Файл: Актуальность и основные понятия дисциплины.pdf

ПУЭ
Издание седьмое
Устройства регулирования напряжения должны обеспечивать поддержание напряжения на шинах напряжением 3–20 кВ электростанций и подстанций, к которым подсоединены распределительные сети, в пределах не ниже 105 % номинального в период наибольших нагрузок и не выше 100 % номинального в период наименьших нагрузок этих сетей
6. РАСЧЕТ ОТКЛОНЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ
6.1. Проверка возможности централизованного регулирования
напряжения
Цель лекции: получить представление о реализации встречного регулирования напряжения в сетях электроснабжения.
Задачи лекции:

понять суть проверки на возможность централизованного регулирования напряжения;

узнать о технических решениях, позволяющих реализовать централизованное регулирование напряжения.
При транспортировке электроэнергии кроме норм действующего стандарта (ГОСТ 32144-2013) учитываются требования других нормативно- технических документов, касающихся качества электрической энергии.
Одним из них являются ПУЭ (Правила устройства электроустановок). В них в п. 1.2.23 изложены требования по допустимым уровням напряжения на шинах распределительных сетей (рис. 88), которые должны приниматься во внимание при реализации встречного регулирования напряжения.
Рис. 88. Требования ПУЭ по регулированию напряжения в сети
Исходя их требований ПУЭ и некоторых других нормативно- технических документов, например, РД 34.20.185-94 «Инструкция по проектированию городских электрических сетей» и СП 31-110-2003
«Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий», напряжение в центре питания (ЦП) должно быть не ниже
nom
U
05
,
1
в

ГОСТ 33073-2014
Интервал времени наибольшей нагрузки: временной отрезок суток, в течение которого действительная суточная мощность нагрузки S больше ее среднего значения Sср.
Интервал времени наименьшей нагрузки: временной отрезок суток, в течение которого действительная суточная мощность нагрузки S меньше ее среднего значения Sср. интервале времени наибольшей нагрузки и не выше
nom
U
0
,
1
в период наименьшей нагрузки.
В ГОСТ 33073-2014 даются следующие определения интервалов времени с наибольшей и наименьшей нагрузками (рис.89):
Рис. 89. Определения временных нагрузочных интервалов
В общем случае при проверке возможности централизованного регулирования напряжения на шинах двух или более потребителей в соответствии с нормами качества электроэнергии решаются две следующие задачи:
1) определяется принципиальная возможность централизованного регулирования напряжения;
2) если подтверждается возможность централизованного регулирования, то определяются технические детали для обеспечения рационального закона централизованного регулирования напряжения.
Сущность проверки на возможность централизованного регулирования напряжения рассмотрим на следующем примере. В сети, изображенной на рис. 90, а, на подстанциях 1 и 2 установлены трансформаторы, обозначенные на схеме как Т1 и Т2. Последние допускают изменение коэффициентов трансформации переключением без возбуждения (ПБВ), с отключенной нагрузкой. В связи с этим уровень напряжений на шинах потребителей (11 и
21) при суточных изменениях режимов потребления электроэнергии поддерживается в допустимых пределах за счет централизованного регулирования напряжения на шинах А питающего автотрансформатора посредством устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН).

Диапазон регулирования напряжения на шинах А питающей подстанции зависит от допустимых пределов изменения напряжения у потребителей и падений напряжений на сопротивлениях сети, для которых характерно следующее.
1. Границы допустимого диапазона изменения напряжения на шинах потребителей определяются классом напряжения и необходимостью выполнения требований нормативно-технических документов.
2. Падения напряжения на участках сети, находящихся на пути от потребителей до шин ЦП, меняются при изменениях перетоков мощностей, т. е. зависят от вида нагрузочного режима.
а)
б)
Рис. 90. Принципиальная схема сети (а) и схема замещения сети (б)
Централизованное регулирование напряжения считается успешным, если одновременно на шинах всех потребителей и при любом режиме нагрузки напряжение не выходит за пределы допустимого диапазона.
Поскольку встречное регулирование напряжения осуществляется по графикам нагрузки центра питания, формируемым одновременно всеми потребителями, то при разнородных графиках нагрузки распределительных трансформаторов закон регулирования полностью не соответствует ни одному из них. Степень несоответствия закона для конкретного потребителя тем больше, чем меньше потребителей с подобным графиком в общей нагрузке и тем больше их график отличается от графиков основной массы электроприемников.
11
А
21
2
1
Т2
А
11
21
1
2
k
Т1
k
Т2
z
A1
Z
12
z
T1
z
T2
1'
2'
Т1

Границы изменения напряжения в центре питания определяются с помощью небольшого расчета. Для его выполнения нужно знать суточные графики изменения нагрузки как минимум ближайшего и наиболее удаленного потребителей. В нашем примере ближайшем к центру питания является потребитель, подключенный к узлу 11, а наиболее отдаленным – тот, что получает питание от узла 21 (рис. 90).
Расчет проводится примерно в следующей последовательности.
1. На основе сведений о потребляемой мощности определяются напряжения в отдельных точках сети для характерных интервалов времени.
Интерес представляют периоды, соответствующие режимам наибольшей и наименьшей нагрузок. На временных интервалах, когда потребителем потребляется наибольшая или наименьшая нагрузка, изменения напряжения в узлах и падения напряжения на отдельных участках сети являются наиболее существенными. В остальных случаях потери и уровни напряжения в сети не выходят за рамки значений, определенных для этих двух наиболее характерных режимов.
Предположим, что в суточном графике нагрузки имеются только два наиболее характерных временных интервала (режим наибольших t
1
и наименьших t
2
нагрузок). При этом у ближайшего потребителя (рис. 91, а) и наиболее удаленного потребителя (рис. 91, б) они совпадают по времени.
Представим допускаемые напряжения на шинах потребителей 11 и 21 в виде интервалов:



)
(max
11
)
(min
11
доп
I
доп
I
U
U
;



)
(max
11
)
(min
11
доп
II
доп
II
U
U
;



)
(max
21
)
(min
21
доп
I
доп
I
U
U



)
(max
22
)
(min
21
доп
II
доп
II
U
U
Используемые здесь обозначения означают следующее:

)
(min
11
доп
I
U
и
)
(max
11
доп
I
U
– минимально и максимально допустимые уровни напряжения на шинах ближайшего потребителя (узел 11), которые могут иметь место в режиме наибольших нагрузок (
I
);
)
(min
11
доп
II
U
и
)
(max
11
доп
II
U
– минимально и максимально допустимые уровни напряжения на шинах ближайшего потребителя, которые могут возникнуть при переходе в режим наименьших нагрузок (
II
);
)
(min
21
доп
I
U
,
)
(max
21
доп
I
U
и
)
(min
21
доп
II
U
)
(max
21
доп
II
U
– наименьшие и наибольшие допустимые значения напряжения в режимах наибольших и наименьших нагрузок на шинах удаленного потребителя соответственно.
2. Рассчитываются допустимые уровни напряжений для каждого из временных интервалов поочередно в точках сети, к которым подключены трансформаторы распределительных подстанций.
В рассматриваемом примере (рис. 90) на данном этапе определяются граничные значения напряжения в точках 1 и 2 при наибольшей и наименьшей нагрузках соответственно.
Уровень напряжений в этих узлах зависит от коэффициентов трансформации трансформаторов и падений напряжения на их сопротивлениях. Падение напряжения на трансформаторах Т1 и Т2 определяется величиной токов, протекающих по их эквивалентным сопротивлениям
2 1
2 1
1
T
T
T
x
r
z


и
2 2
2 2
2
T
T
T
x
r
z


, т. е. зависит от значений передаваемых мощностей S
11
и S
21
. На каждом из интервалов времени, характеризующихся изменением нагрузки, соответственно меняются и падения напряжения.
Например, для узла с номером 1 в приводимом примере наибольшее допустимое значение напряжения в период наибольшей нагрузки c учетом падений напряжения на активном
1
T
r
и индуктивном
1
T
x
сопротивлениях трансформатора Т1 составляет
)
(max
11 1
1 11 1
11
)
(max
11 1
)
(max
1
доп
I
T
T
I
T
I
доп
I
T
доп
I
U
k
x
Q
r
P
U
k
U





,
(68)

где
1
T
k
– коэффициент трансформации первого трансформатора Т1.
а)
б)
в)
S
11
S
I
11
S
21
U
A
t
1
t, ч
t, ч
t, ч
24
24
24
U
A
I(max11)
U
A
I(min11)
U
A
I(max21)
U
A
I(min21)
U
A
cp
S
I
21
t
2

Рис. 91. Графики изменения нагрузки потребителей: а – ближайшего; б –
наиболее удаленного; в – диаграмма изменения напряжения на шинах А центра питания
II
P
11
,
I
Q
11
– активная и реактивная мощности, передаваемые ближайшему к центру питания потребителю на интервале времени наибольшей нагрузки.
Аналогично находятся граничные значения
)
(min
1
доп
I
U
,
)
(min
2
доп
I
U
,
)
(max
2
доп
I
U
По такому же принципу рассчитываются предельные значения напряжения для интервала времени с наименьшей нагрузкой
)
(max
1
доп
II
U
,
)
(min
1
доп
II
U
и
)
(max
2
доп
II
U
,
)
(min
2
доп
II
U
3. Определяются падения напряжения на участках сети от точек подключения распределительных трансформаторов до шин питающей подстанции.
Падения напряжения на участках 1-А и 2-А рассматриваемого примера зависят от мощностей нагрузок в узлах 11 и 21 одновременно.
В режиме наибольших нагрузок падения напряжений рассчитываются в соответствии с формулами (69)–(72):
)
(max
1 1
2 1
1 2
1
)
(max
1
)
(
)
(
доп
I
А
I
I
А
I
I
доп
I
А
U
x
Q
Q
r
P
P
U










,
(69)
)
(max
2 2
2 1
2 2
1
)
(max
2
)
(
)
(
доп
I
А
I
I
А
I
I
доп
I
А
U
x
Q
Q
r
P
P
U










,
(70)
)
(min
1 1
2 1
1 2
1
)
(min
1
)
(
)
(
доп
I
А
I
I
А
I
I
доп
I
А
U
x
Q
Q
r
P
P
U










,
(71)
)
(min
2 2
2 1
2 2
1
)
(min
2
)
(
)
(
доп
I
А
I
I
А
I
I
доп
I
А
U
x
Q
Q
r
P
P
U










(72)
Аналогичные расчеты выполняются по формулам (73)–(76) для режима наименьших нагрузок:
)
(max
1 1
2 1
1 2
1
)
(max
1
)
(
)
(
доп
II
А
II
II
А
II
II
доп
II
А
U
x
Q
Q
r
P
P
U










,
(73)
)
(max
2 2
2 1
2 2
1
)
(max
2
)
(
)
(
доп
II
А
II
II
А
II
II
доп
II
А
U
x
Q
Q
r
P
P
U










,
(74)

)
(min
1 1
2 1
1 2
1
)
(min
1
)
(
)
(
доп
II
А
II
II
А
II
II
доп
II
А
U
x
Q
Q
r
P
P
U










,
(75)
)
(min
2 2
2 1
2 2
1
)
(min
2
)
(
)
(
доп
II
А
II
II
А
II
II
доп
II
А
U
x
Q
Q
r
P
P
U










(76)
4. Затем поочередно находятся пределы регулирования напряжения в центре питания, при которых на шинах каждого из характерных потребителей на каждом из временных интервалов напряжение не выходит за рамки требуемого диапазона.
В рассматриваемом примере наибольшее напряжение на шинах А, соответствующее верхней допустимой границе напряжения в узле потребителя 11, определим по формуле
)
(max
1
)
(max
1
)
11
(max
доп
I
A
доп
I
I
А
U
U
U




(77)
Предельное напряжение на шинах А, обеспечивающее минимально допустимое напряжение в узле потребителя 11, найдем по аналогичному выражению:
)
(min
1
)
(min
1
)
11
(min
доп
I
A
доп
I
I
А
U
U
U




(78)
Полученный диапазон


)
11
(max
)
11
(min
I
А
I
А
U
U
отметим на диаграмме (рис. 91, в).
Таким же образом по формулам (79) и (80) рассчитаем предельные значения в узле А, гарантирующие допустимые уровни напряжений в узле 21 в режиме наибольшей нагрузки у наиболее удаленного потребителя:
)
(max
2
)
(max
2
)
21
(max
доп
I
A
доп
I
I
А
U
U
U




,
(79)
)
(min
2
)
(min
2
)
21
(min
доп
I
A
доп
I
I
А
U
U
U




(80)
Результаты расчета


)
21
(max
)
21
(min
I
А
I
А
U
U
также отразим на диаграмме (рис.
91, в).
Зона пересечения интервалов формирует диапазон напряжения на шинах центра питания А, при котором в режиме наибольшей нагрузки обеспечивается требуемое качество электроэнергии в узлах 11 и 21, т. е. на шинах ближайшего и наиболее удаленного потребителей одновременно.

Подобным образом выполняются расчеты для всех других интервалов времени. В приводимом примере требуется проведение расчета только для режима наименьших нагрузок.
5. По расположению допустимых диапазонов напряжения на каждом из временных интервалов делается вывод о возможности централизованного регулирования напряжения.
Если на всех временных отрезках с разными уровнями потребляемой мощности имеются области пересечения допустимых диапазонов напряжения в питающем узле, обеспечивающих выполнение нормативных требований у всех потребителей одновременно, то централизованное регулирование напряжения в принципе возможно.
Если хотя бы на одном участке времени допустимые диапазоны напряжений не пересекаются, то реализовать централизованное регулирование без каких-либо специальных мер нельзя.
Для сближения зон допустимых напряжений на шинах центра питания можно:

изменить на длительный период коэффициенты трансформации распределительных трансформаторов с помощью устройств ПБВ
(сезонное регулирование);

изменить параметры сети.
Если перечисленные технические решения не обеспечивают пересечение допустимых диапазонов, в рамках которых выполняются нормативные требования, то в этом случае используют средства местного регулирования напряжения, устанавливаемые в отдельных узлах сети.
6.
Если принципиальная возможность централизованного регулирования напряжения подтверждается в течение всех суток, то далее решается вопрос об обеспечении требуемого закона регулирования.
Предпочтение на каждом временном интервале отдается среднему значению напряжения в общем допустимом диапазоне
cp
A
U