Тема: Выбор регулирующих устройств

Лекция № 5

Условия эксплуатации заранее неизвестны, они изменяются в зависимости от местных условий: удаленности от источника питания, характера изменения нагрузок, потери напряжения и т. п.

При проектировании электрических сетей должны выполняться требования ГОСТ 13109-67 в отношении допустимых режимов напряжения для эффективного функционирования, как потребителей электроэнергии, так и других объектов ЭЭС. Для этого в процессе проектирования необходимо выбирать наиболее приемлемые регулирующие устройства, места их установки, диапазоны регулирования и способы управления ими.

На каждой ступени трансформации потери напряжения в относительных единицах равны: , где - мощность трансформатора в относительных единицах.

При трех-четырех трансформациях потери напряжения в сети составляют 0,3-0,4 . Если принять , а , то при этих условиях потери напряжения в процентах в режимах наибольших и наименьших нагрузок составляют соответственно

, .

Отсюда следует, что диапазон изменения напряжения у потребителя составляет:

.

Повышающие трансформаторы на электростанциях с номинальным напряжением кВ, как и генераторы являются вспомогательным средством регулирования напряжения, потому что также имеют предел регулирования и с их помощью нельзя согласовывать требования по напряжению близких и удаленных потребителей.

Трансформаторы и автотрансформаторы снабжают специальными регулировочными ответвлениями, изменяющими их коэффициент трансформации. Регулировочные ответвления могут переключаться без возбуждения (ПБВ), т. е. с отключением трансформатора, или регулироваться под нагрузкой (РПН). Устройства РПН обычно располагаются на стороне высшего напряжения (ВН) трансформаторов или на стороне среднего напряжения (СН) автотрансформаторов.

Трансформаторы с РПН дороже, чем трансформаторы с ПБВ. Удорожание тем больше, чем меньше номинальная мощность трансформатора. Это связано с тем, что стоимость устройства РПН мало зависит от номинальной мощности трансформатора.

В понижающих распределительных трансформаторах с ПБВ имеются основное и четыре дополнительных ответвления.

Основное ответвление имеет напряжение, равное номинальному напряжению сети —6, 10, 20 кВ. При этом ответвлении коэффициент трансформации называют номинальным. Дополнительные ответвления отличаются от номинального соответственно на +5; + 2,5; —-2,5 и —5%; ПБВ с двумя дополнительными ответвлениями: + 5 и —5%. Изменение регулировочных ответвлений в трансформаторах с ПБВ требует их отключения. Поэтому оно производится редко, практически только при ^сезонном изменении нагрузки.

Повышающие трансформаторы с кВ выпускаются без устройств для регулирования напряжения (РПН). Поэтому основным средством регулирования напряжения являются трансформаторы и автотрансформаторы релейных подстанций.

В качестве регулирующих устройств используются регулирующие трансформаторы РТ, а также компенсирующие устройства, которые практически всегда требуются для обеспечения технических требований и условий экономичности.

Трансформаторы с обмотками ВН напряжением 35 кВ и выше, как правило, должны изготовляться с РПН. Число регулировочных ответвлений в них достаточно велико. Например, для трансформаторов 110 кВ помимо основного ответвления 115 кВ имеется еще восемнадцать ответвлений. При этом коэффициент трансформации может изменяться в пределах ± 9 • 1,78% = ± 16% номинального. Устройство РПН на регулируемой части обмотки трансформатора или автотрансформатора имеет передвижные контакты, контакторы, используемые при производстве переключений, и токоограничивающее сопротивление. Изменение коэффициента трансформации при этом может производиться вручную или автоматически.

Ниже приведены основные положения о необходимости применения регулируемых трансформаторов с РПН на всех приемных подстанциях, включаемых в питающие сети и осуществляющих электроснабжение распределительных сетей.

Современные понижающие трансформаторы с высшим напряжением 35 кВ и более, как правило, снабжаются устройствами РПН. При этом трансформаторы имеют достаточно большой регулировочный диапазон. Например, трансформаторы с высшим напряжение 110 кВ имеют диапазон регулирования – 16% – +16%, а с высшим напряжением 220 кВ – 12% – +12%.

Нерегулируемые трансформаторы могут устанавливаться только в отдельных частных случаях, например, при достаточно постоянной нагрузке и почти неизменном подводимом напряжении. Каждый раз возможность установки трансформатора без РПН должна специально выясняться.

Регулирующие устройства должны выбираться с учетом наиболее экономичного использования средств компенсации реактивной мощности, которые предусматриваются в проектируемых сетях для баланса реактивной мощности или устранения резких колебаний напряжения и выполняют одновременно функции устройств, регулирующих напряжение в электрических сетях.

В зависимости от назначения сетей применяются разные подходы к выбору регулирующих устройств при проектировании. В питающих сетях целью выбора их являются повышение технико-экономических показателей работы сетей за счет снижения потерь мощности и электроэнергии из-за изменения уровней напряжения, создание условий с позиций требований ГОСТ 13109-67 в отношении питания распределительных сетей и выполнение ограничений по условиям работы изоляции элементов системы. Исходя из условий работы изоляции превышение напряжения, относительно номинального значения, допускается в питающих сетях до 220 кВ включительно на 15%, в сетях 330 кВ – 10%, а в сетях более высоких напряжений – 5%.

В распределительных сетях основной задачей выбора регулирующих устройств является обеспечение допустимых отклонений напряжений на зажимах потребителей, т.е. стабилизируется U=const±5%.

В распределительных сетях основной задачей выбора регулирующих устройств является обеспечение допустимых отклонений напряжений () на зажимах потребителей.

При проектировании новых сетей ориентируются, прежде всего, на типовые решения, которые реализованы в практических условиях с максимальной эффективностью. При этом в правильно спроектированной сети регулирование напряжения в ЦП должно быть основным и достаточным для обеспечения необходимых уровней напряжения у большинства потребителей. Средства местного регулирования напряжения могут предусматриваться только для потребителей с большой удаленностью от ЦП или с неоднородными нагрузками, существенно изменяющимися во времени. Кроме того, установка средств местного регулирования напряжения может потребоваться при различных напряжениях на разных секциях шин ЦП в случае применения трансформаторов с расщепленными обмотками или сдвоенных реакторов.

При проектировании электрических сетей необходимо выбирать такие типы, мощности и места расположения регулирующих устройств, чтобы обеспечивались нормальные режимы работы всей ЭЭС. При этом должен учитываться экономический эффект от наиболее рационального применения всех спроектированных устройств в процессе их последующей эксплуатации. Такой учет производится приближенно на основании данных эксплуатации существующих сетей и располагаемых перспективных данных развития системы.

Выбираемые регулирующие устройства по мере изменения условий работы сетей должны допускать необходимую корректировку нормализации качества напряжения изменением рабочего положения регулировочных ответвлений трансформаторов, уставки автоматических регуляторов напряжения, согласования законов регулирования разных устройств.

Линейный регулятор (ЛР) (рис.- 1) представляет собой последовательный регулировочный трансформатор. Его кон­такты А и Б включаются последовательно с линией или с обмоткой трансформатора, не имеющего устройства РПН. Линейный регулятор состоит из трансформатора а и питающего трансфор­матора б, выполненных, в одном баке с маслом. Первичная обмотка питающего трансформатора (контакты В и Г) присое­диняется к сети переменного тока установки. Первичная обмотка питающего трансформатора (контакты В и Г) присое­диняется к сети переменного тока установки.

Рисунок 1- Принципиальная схема одной. фазы линейного регулятора

При помощи регу­лирующего устройства с подвижными контактами в и г и токоограничивающим сопротивлением Р можно изменять значение и направление напряжения, подведенного к первичной обмотке последовательного трансформатора. При этом изменяются зна­чения и фаза добавочной э. д. с. в обмотке высшего напряжения ЛР. Линейные регуляторы изготовляют на номинальные мощ­ности от 400 кВА до 125 МВА с различными номинальными напряжениями. Добавочная э. д. с, получаемая с помощью ЛР, может изменяться в пределах ±10-15% (±6 ступеней) вруч­ную или автоматически. Линейные регуляторы значительно до­роже встроенных устройств для регулирования коэффициента трансформации в трансформаторах с РПН. В сетях напряже­нием 6—10 кВ ЛР выполняются в виде автотрансформаторов.

Выбранные регулирующие устройства должны обеспечивать заданные пределы регулирования напряжения, критерием которых является отклонение напряжения U от номинального значения для всех ЭП, присоединенных к рассматриваемой сети, т.е. удовлетворять условию

,

где , - технически допустимые значения отклонения напряжения.

Пределы регулирования напряжения определяют по двум предельным режимам сети, обусловленным наибольшими и наименьшими нагрузками. При этом условии разность между отклонениями напряжения в режимах наибольших и наименьших нагрузок в каком-либо пункте сети, называемая диапазоном отклонений напряжения d= - .

Чтобы обеспечить допустимые диапазоны отклонений напряжения у ЭП, должны выполняться следующие условия:

1.- подводимое напряжение со стороны питающей сети к понижающим трансформаторам должно находиться в установленных пределах;

2.- установки управляющих устройств РПН понижающих трансформаторов необходимо выбирать с учетом заданных требований регулирования напряжения;

3.- потери напряжения в распределительных сетях СН и НН не должны превышать допустимых значений;

4.- трансформаторы должны присоединяться к сети через специально подобранные регулировочные ответвления.

Вывод:

Допустимые пределы изменения напряжения, подводимого со стороны сети, определяются диапазоном регулирования напряжения понижающих трансформаторов с РПН и отклонениями напряжения на шинах ЦП в режимах наибольших и наименьших нагрузок. При этом должна предусматриваться компенсация потерь напряжения в сети СН и РТ. Необходимые ответвления у РТ определяются местом включения данного трансформатора в сеть СН.

Потери напряжения в сети НН ограничиваются предельно допустимыми отклонениями напряжения у ЭП и ступенями регулировочных ответвлений у РТ.