Показатели качества электроэнергии

Регулирование напряжения компенсацией РМ потребителей. При подключении параллельно нагрузке источника РМ (рис. 3.3) напряжение на нагрузке возрастает за счет уменьшения продольной составляющей падения напряжения, что легко усматривается из векторной диаграммы (рис. 3.4)

Если нагрузка задана в виде мощности, то без учета  поперечной составляющей

10.6)

где – мощности нагрузки в конце линии, МВт, Мвар; – мощность источника реактивной мощности (ИРМ), Мвар; – напряжение в конце линии после подключения ИРМ, кВ.

 

Рисунок 10.3- Регулирование напряжения с помощью источника РМ

 

 

Рисунок 10.4- Векторная диаграмма напряжений линий при наличии установки поперечной компенсации

 

Мощность компенсирующего устройства источника РМ для обеспечения  желаемого уровня напряжения

(10.7)

где  – желаемый уровень напряжения в конце линии, кВ;  
– реактивное сопротивление линии, Ом;  – мощность ИРМ, Мвар.

Выражение (3.7) служит для определения  мощности любого источника РМ: БК, СК, СД.

Компенсирующий эффект установки  поперечной компенсации не зависит  от изменения нагрузки, поэтому рассматриваемый  метод регулирования напряжения не используется в сетях с резкопеременными нагрузками. Исключением является применение регулируемых статических компенсаторов  РМ (СТК) (рис. 3.5) и быстродействующих  СК либо СД. Скорость изменения генерируемой ими РМ соизмерима со скоростью набросов РМ резкопеременной нагрузки.

Cтатический компенсатор дает возможность плавно регулировать РМ, выдаваемую в сеть (рис.10.5).

Регулирование напряжения изменением коэффициентов трансформации  трансформаторов. Силовые трансформаторы по способу регулирования коэффициента трансформации можно разбить на две группы:

с переключением без возбуждения (ПБВ); для изменения коэффициента трансформации трансформатор необходимо отключать от сети;

с регулированием под нагрузкой (РПН); изменение коэффициента трансформации  производится без отключения трансформатора от сети.

Трансформаторы с ПБВ имеют, как правило, кроме основного  ответвления четыре дополнительных: +5%, +2,5%; –2,5%;   –5% номинального напряжения. Переключения производятся в отключенном  состоянии не чаще 2 раз в год, т.е. носят сезонный характер.

Переключение  отпаек трансформаторов с РПН  более эффективно. Диапазон изменения  коэффициента трансформации составляет (±10 ¸ ±16)% при шаге регулирования (1,25 – 2,5)%. Устройство РПН может быть либо со сдвоенным реактором, либо с активными сопротивлениями.

Рассмотрим кратко работу РПН.

Если устройство РПН оборудовано сдвоенным реактором (рис. 10.5), то в нормальном режиме переключатели П1 и П2 замкнуты на одну отпайку, и ток протекает по обоим плечам реактора, сопротивление которого мало, так как обмотки включены встречно и контакты К1 и К2 замкнуты.

 

Рис. 10.5. Схема переключающего устройства РПН на базе сдвоенного реактора

 

 

Требование к встречному регулированию  в центре питания таково: в максимальном режиме должно быть (1,05 – 1,08)U_ном, а в минимальном – 1,0U_ном. Желаемый коэффициент трансформации в максимальном режиме определится как и округляется  до ближайшего табличного значения . Данному

а)	б)

Рисунок 10.6- Схема регулирования напряжения устройством РПН в автотрансформаторе:

а – с реверсом в линейном выводе обмотки СН; б – на ВН без реверса

коэффициенту  трансформации соответствует относительное  по отношению к номинальному число  рабочих витков обмотки  ВН . Тогда желаемое напряжение на шинах НН

,

(10.8)

где – действительное напряжение на шинах НН, полученное из расчета максимального режима, приведенное к уровню ВН трансформатора; – желаемый уровень напряжения на стороне НН трансформатора в режиме максимальной нагрузки.

Желаемый коэффициент трансформации  между обмотками ВН и СН определяют, исходя из желаемого уровня напряжения на шинах СН

,

(10.9)

где – действительное напряжение на шинах СН, полученное из расчета максимального режима и приведенное к уровню ВН; – желаемый уровень напряжения на шинах СН в режиме максимальной нагрузки.

С учетом относительного числа витков ПБВ  обмотки СН

,

(10.10)

где – номинальные напряжения соответственно обмоток ВН и СН.

Из (10.10) получается

.

(10.11)

Значение  округляется до ближайшего табличного значения. Определяют относительное число витков ПБВ для трех режимов, вычисляют среднее значение, которое и определяет отпайку ПБВ на рассматриваемый сезон.

 

Рис. 10.7- Интерпретация влияния запаса РМ источника питания на эффективность регулирования напряжения с помощью устройства РПН

Использование РПН эффективно в  случаях, когда ЭП находится за относительно небольшим сопротивлением, то есть имеется достаточный запас по РМ.

При большом  сопротивлении между источником и потребителем потери напряжения велики. Статические характеристики источника  и нагрузки представлены на рис. 10.7.

Изменить  потерю напряжения в сети можно, увеличив крутизну характеристики источника  питания  с помощью компенсации индуктивного сопротивления линий. Другая возможность – уменьшить крутизну характеристики подключением параллельно нагрузке дополнительного ИРМ.

Если известно напряжение на стороне  ВН трансформатора, коэффициент трансформации  для двухобмоточного трансформатора выбирается следующим образом.

,

(10.12)

где  – отношение напряжения регулировочного ответвления к номинальному напряжению сети со стороны ВН трансформатора; – отношение номинального напряжения обмотки НН трансформатора к номинальному напряжению сети со стороны этой обмотки трансформатора.

Связь между  первичным и вторичным напряжениями трансформатора

(10.13)

где – мощность нагрузки трансформатора, МВ^_.А; – действительное напряжение на стороне ВН трансформатора, кВ; – желаемое напряжение на шинах НН трансформатора, кВ;  – сопротивление трансформатора, Ом.

В относительных единицах (3.13) будет  иметь вид

,

(10.14)

откуда

.

(10.15)

Полагая как желаемое значение, получаем напряжение ответвления РПН:

.

(10.16)

 

При работе устройства РПН напряжение изменяется только по модулю, т.е. имеет место  продольное регулирование напряжения. Если в процессе регулирования изменяется не только модуль напряжения, но и его  фаза, такое регулирование называют поперечным. Его можно обеспечить с помощью вольтодобавочного  трансформатора (рис. 10.8).

 

Рисунок 10.8- Схема подключения  одной фазы вольтодобавочного трансформатора к силовому трансформатору

Вольтодобавочный трансформатор  состоит из двух трансформаторов: питающего  и последовательного. Первичная  обмотка последовательного трансформатора включается последовательно с обмоткой ВН силового трансформатора, а вторая обмотка через устройство РПН  подключена ко вторичной обмотке  питающего трансформатора. Первичная  обмотка питающего трансформатора подключается к сети.

При совпадении векторов ЭДС последовательного  и силового трансформаторов коэффициент  трансформации возрастает; при встречном, очевидно, уменьшается.

 

Лекция 11

Снижение колебаний напряжения

Разделение нагрузок. Для разделения резкопеременной и спокойной нагрузок  могут использоваться различные схемы и устройства. Наиболее простой является схема, основанная на использовании сдвоенного реактора: спокойные и резкопеременные нагрузки подключаются к различным секциям (обмоткам) реактора. Благодаря тому, что коэффициент взаимоиндукции между секциями , падения напряжения в каждой из них при токах нагрузки и представляются выражением

,                               (11.1)

где  – индуктивное сопротивление секции реактора; – коэффициент взаимоиндуктивной связи; .

В идеальном  случае, когда  , оказывается

.

Падение напряжения за счет взаимоиндуктивной  связи уменьшается на 50–60 %. При  снижение значения будет, очевидно, меньшим. Размахи изменения напряжения зависят от сопротивления питающей ЭС до шин, к которым подключен реактор (рис. 11.1, 11.2).

Применение описанной схемы  для подключения ДСП и мощных электродвигателей позволяет в  ряде случаев обеспечить

 

Рисунок 11.1-. Схема электроснабжения предприятия (до реконструкции)

 

 

 

Рисунок 11.2- Схема электроснабжения предприятия (после реконструкции)

на шинах «спокойной» нагрузки колебания напряжения, которые не превосходят ПДЗ.

Для резкопеременных  и спокойных нагрузок применяются  также трансформаторы с расщепленными  обмотками. В случае подключения  к одной ветви обмотки НН трансформатора спокойной нагрузки, а к другой – резкопеременной связь между  значениями размахов изменения напряжения на соответствующих шинах  и можно представить в виде

,                         (11.2)

где  – коэффициент расщепления, равный 3,34–3,64. В среднем принимается =3,5.

При использовании  трансформаторов с расщепленными  обмотками для сетей 6–10 кВ с ДСП  небольшой мощности КН на шинах «спокойной»  нагрузки также могут быть в допустимых пределах.

Применение  сдвоенного реактора более эффективно в случае, когда коэффициент связи  между обмотками (секциями) равен  единице; последнее возможно при  использовании реакторов со стальным магнитопроводом. В этом случае можно  подобрать параметры реактора таким  образом, чтобы исключить влияние  падения напряжения, обусловленного нагрузкой смежной секции в сопротивлении  электрической сети. Соотношение  между сопротивлениями сети и реактора с учетом коэффициента трансформации k_тр между обмотками его имеет вид . Реактор, сопротивление которого отвечает этому соотношению, называется настроенным.

Однако  при изменении сопротивления  системы, что всегда имеет место  на практике, эффективность работы реактора ухудшается. Исключить эксплуатационную расстройку системы возможно, если оборудовать реактор системой регулирования настройки, например, путем подмагничивания магнитопровода постоянным током.

Применение  установок ПК для снижения КН наиболее эффективно при преобладании реактивного  сопротивления линии, т.е. когда отношение  велико, а также при низких значениях коэффициента мощности. При пиковых нагрузках применение ПК оказывается эффективным средством уменьшения размахов изменения напряжения, что широко используется для электроснабжения сварочных установок и рудно-термических печей.

Обычно устройства ПК включаются последовательно со сварочными или печными трансформаторами, т.е. параллельно ветви намагничивания трансформатора. В образовавшемся феррорезонансном контуре при резких изменениях нагрузки, шунтировании или расшунтировании  БК возможно возникновение феррорезонанса токов и субгармонических колебаний^*. Вследствие триггерного эффекта в этом случае возникают 8–10-кратные увеличения тока и перенапряжения на БК с кратностью 2–2,5. Появление субгармоник может привести к возникновению субгармонического резонанса, при котором наблюдаются периодические КН; в результате становится заметным мигание ламп, возникают периодические колебания частоты вращения роторов электродвигателей. Значительные субгармоники напряжения наблюдались в сети реверсивного прокатного стана, где была применена ПК. Заметим, что незначительные субгармоники всегда имеются в амплитудных спектрах токов и напряжений сетей прокатных станов; они вызваны малыми изменениями нагрузки.