Все средства регулирования по п. 1—12 уже описаны, поэтому остановимся на двух последних.

Принцип работы установки продольной компенсации (УПК) поясняет векторная диаграмма рис. 12-2. При на­ личии в сети только активного R x и индуктивного хі, сопротивлений напряжение ІІг уменьшается за счет паде­

441

сопротивления хс получается третье падение напряжения І 2хс, направленное противоположно падению напряжения I 2xL. Из векторной диаграммы рис. 12-2, б видно, что величина І 2хс может быть подобрана таким образом, что вектор U2 будет равен вектору U1 или даже больше его,

Основное достоинство УПК состоит в автоматическом регулировании напряжения особенно при резко переменной нагрузке. Ее применение наиболее эффективно при боль­ шой индуктивности сети и низком значении cos ф нагрузки.

Второе достоинство состоит в том, что при одинаковом регулирующем эффекте мощность конденсаторов УПК получается в 4—6 раз меньше, чем мощность обычной конденсаторной батареи поперечной компенсации, вы­ бранной только для регулирования напряжения.

Третье достоинство — применение конденсаторов, рас­ считанных только на перепад напряжения Іхс. Поэтому корпус конденсаторов УПК должен изолироваться от земли на соответствующее рабочее напряжение сети. Вывод одного из полюсов конденсатора может быть сделан не­ посредственно на корпус банки, что улучшает охлаждение конденсатора.

К недостаткам установок УПК относятся резонансные явления, сопровождающиеся возникновением в сетях субгармоник. Последние бывают асинхронные, появляю­ щиеся при пуске асинхронных двигателей на промежуточ­ ных частотах вращения, и ферромагнитные — при вклю­ чении мощных трансформаторов без нагрузки. Субгармо­ ники вызывают качания числа оборотов двигателей, мига­ ние света, ненормальное гудение трансформатора.

Второй недостаток состоит в недопустимости сквозных токов к. з., которые приведут к недопустимому повышению

442

напряжения на зажимах конденсаторов І кзхс = AUK3, в несколько раз большему номинального, с выходом кон­ денсатора из строя.

Третий недостаток состоит в общем повышении уровня токов к. з. в сети вследствие нейтрализации части индук­ тивного сопротивления. Устранение второго и третьего недостатков достигается применением для защиты конден­ саторов быстродействующих разрядников.

Отмеченные обстоятельства требуют применения для УПК специальных конденсаторов, допускающих крат-

Рис. 12-3. Схема установки продольно-емкостной компенсации УПК.

ж — конденсаторы; Я — шунтирующее сопротивление по

типу крановых; ИР — искровой спекающийся разрядник; Р — реле сигнализации срабатывания искрового разряд­ ника; ТН — трансформатор напряжения; МВ — масляный выключатель; Pt — шипный разъединитель; Р2, Ра и Р4 — разъединители для ввода и вывода из работы УПК.

повременные перенапряжения — 5-кратные за 0,2 с; 1,5-кратные за 10 мин; 1,25-кратные до 4 ч и 1,1-кратные — длительно.

На рис. 12-3 приведена схема УПК, примененная на одном заводе для питания 30 сварочных машин общей мощ­ ностью 9,1 МВ А с дополнительной силовой нагрузкой 150 кВт. Колебания напряжения в сети 380 В за трансфор­ матором 1 800 кВ-А достигали 30% (±15% ) номиналь­ ного. После установки УПК с пятью конденсаторами КПМ-0,6-50-1 на фазу со стороны 6 кВ трансформатора колебания напряжения сократились до 5% (рис. 12-4).

Опыт эксплуатации установки УПК показал, что приме­ нение «спекающегося» разрядника, шунтирующего конден­ саторы при сквозных токах к. з., является достаточно

443

быстродействующей защитой для конденсаторов, после шунтирования которых разрядником к. з. в цепи отключа­ ется масляным выключателем, как обычно. Шунтирующее сопротивление, величина которого принимается (6 -ь- 10)zc, устраняет возможные резонансные явления, затухающие за время 0,25—0,5 периода.

Устранение колебаний напряжения ускорило процесс сварки, что дало повышение производительности на 6 %.

Таким образом, применение УПК для электросвароч­ ных нагрузок вполне себя оправдывает. Следует отметить, что применение поперечной компенсации в данном случае неприемлемо, так как при провалах нагрузки получается

Рис. 12-4. Диаграмма напряжения на вторичной стороне трансформатора подстанции.

Продольная компенсация применяется и для спокой­ ных нагрузок мощных ферросплавных электропечей, где ее назначение — компенсировать высокое индуктивное сопротивление короткой сети, затрудняющее подвод актив­ ной мощности к электродам при токах в десятки кило­ ампер [Л. 11-10]. Поскольку непосредственное включение конденсаторов на 0,6 и 1 кВ в короткую сеть привело бы к необходимости установки слишком громоздкой батареи, включение конденсаторов производится через трансфор­ матор. Для этой цели применяются, например, однофаз­ ные трансформаторы типа ОСУ-1000/10 напряжением 10/0,067 кВ, мощностью 1 000 кВ - А, включаемые стороной низшего напряжения последовательно по два в фазу короткой сети; к стороне высшего напряжения подключа­ ются конденсаторы УПК (рис. 12-5, а). Подобная установка на ферросплавной печи типа РКЗ-16,5 с конденсаторами КПМ-1-50-1, работающая при напряжении 4,5 кВ, повы­ сила коэффициент мощности печи с 0,80—0,83 до 0,92— 0,93. Одновременно на 10—12% повысилась производи­ тельность печи, а удельный расход электроэнергии сни­ зился на 5—8%.

444

Для более мощных печей подобная установка получа­ ется слитком громоздкой; в этом случае печной трансфор­ матор выполняется с дополнительной обмоткой, в которую включаются конденсаторы (рис. 12-5, б). При двухступен­ чатой трансформации УПК включается между главным трансформатором 110—220/10 кВ и печным трансформа­ тором, питающим электроды (рис. 12-5, в).

Предложенное автором [Л. 12-6] применение сдвоен­ ных реакторов (рис. 12-6) для стабилизации напряжения

Рис. 12-5. Схемы включения УПК для ферросплавных печей.

а — включение в короткую сеть через разделительный трансформатор; б — включение в короткую се;гь через разделительный трансформатор и дополни­ тельную обмотку главного трансформатора; в — включение между главным и печным трансформаторами; 1 — главный трансформатор; 2 — разделитель­ ный трансформатор; 3 — печь; 4 — конденсаторы УПК; 5 — печной трансфор­ матор.

при питании дуговых печей основано на том, что магнит­ ные поля в обеих ветвях реактора направлены встречно и при одинаковой нагрузке ветвей І 1 = / 2дают минималь­ ную потерю напряжения в каждой ветви, определяемую по формуле (при sin <р яа 1, что имеет место при эксплуа­ тационных к. з. в печи)

445

Если ток / 2 во второй ветви будет больше тока І г, то величина Д£/х может получиться отрицательной, т. е. будет иметь место повышение напряжения в первой ветви. Это повышение напряжения будет частично компенсиро­ вать потерю напряжения в сосредоточенном реактивном сопротивлении трансформатора ГПП, в результате чего напряжение на ветви с силовой и осветительной нагрузкой

будет колебаться в допустимых

секцию; остальная нагрузка была переведена на другие ветви реакторов, питающие стабилизированные секции. Колебания напряжения на последних резко сократились и не выходят из нормативов.

Следует отметить, что применение расщепленных обмо­ ток трансформаторов ГПП не дает стабилизирующего эф­ фекта, поскольку обе обмотки имеют одинаковые направле­ ния магнитных полей.

Сдвоенные реакторы должны применяться для присое­ динения мощных трехфазных двигателей, при пуске кото­ рых напряжение на шинах не должно быть ниже напряже­ ния, при которых остальные электроприемники не отклю­ чаются, а напряжение на выводах пускаемого двигателя

446

не должно быть выше напряжения, допускаемого конст­ рукцией двигателя.

Для компенсации резко переменных реактивных на­ грузок могут быть использованы синхронные двигатели и особенно синхронные компенсаторы с быстродействую­ щим возбуждением.

Пример использования синхронных двигателей для компенсации резко переменных реактивных нагрузок при-

Рис. 12-7. Блок-схема компенсации резкопеременных реак­ тивных нагрузок с помощью синхронных двигателей.

веден на блок-схеме рис. 12-7 завода [Л. 11-9]. В прокатном цехе имеются блюминг с ионным приводом и три синхрон­ ных двигателя для приводов других прокатных станов. Схема работает в функции реактивной нагрузки на входе в РУ 6 кВ цеха. Сигнал от трансформаторов тока 5 и на­ пряжения 6 ввода подается на фазочувствительное устрой­ ство ФЧУ-1 (7), которое выдает сигналы через магнитные усилители 8 на электромашинные усилители ЭМУ (9), управляющие возбудителями В (10). Одновременно пода­ ется сигнал через ФЧУ-2 (12) от трансформаторов тока

447

синхронных двигателей 11, работающих на прокатку в прерывистом цикле.

Если в данный момент синхронный двигатель загружен активной нагрузкой, то сигнал на ЭМУ от ФЧУ-1 снима­ ется, а при холостом ходе пропускается, благодаря чему этот синхронный двигатель получает импульсное возбуж­ дение и компенсирует реактивную нагрузку.

Описанная схема даже с электромашинным возбужде­

Наиболее эффективным получается применение спе­ циальных синхронных компенсаторов с быстродействую­ щим ионным или тиристорным возбуждением, позволяю­ щим получать скорость нарастания реактивной мощности до 600 Мвар/с и уменьшения до 500 Мвар/с. Такие компен­ саторы за рубежом применяются в установках прокатных станов, дуговых электропечей и других потребителей с резко переменной нагрузкой. В СССР разрабатываются аналогичные установки [Л. 12-8].

Существуют также схемы, в которых предлагается быстродействующее регулирование мощности конденса­ торных батарей. В этих схемах мощность батарей запира­ ется применением управляемых индуктивностей, подмагничиваемых реакторов или регулированием напряжения на зажимах батареи.

Схема с подмагничиваемым реактором представлена на рис. 12-8. Управляемый реактор с вращающимся маг­ нитным полем 1, состоящий из трехфазной обмотки, зало­ женной в цилиндрический магнитопровод аналогично ста­ торной обмотке, и торроидальной обмотки управления подмагничиванием постоянным током, подключен парал­ лельно батарее конденсаторов 2. При отсутствии подмагничивания реактор имеет максимальную индуктивность, поглощающую реактивную мощность батареи, и в сеть реактивная мощность не выдается. При намагничивании магнитопровода индуктивность реактора снижается и при полном насыщении получается минимальной, что соответ­ ствует максимальной выдаче реактивной мощности от бата­ реи конденсаторов в сеть.

Блок-схема с вентильным регулированием напряжения на конденсаторной батарее представлена на рис. 12-9. Батарея разбивается на две секции 1 и 2, подключаемые к сети через вентильные блоки управления 3 и 4 и далее через трансформаторы 5 и б к сети. Трансформаторы имеют

448

разные схемы включения обмоток для подавления нечет­ ных гармоник. Автоматический регулятор мощности 7 выдает сигнал на блок управления 8, который управляет зажиганием вентилей. Последние обеспечивают быстро­ действующее регулирование выдаваемой батареей коидеи-

5

саторов реактивной мощности с постоянной времени пере­ ходного процесса примерно 0,02 с.

Описанная схема реализована в лабораторных усло­ виях.

Из описанных средств регулирования напряжения еще не получили широкого применения средства по п. 11, так что на ближайший период они не могут применяться.

12-3. КОМПЛЕКСНОЕ РЕШЕНИЕ ВОПРОСОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ И КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНЫХ НАГРУЗОК

Вопросы регулирования напряжения, зависящего в ос­ новном от реактивных нагрузок сети и компенсации этих нагрузок, должны решаться совместно. Прежде всего необходимо проанализировать режим работы потребителей и характер суточных графиков активной и реактивной нагрузок.

В соответствии с полученными значениями Рм и QM определяется необходимая компенсирующая мощность QK, которая выполняется в первую очередь синхронными дви­ гателями и конденсаторами напряжением до 1 кВ и затем выше 1 кВ согласно приведенным расчетам при мощностях