Для подробного рассмотрения встречного регулирования напряжения используем схему замещения, показанную на рис.2,а, где трансформатор представлен как два элемента – сопротивление трансформатора и идеальный трансформатор. На рис.2,а, приняты следующие обозначения:
Напряжение на шинах ВН районной пс U 2в =U 1 -U 12
Напряжения на шинах ВН и НН отличаются на величину потерь напряжения в трансформаторе U т, и, кроме того, в идеальном тр-ре напряжение понижается в соответствии с коэффициентом трансформации, что необходимо учитывать при выборе регулировочного ответвления.
На рис 2,б представлены графики изменения напряжения для двух режимов: наименьших и наибольших нагрузок. При этом по оси ординат отложены значения отклонений напряжения в % номинального. Процентные отклонения имеются в виду для всех V и U на поле этого рисунка.
Из рис.2,б (штриховые линии) видно, что если n Т =1, то в режиме наименьших нагрузок напряжения у потребителей будут выше, а в режиме наибольших нагрузок – ниже допустимого значения (т.е. отклонения U больше допустимых). При этом приемники электроэнергии, присоединенные к сети НН (например, в точках А и В), будут работать в недоступных условиях. Меняя коэффициент тр-ра районной пс n Т, изменяем U 2н, т.е. регулируем напряжение (сплошная линия на рис.2,б).
В режиме наименьших нагрузок уменьшают напряжение U 2н до величины, как можно более близкой к U ном. В этом режиме выбирают такое наибольшее стандартное значение n Т. чтобы выполнялось следующее условие: U 2н.нм U ном.
В режиме наибольших нагрузок увеличивают напряжение U 2н до величины, наиболее близкой к 1,05 – 1,1U ном. В этом режиме выбирают такое наибольшее стандартное значение n Т, чтобы выполнялось следующее условие:
U 2н.нб (1,051,1)U ном.
Таким образом, напряжение на зажимах потребителей, как удаленных от центра питания – в точке В, так и близлежащих – в точке А, вводится в допустимые пределы. При таком регулировании в режимах наибольших и наименьших нагрузок напряжение соответственно повышается и понижается. Поэтому такое регулирование называют встречным.
Задания для самостоятельной работы:
1. Источники реактивной мощности в ЭЭС.
2. Виды, назначение, способы подсоединения устройств компенсации реактивной мощности, характеристики их качества.
3. Влияние КУ на режимы электрических сетей.
4. Выбор компенсирующих устройств.
Лекция 15. Определение номинального напряжения проектируемой сети. Особенности выбора и проверки сечений в разомкнутых и простых замкнутых сетях.
Определение номинального напряжения проектируемой сети. Особенности выбора и проверки сечений в разомкнутых и простых замкнутых сетях для линий электропередачи и электрических сетей в нормальных и послеаварийных режимах.
Расчет режимов линий электропередач в послеаварийных режимах
Наиболее тяжелые – выход из строя и отключение участков 1-2 и 3-4 (ближайших к источнику питания). Проанализируем эти режимы и определим наибольшую потерю напряжения U нб в режиме, когда отключен участок 4-3 рисунок е). Обозначим наибольшую потерю напряжения U 1-3 ав.
В режиме, когда отключен участок 1-2 (рисунок ж), наибольшую потерю напряжения обозначим U 4-2 ав.
Надо сравнить U 1-3 ав. и U 4-2 ав. и определить наибольшую потерю напряжения U ав.нб Если линия с двусторонним питанием имеет ответвления ----- (рисунок з))
То определение наибольшей потери напряжения усложняется.
Так, в нормальном режиме надо определить потери напряжения U 1-3 , U 4-3 , U 1-2-5 , сравнить их и определить U нб.
1) По времени суток.
Используется, если параметры суточного графика остаются стабильными изо дня в день. На рисунке 4.12.а) приведен пример графика напряжения на шинах ЦП при отсутствии регулирования напряжения. При этом отмечается значительное снижение напряжения в дневное время.
Рис. 4.12. Суточные графики: а) без регулирования, б) с одноступенчатым регулированием напряжения
На рисунке 4.12.б) приведен пример графика, полученного при одноступенчатом регулировании напряжения. Переключение отпаек производится дважды в сутки – утром и вечером, благодаря чему дневное напряжение повышается.
Для автоматизации регулирования можно использовать либо электрочасы с контактами, либо программное реле времени.
2) По напряжению (закон стабилизации напряжения).
При таком законе регулирования автоматический регулятор обеспечивает с определенной степенью точности поддержание напряжения на шинах 6-10 кВ ЦП на уровне, определяемом напряжением уставкиUзад (задающим напряжением).
Примерный график отклонений напряжения по цепи электропередачи для случая стабилизации напряжения в ЦП приведен на рис.4.13, где
Режим минимальных нагрузок (min режим);
Режим максимальных нагрузок (max режим);
БАУРПН - блок автоматического управления регулятором напряжения под нагрузкой;
ε - ширина зоны нечувствительности (Зона);
δ - допустимая ошибка регулирования, δ = ε / 2;
Е – ступень регулирования;
Δt- выдержка времени отстройки от кратковременных изменений напряжения.
ЭС – энергосистема;
Zлэп – сопротивление ЛЭП 110 кВ,
Zл – сопротивление ЛЭП 6-10 кВ;
D - добавка напряжения, зависящая от положения переключателя отпаек;
ТН - измерительный трансформатор напряжения;
ТТ – измерительный трансформатор тока;
АД – высоковольтный асинхронный двигатель;
ТП – трансформаторная подстанция.
Контролируемое напряжение Uчерез ТН поступает на вход БАУРПН, где вычисляется ошибка: ОШ = U - Uзад. В зависимости от соотношения величин фактической (ош) и допустимой (δ) ошибок с выхода блока поступают команды на переключатель отпаек:
OIII > δ → команда «Понизить напряжение».
- |OIII| < |δ| → нет команды.
OIII < -δ → команда «Повысить напряжение».
Рис.4.13. Автоматическое регулирование напряжения в ЦП по закону стабилизации
Величина ступени регулирования Е зависит от конструкции трансформатора (указывается в паспорте на трансформатор), обычно лежит в пределах E = (1,2 - 1,8) %.
Зоной нечувствительности (мёртвой зоной) ε называют некоторый диапазон изменения контролируемого напряжения, в котором не происходит срабатывание регулирующей аппаратуры. Величина зоны нечувствительности ε определяет точность регулирования, которая обозначается ±δ где δ% - величина, равная половине зоны нечувствительности. Зона нечувствительности регулятора должна быть больше ступени регулирования Е на величину, порядка 0,2-0,5%, т.к. иначе регулятор будет работать неустойчиво, т.е. будет иметь место колебательный режим работы регулятора и переключающего устройства.
Из графика рис.4.13 видно, что несмотря на стабильный уровень напряжения в ЦП, напряжение на зажимах ЭП изменяется в зависимости от изменения тока нагрузки. Диапазон этих отклонений тем выше, чем больше сопротивление линий электропередачи Zл и чем больше разница между токами нагрузки в максимальном и минимальном режимах.
Рис.4.14 Процесс регулирования с помощью переключения отпаек трансформатора
Выдержка времени в регуляторах служит для предотвращения их работы при кратковременных отклонениях напряжения от заданного значения. При увеличении выдержки времени уменьшается общее количествопереключений, однако одновременно снижается и качество регулирования. При уменьшении выдержки временикачество регулирования повышается, однако при этом увеличивается частота переключений и их общее число. Это ухудшает условия работы переключающих устройств. Практически выдержка времени выбирается в пределах 1-3 мин.
Для оценки влияния указанных величин на точность регулирования рассмотрим процесс регулирования, изображённый на рис.4.14.
В начальный момент времени 0 регулируемое напряжение находилось внутри зоны нечувствительности регулятора (ε). Далее в момент времени 1, понижающееся напряжение вызвало срабатывание чувствительного органа регулятора и начался отсчёт времени. По истечении выдержки времени t1 в момент 2 подаётся команда на переключение отпайки и через время t2 (время работы переключающего механизма) напряжение скачком возрастает на величину, определяемую ступенью регулирования (E) и вновь оказывается внутри зоны ε. В промежуток времени 4, 5, 6 происходит аналогичный процесс переключения с той лишь разницей, что переключатель возвращается в прежнее положение. В промежуток времени 7, 8 произошло кратковременное понижение напряжения, на которое регулятор не среагировал, т.к. его выдержка времени t1 оказалась больше, чем длительность этого понижения напряжения t3.
Встречное регулирование напряжения
При встречном регулировании стабильный уровень напряжения обеспечивается не на шинах ЦП, а в некоторой удаленной от ЦП точке электрической сети. Она называется “контрольной” или “фиктивной” точкой.
При этом автоматический регулятор обеспечивает с определенной степенью точности уровень напряжения на шинах ЦП, равный сумме напряжения уставки Uзад и потери напряжения от ЦП до фиктивной точки ΔU:
Uцп =Uзад +ΔU =Uзад +IZл.
Иначе говоря, напряжение в ЦП зависит от тока нагрузки, оно растет с увеличением тока нагрузки.
Рис.4.15. Зависимость напряжения в ЦП от тока нагрузки при встречном регулировании (I",Uцп",I"",Uцп"" – ток нагрузки и напряжение в ЦП вmin иmaxрежимах)
Для реализации такого закона в регуляторе должен быть смоделирован участок электрической сети от ЦП до фиктивной точки. Это моделирование осуществляется с помощью специального сопротивления токовой компенсации, через которое пропускается ток нагрузки. Величина этого сопротивления служит вторым (после Uзад) параметром встречного закона и приближенно определяется по формуле
Для реализации встречного закона измеряются и подаются на вход регулятора напряжение U (с трансформатора ТН) и ток нагрузки I (с трансформатора ТТ). В результате напряжение на шинах ЦП в максимальном режиме (днем) будет выше, чем в минимальном (ночью) (см. рис. 4.15 и 4.16).
Рис.4.16. Автоматическое регулирование напряжения в ЦП по встречному закону
Примерный график отклонений напряжения в эл. сети при встречном регулировании напряжения в ЦП приведён на рис.4.16. Фиктивная точка в данном примере выбрана на шинах РП 6-10 кВ.
Для подробного рассмотрения встречного регулирования напряжения используем схему замещения, показанную на рис. 5.2, а, где трансформатор представлен как два элемента - сопротивление трансформатора и идеальный трансформатор. На рис. 5.2, а приняты следующие обозначения: U1 - напряжение на шинах центра питания; U2в - напряжение на шинах первичного напряжения (ВН) районной подстанции; U2н - напряжение на шинах вторичного напряжения (НН) районной подстанции; U3 - напряжение у потребителей.
Напряжение
на шинах ВН районной подстанции:
Напряжения на шинах ВН и НН отличаются на величину потерь напряжения в трансформаторе ∆UТ, и, кроме того, в идеальном трансформаторе напряжение понижается в соответствии с коэффициентом трансформации, что необходимо учитывать при выборе регулировочного ответвления.
На рис. 5.2,б представлены графики изменения напряжения для двух режимов: наименьших и наибольших нагрузок. При этом по оси ординат отложены значения отклонений напряжения в процентах номинального. Процентные отклонения имеются в виду для всех V и ∆U на поле этого рисунка.
Из рис. 5.2,б (штриховые линии) видно, что если п т=1, то в режиме наименьших нагрузок напряжения у потребителей будут выше, а в режиме наибольших нагрузок- ниже допустимого значения (т.е. отклонения U больше допустимых). При этом приемники электроэнергии, присоединенные к сети НН (например, в точках А и В), будут работать в недопустимых условиях. Меняя коэффициент трансформации трансформатора районной подстанциип т, изменяем U2H, т. е. регулируем напряжение (сплошная линия на рис. 5.2,б).
В режиме наименьших нагрузок уменьшают напряжение U2H величины, как можно более близкой к UHОМ. В этом режиме выбирают такое наибольшее стандартное значение п т, чтобы выполнялось следующее условие: U2H.НМ> UHОМ
В режиме наибольших нагрузок увеличивают напряжение U2Н до величины, наиболее близкой к 1,05-1,1UHОМ. В этом режиме выбирают такое наибольшее стандартное значение п т, чтобы выполнялось следующее условие: U2H.НБ >(1.05÷1,1) UHОМ
Таким образом, напряжение на зажимах потребителей, как удаленных от центра питания - в точке В, так и близлежащих - в точке А, вводится в допустимые пределы. При таком регулировании в режимах наибольших и наименьших нагрузок напряжение соответственно повышается и понижается. Поэтому такое регулирование называют встречным.
23 Регулирование напряжения на электростанциях.
Изменение напряжения генераторов возможно за счет регулирования тока возбуждения. Не меняя активную мощность генератора, можно изменять напряжение только в пределах ±0,05UНОМ.Г, т.е. от 0,95UНОМ.Г до 1,05UНОМ.Г
При UНОМ.С=6кВ номинальное напряжение генератораUНОМ.Г = 6,3 кВ и диапазон регулирования 6-6,6 кВ. ПриUНОМ.С=10кВ напряжение генератораUНОМ.Г =10,5 кВ и диапазон регулирования 10-11 кВ.
Отклонение напряжения на выводах генератора более чем на ±5 % номинального приводит к необходимости снижения его мощности. Этот диапазон регулирования напряжения (±5 %) явно недостаточен.
Поэтому диапазон изменения напряжения у генератора, составляющий только 10 %, явно недостаточен. Генераторы электростанций являются только вспомогательным средством регулирования по двум причинам: 1) недостаточен диапазон регулирования напряжения генераторами; 2) трудно согласовать требования по напряжению удаленных и близких потребителей.
Как единственное средство регулирования генераторы применяются только в случае системы простейшего вида - типа станция - нераспределенная нагрузка. В этом случае на шинах изолированно работающих электростанций промышленных предприятий осуществляется встречное регулирование напряжения. Изменением тока возбуждения генераторов повышают напряжение в часы максимума нагрузок и снижают в часы минимума.
Повышающие трансформаторы на электростанциях ТДЦ/110 с номинальным напряжением обмотки ВН Uв.ном=110 кВ и часть из ТДЦ/220 сUв.ном = 220 кВ, как и генераторы, являются вспомогательным средством регулирования напряжения, потому что также имеют предел регулирования ±2х2,5%Uв.ном и с их помощью нельзя согласовать требования по напряжению близких и удаленных потребителей. Повышающие трансформаторы ТЦ и ТДЦ сUв.ном=150, 330-750 кВ выпускаются без устройств для регулирования напряжения. Поэтому основным средством регулирования напряжения являются трансформаторы и автотрансформаторы районных подстанций.