Регулирование напряжения в электрической сети

На шинах подстанций в реальных режимах электрических сетей напряжения, как правило, отличаются от номинального. Это различие напряжений в ГОСТ 13109-97 характеризуется установившемся отклонением напряжения , которое определяется как разность между значением напряжения , усредненного на интервале времени равном одной минуте, и номинальным напряжением

.

На выводах приемников электрической энергии ГОСТом установлены нормально и предельно допустимые значения , которые соответственно равны и . Установившиеся отклонения напряжения будут соответствовать нормам качества электрической энергии, если все измеренные в течение 24 часов значения на входных зажимах электроприемников принадлежат интервалу, ограниченному предельно допустимыми значениями, а 95 % из них находятся в интервале . На шинах 6-10 кВ центров питания (ЦП) допустимые значения могут быть рассчитаны, для этого необходимо иметь информацию о потерях напряжения в сети, находящейся между ЦП и ближайшими и удаленными электроприемниками в рассматриваемых режимах. В данной работе электрические сети напряжением 6-10 кВ не рассматриваются, поэтому в режиме максимальных нагрузок сети рекомендуется обеспечить уровень напряжения на шинах НН подстанций в пределах 1,05 – 1,10 U_ном.

Для обеспечения требуемого качества электрической энергии необходимо осуществить регулирование напряжения, т.е. изменение уровней напряжения с помощью специальных технических средств, а именно:

1) трансформаторов и автотрансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН);

2) линейных регулировочных трансформаторов.

Основными средствами регулирования напряжения в электрических сетях являются трансформаторы и автотрансформаторы с РПН. В случае переменной нагрузки ПУЭ рекомендуют осуществлять встречное регулирование, суть которого заключается в том, что в период наибольших нагрузок на шинах 6-10 кВ ЦП должно обеспечиваться поддержание напряжения не ниже 105 % U_ном. В режиме наименьших нагрузок напряжение уменьшают до величины, как можно более близкой к U_ном.

Трансформаторы с РПН имеют специальное переключающее устройство, позволяющее изменять число витков обмотки высшего напряжения без отключения нагрузки. При этом меняется коэффициент трансформации трансформаторов. Число ступеней регулировочных ответвлений и диапазон регулирования указываются в таблицах с паспортными данными трансформаторов. Целью расчетов регулирования напряжения является определение достаточности диапазона регулирования РПН для поддержания желаемого уровня напряжения U_Нж.

В результате электрического расчета сети определены напряжения на шинах НН подстанций, приведенные к ВН - . Действительные напряжения на этих шинах можно получить, разделив на номинальный коэффициент трансформации n_{Т ном}:

. (4.1)

Если это напряжение отличается от желаемого значения U_Нж, то рассчитывается необходимое ответвление регулируемой обмотки высшего напряжения U_отв:

. (4.2)

По найденному напряжению ответвления U_отв выбирается ближайшее стандартное ответвление РПН трансформатора :

, (4.3)

где - напряжение одной ступени регулирования, %; n – номер ступени РПН.

Для сети, состоящей из линий электропередачи напряжением 220 кВ и 110 кВ, необходимо произвести регулирование напряжения на шинах среднего напряжения с помощью РПН автотрансформаторов. В настоящее время автотрансформаторы с высшим напряжением 220 кВ выпускаются с РПН, встроенном на линейном конце обмотки среднего напряжения, это позволяет изменять коэффициент трансформации только для обмоток ВН-СН. Желаемый коэффициент трансформации определяется оптимизационными расчетами по специальным программам, цель которых – уменьшение потерь активной мощности в сети 110 кВ. В данной курсовой работе оптимизация режима по напряжению не производится, а на выводах 110 кВ автотрансформаторов рекомендуется поддерживать максимально возможное значение напряжения (1,1 ), но при условии, что на остальных подстанциях, присоединенных к этой сети, диапазона регулирования РПН достаточно для осуществления встречного регулирования.

Трехобмоточные трансформаторы напряжением 110/35/6-10 кВ выполняются с РПН в нейтрали обмотки высшего напряжения, а обмотка СН имеет ПБВ, переключение ответвлений которого осуществляется при отключении трансформатора от сети. Поэтому переключения ПБВ производятся редко, как правило, при сезонном изменении нагрузки.

Данный раздел заканчивается определением значений напряжения на шинах НН подстанции после регулирования.

Пример 9.

Осуществить регулирование напряжения на шинах 110 кВ подстанции 1 (рис. 3.4). Шинам 110 кВ подстанции 1 соответствует узел 8 схемы замещения сети (рис. 3.5). Напряжение , приведенное к ВН равно 207,014 кВ, действительное напряжение U₈ = 108,907 кВ.

Автотрансформаторы имеют РПН, встроенное со стороны линейных выводов обмотки СН, диапазон регулирования , кВ, кВ.

Увеличив напряжение до 121 кВ, можно снизить нагрузочные потери активной мощности и энергии в линиях 110 кВ и трансформаторах подстанций 2, 3, 4, 5.

Желаемое значение напряжения U_{8 ж} = 121 кВ будет получено при коэффициенте трансформации, отличающемся от номинального

. (4.4)

Из этого уравнения определяется напряжение ответвления, кВ:

, (4.5)

.

Напряжение одной ступени РПН, кВ:

.

Номер ступени РПН:

При n = 6 стандартное ответвление РПН автотрансформатора равно, кВ

.

Напряжение на шинах 110 кВ подстанции 1 после регулирования

.

Добавка напряжения, создаваемая РПН автотрансформатора, равна, кВ

.

Регулирование напряжения в узле 8 приведет к изменению напряжения в узлах 9, 10, 11, 12. Чтобы не выполнять электрический расчет вновь, можно приближенно считать, что напряжения на шинах НН, приведенные к ВН, для подстанций увеличатся на величину добавки напряжения .

Напряжение на шинах НН подстанции 1 (узел 7) U₇ = 32,62 кВ, что ниже номинального. Для повышения напряжения до величины необходимо дополнительно установить последовательно с обмоткой НН автотрансформатора линейный регулировочный трансформатор ЛТДН-63000/35 с =38,5 кВ и диапазоном регулирования %. Добавка напряжения , создаваемая этим трансформатором должна быть равна, кВ

;

.

Напряжение одной ступени ЛТДН, кВ

.

Номер ступени регулировочного трансформатора

.

При значении , напряжение на шинах низкого напряжения с учетом добавки напряжения равно, кВ

.

Пример 10.

На подстанции установлен трехфазный трехобмоточный трансформатор ТДТН-10000/110, имеющий устройство РПН с диапазоном регулирования %, установленное на стороне высшего напряжения. На стороне среднего напряжения установлено устройство ПБВ ( %). В результате расчетов параметров режима максимальных нагрузок напряжение на шинах низшего напряжения, приведенное к высшему напряжению, получили равным кВ, а на шинах среднего напряжения кВ. Номинальные напряжения обмоток кВ, кВ, кВ.

Требуется осуществить встречное регулирование напряжения. Напряжение на шинах среднего напряжения не должно превышать , т.е. 38,5 кВ.

Решение.

Действительное напряжение на шинах низкого напряжения при номинальном коэффициенте трансформации равно, кВ

.

В соответствии с встречным регулированием напряжение в режиме максимальных нагрузок должно быть не ниже 10,5 кВ. Если принять желаемое значение напряжения кВ, то напряжение ответвления РПН можно определить из условия

.

Ступень РПН, которой соответствует данное напряжение ответвления находится из условия

откуда

Округляя номер ступени до ближайшего целого значения можно определить напряжение на шинах низшего напряжения при найденном коэффициенте трансформации

.

Напряжение на шинах среднего напряжения при регулировании с помощью РПН

.

Напряжение на шинах среднего напряжения превышает . Следовательно, ПБВ необходимо перевести из нейтрального положения на определенную ступень. Вопрос выбора номера ступени должен решаться с учетом всех режимов, так как ПБВ можно переключать только при выводе трансформатора из работы. Выбор ступени ПБВ должен производиться таким образом, чтобы на подстанциях, присоединенных к сети 35 кВ, диапазон регулирования РПН был достаточен для осуществления встроенного регулирования. При работе с ответвлением % напряжение будет равно, кВ

,

что соответствует желаемому.

Пример 11.

На подстанции установлен трансформатор ТДН-10000/110. В ре­жиме наибольших нагрузок на шинах высшего напряжения поддержи­вается напряжение, равное 104 кВ. При этом нагрузка составляет (МВ∙А). Необходимо осуществить встречное регулирование напряжения на шинах низшего напряжения таким образом, чтобы оно составило 10,5 кВ. Трансформатор оснащен устройством РПН (± 9 х 1,78 %). Номиналь­ный коэффициент трансформации 115/11. Сопротивление трансформа­тора (Ом).

Решение.

1. Схема замещения трансформатора:

2. Мощность определяется как сумма и потерь мощности в обмотках трансформатора, МВ∙А:

3. Напряжение на шинах низшего напряжения, приведенное к стороне высшего напряжения, кВ

4. Действительное напряжение на шинах низшего напряжения:

Действительное напряжение не соответствует желаемому, следовательно необходимо осуществить регулирование.

5. Напряжение ответвления, при котором на шинах НН ПС будет поддерживаться напряжение 10,5 кВ, равно

.

6. Требуемое :

.

7. Номер ступени:

.

8. Номер ответвления округляется до ближайшего целого значения и определяется действительное напряжение на шинах низшего напряжения при работе на выбранной ступени регулирования.

Ближайшее целое число равно 7. При определении знака ступени регулирования руководствуемся величиной действительного напряжения на шинах низшего напряжения . Из сравнения и можно сделать вывод о необходимости увеличивать до значения , что, в свою очередь, возможно за счет уменьшения коэффициента трансформации. Следовательно для обеспечения необходимого уровня напряжения необходимо работать на ступени :

9. При числе ступеней , стандартное напряжение ответвления, кВ

;

а напряжение

.

Таким образом, диапазона РПН достаточно для осуществления встречного регулирования.