Файл: Актуальность и основные понятия дисциплины.pdf

В соответствии со средним значением напряжения из допустимого для всех потребителей диапазона
cp
A
U
выбираются для определенного времени суток рациональные ступени устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) питающего трансформатора или автотрансформатора.

6.2.
Определение закона централизованного регулирования
напряжения
Цель лекции: получить представление о принципах определения закона централизованного регулирования напряжения.
Задачи лекции:

узнать, какие задачи решаются при определении закона централизованного регулирования;

выяснить, какие методики применяются при определении закона централизованного регулирования;

ознакомиться с сущностью расчетно-инструментальной методики по определению закона централизованного регулирования напряжения.
6.2.1. Задачи, решаемые при реализации централизованного
регулирования напряжения, и методы их решения
Централизованное регулирование напряжения в сетях среднего (СН) и низкого (НН) напряжения направлено на обеспечение требуемых отклонений напряжения в точках передачи электроэнергии.
При определении закона централизованного регулирования напряжения решаются следующие основные задачи:

оцениваются потери напряжения в сетях НН и СН;

рассчитываются допустимые диапазоны изменения напряжений в различных узлах сети;

определяются требуемые законы регулирования компенсирующих устройств;

выбираются регулировочные отпайки трансформаторов с ПБВ;

выполняется проверка фактических отклонений напряжений на соответствие установленным нормам;

при необходимости корректируются законы регулирования напряжения или разрабатываются дополнительные мероприятия по регулированию напряжения.

Решение указанных задач возможно на основе расчетных и расчетно- инструментальных методик.
Расчетные методики базируются на применении специализированных программ. С их помощью анализируются режимы работы сети, оперативно оцениваются потери напряжения, рассчитываются допустимые диапазоны отклонений напряжения в узлах сети и производится настройка регулирующих устройств. Существенным недостатком расчетных методов является невысокая точность. Это объясняется низкой достоверностью исходных данных, таких как мощность нагрузки или параметры элементов сети. Кроме того, расчетные методы не очень надежны при оценке соответствия реальных диапазонов отклонений напряжения требуемым значениям.
Более точными и в настоящее время более перспективными являются расчетно-инструментальные методики. Они основываются на применении современных приборов, применяемых для контроля показателей качества электроэнергии. С их помощью потери и отклонения напряжения в сетях могут быть измерены. Это более достоверный подход, позволяющий разрабатывать и осуществлять регулирующие меры, адекватные реальным изменениям напряжения в узлах сетей.
6.2.2. Расчетно-инструментальная методика по определению закона
централизованного регулирования напряжения
6.2.2.1. Общие положения
Задачи регулирования напряжения решаются одновременно для всей распределительной сети, присоединенной к одному центру питания (ЦП).
Критерий правильности решения задачи регулирования напряжения – отклонение напряжения от номинального значения для всех электроприемников сети не должны превышать технически допустимых значений отрицательного и положительного отклонений напряжения:
)
(


U
U


и
)
(


U
U


соответственно.

Технически допустимые граничные значения отклонений напряжения
U

, определяемые в узлах сети, электрически смещенных относительно точек передачи электроэнергии, рассчитываются с учетом потерь напряжения от точки передачи до данного узла.
Распределительная сеть может состоять из разветвленной сети среднего напряжения (СН) и некоторой совокупности сетей низкого напряжения (НН) (рис. 92). К любому узлу среднего или низкого напряжения может быть присоединен электроприемник.
При проведении расчетов полагают:

все участки сети и нагрузки являются трехфазными;

все участки сети и нагрузки являются симметричными;

все потребители электроэнергии являются однородными, т. е. их графики нагрузки практически совпадают.
Рис. 92. Принципиальная схема распределительной сети. ЦП – центр питания; ТП – трансформаторный пункт
ТП 1
Сети СН
Линия 1
Линия 2
Линия N
Сети НН и электроприемники
ЦП
ТП 2
ТП 3
ТП 4

Последнее допущение означает, что потери напряжения на всех участках от центра питания до каждого из узлов сети изменяются взаимно пропорционально в зависимости от режима нагрузки.
С достаточной для практических расчетов точностью потери напряжения в элементах сети в режиме наименьших нагрузок центра питания находятся по формуле (81) с учетом коэффициента нагрузки сети (82):
I
II
U
U





, %
(81)
I
II
S
S


,
(82) где
I
S
,
II
S
– мощность элемента сети в режиме наибольшей и наименьшей нагрузки центра питания соответственно;
I
U

,
II
U

– потери напряжения в элементе сети в режиме наибольшей и наименьшей нагрузки центра питания соответственно.
Потери напряжения в сетях СН и НН не должны превышать допустимых значений. В правильно спроектированных сетях потери не превышают значений:



CH
U
7–10 %;



HH
U
7 %.
Выбор регулировочного ответвления распределительного трансформатора зависит от места его подключения к сети СН и потерь напряжения в трансформаторном пункте (ТП). Сеть среднего напряжения делится на зоны, в которых по мере удаления от центра питания потери напряжения в режиме наибольших нагрузок растут на 2,5 %. В каждой из них выбираются одинаковые ступени переключающих устройств распределительных трансформаторов.
Номера регулировочных ответвлений трансформаторов, присоединенных к распределительной сети, зависят от зоны потерь напряжения следующим образом:

от 0 до 2,5 % устанавливается регулировочное ответвление
0
N
=
1;


от 2,5 % до 5% – регулировочное ответвление
0
N
= 2;

от 5 % до 7,5 % – регулировочное ответвление
0
N
= 3;

от 7,5 % до 10 % – регулировочное ответвление
0
N
= 4;

от 10 % до 12,5 % – регулировочное ответвление
0
N
= 5.
В зависимости от выбранной ступени меняется трансформаторная добавка электродвижущей силы (ЭДС) – Е
Т
:

0
N
= 1, Е
Т
= –5 %;

0
N
= 2, Е
Т
= –2,5 %;

0
N
= 3, Е
Т
= 0 %;

0
N
= 4, Е
Т
= 2,5 %;

0
N
= 5, Е
Т
= 5 %.
6.2.2.2. Диапазоны регулирования напряжения в центре питания
Посредством трансформаторов напряжение в сети регулируется дискретно. Поэтому при срабатывании РПН уровень напряжения во всех точках сети изменяется скачком. На питающих подстанциях с трансформаторами 35 кВ и 220 кВ на
T
E
= 1,5 %, 110 кВ – на
T
E
= 1,78 %. В большинстве случаев обходятся несколькими переключениями за сутки.
На подстанциях без специального обслуживающего персонала переключения РПН производятся с помощью устройств автоматического регулирования. Для исключения обратных срабатываний автоматики зона нечувствительности исполнительных устройств

должна быть как можно шире – больше величины ступени регулирования напряжения. Однако чем больше разность (

–
T
E
) и реже срабатывает РПН, тем более грубым является регулирование напряжения в сети. Компромиссным решением между частотой переключения ступеней и точностью регулирования напряжения в сети считается зона нечувствительности автоматических устройств, на 0,5–0,7 % больше ступени регулирования РПН.

Как уже отмечалось, связанными между собой являются такие величины, как интервал регулирования напряжения в центре питания, величина наибольших потерь напряжения в сети среднего напряжения, диапазон изменения нагрузки и число используемых регулировочных ответвлений распределительных трансформаторов (
0
N
). Следующая формула позволяет оценить суточный диапазон регулирования в процентах от номинального напряжения:
)
1
(
))
1
(
5
,
2 3
(
0







N
d
p
, %.
(83)
Необходимые диапазоны регулирования напряжения в сетях 6–20 кВ в зависимости от коэффициента нагрузки сети

имеют примерно следующие значения (табл. 10).
Таблица 10
Диапазоны регулирования напряжения
Потери напряжения в сети 6–20 кВ, %
Коэффициент нагрузки
0–2,5 %
(
0
N = 1)
2,5–5 %
(
0
N = 2)
5–7,5 %
(
0
N = 3)
7,5–10 %
(
0
N = 4)
10–12,5 %
(
0
N = 5)

= 0,6
p
d
= 1,2
%
p
d
= 2,2 %
p
d
= 3,2 %
p
d
= 4,2 %
p
d
= 5,2 %

= 0,4
p
d
= 1,8
%
p
d
= 3,3 %
p
d
= 4,8 %
p
d
= 6,3 %
p
d
= 7,8 %

= 0,2
p
d
= 2,4
%
p
d
= 4,4 %
p
d
= 6,4 %
p
d
= 8,4 %
p
d
= 10,4
%
Находящиеся в эксплуатации устройства регулирования напряжения в большинстве случаев реализуют линейный закон изменения напряжения в зависимости от нагрузки в центре питания. Часто этот закон является не самым лучшим. Особенно это касается сетей с неоднородными нагрузками распределительных трансформаторов. Оптимальным считается закон, когда напряжение меняется ежечасно в течение суток и учитывает нагрузки каждого распределительного трансформатора и суммарную нагрузку всей распределительной сети. Оптимальный закон может существенно отличаться от линейного, реализуемого центром питания (рис. 93).

Расчеты и измерения показывают, что различия оптимального и линейного законов регулирования напряжения в ЦП становятся более существенными с ростом неоднородности нагрузок распределительных трансформаторов и их приближении к питающей подстанции.
Рис. 93. Законы регулирования напряжения в центре питания
6.2.2.3. Определение потерь напряжения в сети
При регулярном контроле качества электричества с помощью современных измерительных приборов собирается вся необходимая информация, позволяющая рассчитать потери напряжения в сети во всех характерных режимах. В частности при периодическом контроле измеряются отклонения напряжения в узлах сети и мощности на входе и выходе трансформаторных пунктов (ТП).
При наличии данных об отклонениях напряжения в начале
H
U

и в конце
K
U

линии можно рассчитать, например, отклонение напряжения в любой точке сети, находящейся на расстоянии
l
от шин трансформаторного
U, %
Линейный
Оптимальный
0
2
4
3
5
6
8
9
200
S, кВ

А
400
600
800

пункта. При равномерном распределении нагрузки вдоль линии отклонения напряжение рассчитывается по формуле
2
*
0 2
*
0 2
*
*
1
)
2
(
)
(
l
l
l
l
U
U
U
U
K
H
H
l











,
(84) где
*
l
– расстояние от шин ТП до точки линии, выраженное в относительных единицах ко всей длине линии
L
;
*
0
l
– расстояние в относительных единицах от шин ТП до ближайшего электроприемника.
Можно также вычислить потери напряжения на участке линии от шин
ТП до любого электроприемника. Например, потери напряжения от ТП до ближайшего потребителя можно рассчитать по формуле
)
1
(
2 2
*
0
*
0
l
l
U
U
K
б






(85)
При инструментальном подходе несложно повысить достоверность оценки потерь напряжения за счет одновременных замеров напряжения в разных точках одного участка сети, получающего питание от данного трансформаторного пункта. Измерительные приборы рекомендуется устанавливать на выходе трансформатора ТП, в наиболее удаленных от ТП точках сети, а также в узлах подключения наиболее мощных электроприемников. При наличии таких данных потери напряжения между
ТП и точкой, где установлено измерительное устройство, находятся как разность отклонений напряжений, измеренных в один и тот же момент времени.
6.2.2.4. Пример расчета по выбору закона регулирования
напряжения
Исходные данные
Требуется определить закон регулирования напряжения в центре питания на шинах 10 кВ для распределительной сети, обобщенная схема которой представлена на рис. 94.