Регулирование напряжения в сетях изменением параметров сети.
В некоторых пределах напряжение можно регулировать, изменяя сопротивление питающей сети. Так, если питающая сеть или ее участок состоит из нескольких параллельных линий, то, отключая в часы минимальных нагрузок одну из таких линий, можно увеличить потерю напряжения в питающей сети и тем понизить напряжение у потребителя.
Снижения реактивного сопротивления цепи и, следовательно, увеличения напряжения при максимальных нагрузках можно добиться, применяя продольную компенсацию индуктивности линии.
Напряжение на приемном конце звена линии при наличии продольной компенсации с сопротивлением Хс выражается формулой:
Из формулы видно, что изменением величины Хс (например, шунтированием конденсаторов при сниженных нагрузках) можно осуществлять ступенчатое регулирование напряжения сети.
В линиях дальних передач продольную компенсацию используют для повышения их пропускной способности. Число конденсаторов в батарее для продольной компенсации определяется требуемым уровнем напряжения на приемной подстанции и максимальной нагрузкой линии. В электропередачах высокого напряжения обычно компенсируют не свыше 40—50% индуктивности линии, так как большая степень компенсации может привести к ложным действиям релейной защиты, а при известных условиях и к колебательному режиму (самораскачиванию) синхронных генераторов.
Регулирование напряжения в сетях изменением величины реактивной мощности в них.
Рис 10-4. Векторная диаграмма изменения напряжения в конце линии в зависимости от изменения передаваемой реактивной мощности.
Эффективно регулировать напряжение путем изменения реактивной мощности в сети можно с помощью синхронных компенсаторов или батарей конденсаторов при включении их параллельно нагрузке.
Синхронный компенсатор (СК) устанавливают на приемной подстанции и присоединяют к шинам НН подстанции или к обмотке НН автотрансформатора. Такой компенсатор представляет собой синхронный электродвигатель и при перевозбуждении является емкостной нагрузкой для сети или, что все равно, генератором реактивной индуктивной мощности, а при недовозбуждении становится потребителем реактивной мощности. Таким образом, изменяя возбуждение синхронного компенсатора, непосредственно влияют на величину реактивной мощности, протекающей по сети, и следовательно, на
напряжение у потребителя. Покажем это на простом примере передачи мощности по радиальной линии с нагрузкой на конце и с синхронным компенсатором СК, включенным параллельно нагрузке (рис. 10-4).
Положим, для простоты, что электропередачу, изображенную на рис. 10-4,а, можно представить одним звеном с сопротивлением R+jX. Тогда напряжения в конце ее при передаче мощности Р+jQ будет:
Построенная по этой формуле векторная диаграмма (рис. 13-7, б) с разделением падения напряжения в сопротивлениях звена от активной мощности (треугольник аbс) и реактивной (cde) показывает изменение U2 в зависимости от изменения реактивной мощности в линии при постоянной активной нагрузке. Как видно из диаграммы, при передаче по линии максимальной реактивной мощности jQ напряжение на приемном конце U2 будет минимальным (точка е). При генерировании реактивной мощности СКна месте ее потребления и соответствующем уменьшении передаваемой реактивной мощности по линии напряжение в конце передачи будет увеличиваться (конец вектора U2 скользит по прямой еc). При Q = 0, т. е. при передаче только активной мощности (точка с), имеем: U2' > U2. Наконец, если генерируемая на месте мощность будет больше потребляемой и ее избыток будет поступать в линию, то напряжение в конце электропередачи окажется еще больше (точка е').
Регулирование напряжения при помощи СК происходит плавно. Диапазон регулирования зависит от мощности СК и величины реактивной нагрузки линии.
Номинальной мощностью синхронного компенсатора считается мощность при генерировании им реактивной (индуктивной) мощности, т. е. при работе с перевозбуждением. При работе компенсатора с недовозбуждением или без возбуждения, т. е. в режиме потребления реактивной мощности (что требуется при минимальных нагрузках), его максимальная мощность составляет 40—60% от номинальной. Это объясняется тем, что ток возбуждения СК уменьшается, приближаясь по мере увеличения потребления реактивной мощности к нулю. Для увеличения мощности СК в режиме потребления реактивной мощности прибегают к применению на нем отрицательного возбуждения. В этом случае его мощность гарантируется не ниже 0,65 номинальной.
Синхронные компенсаторы изготовляются на мощность 10 и 16 MB А напряжением 6,3—10,5 кВ и 25—100 MB А напряжением 10,5 кВ. СК мощностью свыше 25 MB А изготовляются с водородным охлаждением. Крупные СК обычно используются по графику генерации реактивной мощности в системе и поэтому служат для централизованного регулирования напряжения.
В тех случаях, когда расчетная мощность компенсирующей установки меньше минимальной мощности СК или когда не требуется ее работа в режиме потребления реактивной мощности, устанавливают управляемые батареи конденсаторов (УБК), разделенные на ряд секций. Наибольшая мощность секций определяется допустимой величиной отклонения напряжения на вторичных шинах приемной подстанции. УБК обладают большей экономичностью, чем СК, и поэтому получают распространение.
УБК большой мощности (100 и более MBА) устанавливают также и на крупных районных подстанциях энергосистем, имеющих достаточное количество СК для работы в режиме потребления реактивной мощности в ночное время. УБК большой мощности включаются непосредственно на шины высокого напряжения — 110 кВ.
Для местного регулирования напряжения на крупных промышленных предприятиях, особенно в тех случаях, когда их электроснабжение производится по линиям с большим реактивным сопротивлением, эффективно используются синхронные электродвигатели мощностью 1000—10 000 кВА. При обычном коэффициенте загрузки двигателей (0,7 РН) располагаемая реактивная мощность их при напряжении на зажимах 0,9 — 1,0 UН составляет от 1,3 до 1,5 QН. Регулирование, как и синхронными компенсаторами, происходит плавно, и этот процесс может быть автоматизирован.
На тех промышленных предприятиях, где имеются УБК, установленные для компенсации реактивной мощности, они могут использоваться и как средства для регулирования напряжения, не вступая при этом в противоречие с их основным назначением.
Выбор мощности синхронных компенсаторов, по условиям регулирования напряжения.
Рис. 10-8. Электропередача с синхронным компенсатором на шинах НН и ее схемы замещения.
Мощность СК и конденсаторов подсчитывают по одним и тем же формулам, но с учетом того обстоятельства, что формулы, определяющие мощность компенсирующей установки в режиме потребления реактивной мощности, для конденсаторов не имеют смысла. Расчет ведут для максимального и минимального режимов нагрузки электропередачи, причем в преобладающем числе случаев заданным является напряжение на шинах питающей подстанции. Искомым напряжением обычно является напряжение на шинах вторичного напряжения приемной подстанции, желательная величина которого и определяет мощность СК. Для электропередачи, изображенной на рис. 10-8, а и представленной в виде одного звена с суммарным сопротивлением RS + jXS , отнесенным к расчетному
напряжению (рис. 10-8, б), связь между напряжениями в начале и в конце ее при нагрузке Р2 + jQ2 напишется в виде:
где U2ж — желательное напряжение на шинах вторичного напряжения подстанции, приведенное к расчетному напряжению; QСК— искомая мощность синхронного компенсатора.
Решая это уравнение относительно QСК, можно определить мощность СК, необходимую для поддержания на шинах напряжения U2ж при заданной нагрузке.
Однако, учитывая, что шкала мощностей СК по ГОСТ дана с очень большими промежутками, можно пользоваться более простыми формулами, например, не учитывающими поперечной составляющей падения напряжения. Получающаяся при этом погрешность ликвидируется выбором стандартной мощности СК.
Пренебрегая поперечной составляющей падения напряжения, для электропередачи, представленной в виде одного звена, будем иметь:
При отсутствии СК и неизменном напряжении U1 в начале линии напряжение на приемном конце электропередачи U2 при той же нагрузке должно удовлетворять равенству:
Приравнивая правые части уравнений (13-1) и (13-2), получаем
Разность последних двух членов в правой части этого равенства представляет собой очень небольшую величину (на порядок меньше разности первых двух членов) и при расчетах ею можно пренебречь. Принимая это упрощение, получаем выражение для мощности компенсатора:
Если U2ж и U2,— кВ, XS — Ом, то мощность компенсатора QСК — Мвар.
Разность (U2ж — U2) в выражении (13-3) представляет собой величину, на которую необходимо изменить напряжение на шинах вторичного напряжения подстанции. В режиме максимальных нагрузок эта разность положительна (U2ж > U2), что соответствует работе СК с перевозбуждением. В режиме минимальных нагрузок эта разность может быть отрицательна (U2ж < U2). что будет соответствовать работе СК с недовозбуждением.
Сопротивление XS (представляющее собой сумму индуктивных сопротивлений линий и трансформатора) и напряжения U2ж и U2 в формуле (13-3), приведены к расчетному напряжению.
Если при определении мощности СК по формуле (13-3). пользоваться не приведенными, а полученными в результате расчета электропередачи действительными величинами напряжений на шинах НН, к которым присоединен СК, то и сопротивление XS , входящее в эту формулу, должно быть пересчитано на эти условия. В соответствии с формулами (12-10) получим:
Или 
где X? S — сопротивление электропередачи, отнесенное к действительному вторичному напряжению U2Д. ; UБ — расчетное (базисное) напряжение электропередачи;kТР — коэффициент трансформации трансформатора приемной подстанции.
При определении мощности СК по формуле (13-3) предполагается, что расчет электропередачи был произведен с учетом емкости линии (рис. 13-8, б). В том случае, если емкость не была учтена, то мощность СК, подсчитанная по формуле (13-3) для максимального режима нагрузок, можно уменьшить на величину
где D Q представляет собой часть емкости приемного конца линии, перенесенной на шины вторичного напряжения трансформатора по правилу переноса нагрузок.
12 Виды регулирования напряжения (2й вариант)
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:
а) потери напряжения, вызываемые токами нагрузки, протекающими по элементам сети;
б) неправильный выбор сечений токоведущих элементов и мощности силовых трансформаторов;
в) неправильно построенные схемы сети.
Контроль за отклонениями напряжения проводится тремя способами:
1) по уровню – ведется путем сравнения реальных отклонений напряжения с допустимыми значениями;
2) по месту в электрической системе – ведется в определенных точках сети, например в начале или конце линии, на районной подстанции;
3) по длительности существования отклонения напряжения.
Регулированием напряжения называют процесс изменения уровней напряжения в характерных точках электрической системы с помощью специальных технических средств. Исторически развитие методов и способов регулирования напряжения и реактивной мощности происходило от низших иерархических уровней управления энергосистемами к высшим. В частности, вначале использовалось регулирование напряжения в центрах питания распределительных сетей – на районных подстанциях, где изменением коэффициента трансформации поддерживалось напряжением у потребителей при изменении режима их работы. Регулирование напряжения вначале применялось также непосредственно у потребителей и на энергетических объектах (электростанциях, подстанциях).
Эти способы регулирования напряжения сохранились и до настоящего времени и применяются на низших иерархических уровнях автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ). С точки зрения высших уровней АСДУ это локальные способы регулирования. Автоматизированная система диспетчерского управления высших уровней осуществляет координацию работы локальных систем регулирования и оптимизацию режима энергосистемы в целом.
Локальное регулирование напряжений может быть централизованным, т.е. проводиться в центре питания (ЦП), и местным, т.е. проводиться непосредственно у потребителя.
Местное регулирование напряжения можно подразделить на групповое и индивидуальное. Групповое регулирование осуществляется для группы потребителей, а индивидуальное – в основном в специальных цехах
В зависимости от характера изменения нагрузки в каждом из указанных типов регулирование напряжения можно выделить насколько подтипов. Так , например, в централизованном регулировании напряжения можно выделить три подтипа: стабилизация напряжения; двухступенчатое регулирование напряжения; встречное регулирование напряжения.
Стабилизация применяется для потребителей с практически неизменной нагрузкой, например для трехсменных предприятий, где уровень напряжения необходимо поддерживать постоянным. Суточный график нагрузки таких потребителей приведен на рис1,а).
Для потребителей с ярко выраженной двухступенчатостью графика нагрузки (рис.1,б), например для односменных предприятий, применяют двухступенчатое регулирование напряжения. При этом поддерживаются два уровня напряжения в течении суток нагрузки (рис.1, 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 от тока нагрузки.
Нагрузка меняется не только в течении суток, но и в течении всего года. Например, наибольшая в течении 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 течении 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.