Файл: Актуальность и основные понятия дисциплины.pdf

Рис. 75. Расположение подстанции и потребителей
При расположении потребителей непосредственно на шинах подстанции желательно поддерживать требуемое напряжение, равное номинальному напряжению потребителя.
Когда потребитель расположен на некотором расстоянии от подстанции, напряжение на его шинах будет отличаться от напряжения на шинах подстанции из-за потерь напряжения на линии. В этом случае требуемое напряжение на шинах подстанции должно превышать номинальное напряжение потребителя на величину потерь на линии.
Обычно на подстанциях в составе потребителей встречаются как удаленные, так и близлежащие потребители. Для таких случаев применим принцип встречного регулирования напряжения. При этом по рекомендациям
Правил устройства электроустановок на шинах подстанции напряжение повышают до 1,05 от номинального напряжения потребителя в режимах максимальных нагрузок и понижают до номинального значения в режимах наименьших нагрузок. В результате встречного регулирования часто удается обеспечить качество электроэнергии одновременно для всех или большинства потребителей.
Для выбора рационального регулировочного ответвления необходимо знать параметры трансформатора: напряжение на обмотке ВН (
BH
U
), напряжение на обмотке НН (
HH
U
), активное
T
R
и индуктивное
T
X
сопротивление трансформатора, регулировочные возможности трансформатора (
k
n

, %), значение мощности нагрузки
Q
j
P
S



(рис. 75).
Потребитель 1
Потребитель 2
Шины подстанции
Шины потребителя
U
TP
U
ПОТР

Ресурс устройства РПН ограничен, и поэтому выбор регулировочных ответвлений стремятся выполнить рационально, для того чтобы уменьшить число переключений устройства РПН и увеличить время работы на каждом из них.
Рис. 75. Выбор регулировочных ответвлений РПН
Выводы:
1.
Регулирование напряжения понижающих трансформаторов осуществляется за счет изменения коэффициентов трансформации переключением числа витков на обмотке высшего напряжения (ВН).
2. Переключение числа витков достигается за счет выполнения дополнительных ответвлений на обмотке ВН и использования специальных переключающих устройств типа ПБВ или РПН.
3. Переключающие устройства типа РПН позволяют регулировать напряжение на шинах НН без отключения нагрузки, что позволяет их использовать для централизованного встречного регулирования напряжения в сетях электроснабжения.
4. Регулирование напряжения с помощью переключающих устройств типа ПБВ проводится с отключением трансформатора и нагрузки. Поэтому регулирование напряжения трансформаторами с ПБВ производят редко, с учетом сезонных изменений нагрузки.
5.
Выбор рациональных регулировочных ответвлений трансформаторов с
ПБВ и законов регулирования напряжения трансформаторов с РПН должен проводиться на основе расчетов с учетом падений напряжений в сети и графиков изменения нагрузки.
U
ВН
U
НН
S = P + jQ

5.4. Регулирование напряжения с помощью компенсирующих устройств
Цель лекции: сформировать представление о регулировании напряжения в сетях электроснабжения посредством компенсирующих устройств.
Задача лекции: познакомиться с регулированием напряжения в сети с помощью:

синхронных компенсаторов;

батарей статических конденсаторов;

шунтирующих реакторов;

статических тиристорных компенсаторов;

воздействий на параметры сети.
Ранее отмечалось, что влиять на отклонения напряжения в сетях электроснабжения

U можно путем изменения потерь напряжения

U на отдельных участках линий. При этом, как следовало из анализа выражений
(48)–(50), более результативно регулировать реактивные сопротивления и реактивные мощности, передаваемые по соответствующим участкам сети.
Для изменения перетоков реактивных мощностей Q применяются так называемые компенсирующие устройства.
Посредством компенсирующих устройств осуществляется генерирование или потребление реактивной мощности Q.
Для выработки реактивной мощности служат:

синхронные компенсаторы в перевозбужденном режиме;

батареи статических конденсаторов;

статические тиристорные компенсаторы.
Для потребления реактивной мощности предназначаются:

синхронные компенсаторы в недовозбужденном режиме;

шунтирующие реакторы.

5.4.1. Регулирование напряжения с помощью синхронных
компенсаторов
Синхронным компенсатором
(СК) называется синхронная явнополюсная электрическая машина, предназначенная для регулирования реактивной мощности в сети. Основным режимом работы синхронного компенсатора является холостой ход. Потребляемая компенсатором активная мощность незначительна и обусловлена собственными потерями машины.
Аналогичные функции по регулированию реактивной мощности выполняются синхронными генераторами, находящимися на электростанциях. В отличие от них синхронные компенсаторы устанавливаются в энергетическую систему ближе к местам потребления электроэнергии. Реактивная мощность, генерируемая или потребляемая ими, не передается на большие расстояния. Поэтому размещение синхронных компенсаторов в энергосистеме является оправданной с экономической точки зрения.
Сущность компенсации потребления реактивной мощности в сети с помощью синхронного компенсатора отображают рис. 76 и выражения (53)–
(54).
При отсутствии компенсатора напряжение у потребителя – в узле 2, в конце линии (К) – зависит в основном от продольной составляющей падения напряжения в сети и по модулю определяется выражением (53):
1 1
1 2
U
x
Q
r
P
U
U
U
U
C
H
C
H
С






,
(53) где
2
U
– напряжение в конце линии, т. е. в узле 2 или у потребителя;
1
U
– напряжение в начале линии, т.е. в узле 1;
С
U

– продольная составляющая падения напряжения в сети;
H
P
– поток активной мощности нагрузки в начале передачи;
H
Q
– поток реактивной мощности нагрузки в начале передачи;
C
r
– активное сопротивление сети;
C
x
– реактивное сопротивление сети.

При включении синхронного компенсатора в качестве источника реактивной мощности (рис. 76) напряжение в конце линии будет определяться выражением:
1 1
2
)
(
U
x
Q
Q
r
P
U
U
C
CK
H
C
H




,
(54) где
СК
Q
– реактивная мощность, генерируемая синхронным компенсатором.
Рис. 76. Включение синхронного компенсатора
Очевидно, что включение компенсатора в перевозбужденном режиме дает возможность повысить уровень напряжения на шинах потребителя и компенсировать отрицательное отклонение напряжения в сети.
Особенностью синхронных компенсаторов является то, что они могут быть как источниками, так и потребителями реактивной мощности. В первом случае синхронная машина находится в перевозбужденном состоянии. Во втором – в недовозбужденном.
При перевозбуждении синхронные компенсаторы генерируют реактивную мощность, равную их номинальной реактивной мощности:
СКном
перев
CR
Q
Q

. В недовозбужденном режиме они потребляют реактивную мощность, равную примерно половине номинальной
СКном
недов
CК
Q
Q


5
,
0
. При этом увеличиваются потери и напряжение на шинах потребителя уменьшается. Недовозбужденные синхронные компенсаторы применяют
S = P + jQ
S
Н
= P
Н
+ jQ
Н
z
C
= r
C
+ jx
C
CK
Q
CK
1
2
U
1
U
2
Н
К

только в тех случаях, когда требуется снизить напряжение, например, в режиме наименьших нагрузок.
Применение синхронного компенсатора в качестве источника реактивной мощности отличается следующими положительными моментами:

возможностью увеличения генерируемой мощности при понижении напряжения в сети за счет увеличения тока возбуждения;

возможностью плавного регулирования генерируемой реактивной мощности и напряжения в сети;

возможностью автоматического регулирования генерируемой реактивной мощности и напряжения в сети.
Синхронный компенсатор подключается параллельно нагрузке и осуществляет поперечную компенсацию реактивной мощности в сети.
Выбор синхронного компенсатора осуществляется после проведения небольшого расчета. Требуемая реактивная мощность компенсаторов определяется в результате подстановки в предыдущую формулу (54) допустимого значения напряжения
доп
U
U
2 2

. В результате всех преобразований получается простое выражение:
доп
C
доп
CK
U
x
U
U
Q
2 2
2


(55)
В соответствии с полученным результатом выбирается синхронный компенсатор, имеющий равное или ближайшее большее значение реактивной мощности по сравнению с расчетным.
5.4.2. Батареи статических конденсаторов
Батареи статических конденсаторов (БСК) служат для генерации реактивной мощности в узлах сети. Они представляют собой простое статическое устройство. Принцип компенсации подобен варианту с синхронными компенсаторами и описывается аналогичным уравнением:

1 1
2
)
(
U
x
Q
Q
r
P
U
U
C
БCK
H
C
H




,
(56) где
БСК
Q
– реактивная мощность, создаваемая батареей статических конденсаторов.
Батареи статических конденсаторов (шунтовые батареи) собираются из отдельных конденсаторов, которые соединяются последовательно и параллельно. Мощность конденсаторов, входящих в состав батареи, находится в диапазоне от 10 до 100 квар, напряжение – от 230 В до 10,5 кВ.
Последовательное соединение конденсаторов с напряжением U
K
позволяет увеличить рабочее напряжение батареи U
БСК
пропорционально количеству включенных последовательно конденсаторов.
Параллельное соединение конденсаторов применяется для увеличения реактивной мощности Q
БСК батареи (рис. 77).
Рис. 77. Соединение конденсаторов в батарее
Конденсаторы выпускаются в однофазном и трехфазном исполнении на номинальные напряжения от 0,22 до 10,5 кВ. Единичная реактивная мощность конденсаторов составляет от 10 до 125 квар.
Шунтовые конденсаторные батареи применяются на напряжениях до
110 кВ включительно.
В сетях трехфазного тока конденсаторы включаются по схемам
«звезда» (рис. 78, а) и «треугольник» (рис. 78, б).
Q
БСK
U
БCK
U
K
Q
K
Q

a)
б)
Рис. 78. Включение батареи статических конденсаторов по схемам
«звезда» (а) и «треугольник» (б)
При соединении конденсаторов треугольником, как видно из выкладок
(58) и (59), реактивная мощность батареи в три раза больше, чем при включении по схеме «звезда»:
B
U
B
U
Q
Ф
Y
БСК




2 2
3
,
(57) где В = 1/x
БСК
– емкостная проводимость, измеряемая в сименсах (См).
B
U
Q
БСК



2 3
,
(58)
Y
БСК
БСК
Q
Q



3
(59)
При напряжениях до U
БСК

1 кВ конденсаторы обычно включаются по схеме «треугольник», при напряжении U
БСК

6 кВ и выше – по схеме
«звезда» с изолированной или глухозаземленной нейтралью в зависимости от режима нейтрали сети.
Батареи конденсаторов бывают:

регулируемые (управляемые);

нерегулируемые.
В нерегулируемых батареях число конденсаторов неизменно, а величина реактивной мощности зависит только от квадрата напряжения
2
БСК
БСК
U
Q

. Суммарная мощность нерегулируемых батарей конденсаторов не должна превышать наименьшей реактивной нагрузки сети (
min
Q
Q
БСК

).
Q
Y
БСK
jB
A
B
C
jB
Q

БСK
A
B
C

В регулируемых батареях конденсаторов в зависимости от выбранного режима автоматически или вручную изменяется число включенных конденсаторов.
Выпускаются регулируемые комплектные батареи конденсаторов на класс напряжения: 0,38; 6; 10 кВ. Они снабжены пускорегулирующим устройством, необходимым для автоматического изменения мощности батареи (контакторами или выключателями), средствами защиты и управления. Оснащенная коммутационной и защитной аппаратурой конденсаторная батарея представляет собой конденсаторную установку.
На практике изменение мощности, вырабатываемой батареей в нормальных эксплуатационных условиях, достигается включением или отключением части конденсаторов, составляющих батарею, то есть путем ступенчатого регулирования.
Одноступенчатое регулирование осуществляется отключением или включением всех конденсаторов батареи. Многоступенчатое – отключением или включением отдельных секций батареи, снабженных контакторами или выключателями.
Батареи статических конденсаторов подключаются к шинам понижающих подстанций параллельно нагрузке. Схема включения БСК в сеть приведена на рис. 79.
Рис. 79. Схема включения батареи статических конденсаторов (БСК) в сеть
Q
БCK
БCK
1
U
1
2
U
2
Н
К
z
C
S
Н
= P
Н
+ jQ
Н
S = P + jQ