Регулирование напряжения

Одним из основных способов регулирования напряжения является применение на крупных понизительных подстанциях, являющихся центрами нагрузок, устройств РПН (регулирование под нагрузкой), которые позволяют в зависимости от текущего режима непрерывно производить переключение числа витков обмоток трансформаторов без их отключения и поддерживать тем самым необходимый уровень напряжения на шинах низшего напряжения этих подстанций [1,с.205-210]. При этом в соответствии с принципом так называемого «встречного регулирования» в часы наибольших нагрузок на шинах низшего напряжения поддерживается напряжение, на 5...10% выше номинального. При снижении нагрузки его постепенно снижают, доводя до величины на 0...5% выше номинального значения. При таком законе регулирования в центре нагрузок напряжение на шинах большинства электроприемников удается удерживать в рамках, предписываемых стандартом, во всех режимах без применения каких-либо дорогостоящих средств. Серийные устройства РПН, встраиваемые в трансформаторы, имеют определенный диапазон регулирования, и при расчете необходимо проверять достаточность этого диапазона для обеспечения встречного регулирования во всех режимах, включая и послеаварийные.

На цеховых подстанциях промышленных предприятий и на внутриквартальных подстанциях систем электроснабжения городов используют трансформаторы с устройствами ПБВ (переключение без возбуждения). Они позволяют производить редкие (поскольку это связано с необходимостью отключения трансформатора) переключения обмоток, подстраиваясь под сезонные изменения нагрузки. Расчет такого регулирования сводится к определению наивыгоднейшего ответвления, обеспечивающего (при условии встречного регулирования в центре нагрузок) соответствие стандарту напряжения у потребителей независимо от суточных колебаний нагрузки.

В отдельных случаях, когда потребители находятся на значительном удалении, или когда питающие линии сильно перегружены, рассмотренных мер становится недостаточно, и для регулирования напряжения используют устройства поперечной или продольной компенсации. При поперечной компенсации компенсирующие устройства уменьшают реактивную мощность, текущую по питающим линиям. Поэтому уменьшается потеря напряжения, и напряжение у потребителя возрастает. Расчет такого способа регулирования сводится к определению необходимой мощности компенсирующих устройств. При продольной компенсации компенсируется реактивное сопротивление питающей сети, что также приводит к уменьшению потери напряжения и возрастанию напряжения у потребителя. При выборе установок продольной компенсации рассчитывается их мощность, реактивное сопротивление, а также падение напряжения.

В линиях большой протяженности напряжением 110 кВ и выше в первые годы эксплуатации, пока их нагрузка невелика, иногда возникает режим, при котором за счет генерации реактивной мощности самой линией напряжение в конце линии значительно больше, чем в начале. Чтобы обезопасить электрооборудование приемной подстанции от перенапряжений, на конце таких линий устанавливают шунтирующие реакторы, которые, нагружая линию реактивной мощностью, создают в ней дополнительную потерю напряжения. При расчете таких режимов необходимо определить напряжения в конце линии при суточных изменениях нагрузки и сравнить их с допустимыми значениями.

ЗАДАЧА 7.1. На понизительной подстанции 110/6 кВ установлены 2 трансформатора ТМН-6300/110 с пределами регулирования напряжения 115+9×1,78%/6,6 кВ. Нагрузка подстанции в режимах наибольших и наименьших нагрузок составляет и . Напряжения на шинах ВН подстанции в этих режимах равны и . Определить, можно ли на данной подстанции осуществить принцип встречного регулирования напряжения и на каких регулировочных ответвлениях при этом должны работать трансформаторы.

РЕШЕНИЕ. Составляем схему замещения подстанции. Параметры схемы замещения берём из задачи 1.6. Рассматриваем данную подстанцию, как участок сети.

Так как по условию задачи задано напряжение в начале участка и нагрузка в конце, то вторичное напряжение подстанции определяем на основе выражения:

Отсюда:

или

Вторичное напряжение подстанции , приведённое к первичному явно больше, чем , поэтому в последнем выражении используем только знак “+”. Определяем вторичное напряжение для двух режимов.

Исходя из принципа встречного регулирования напряжения желаемые величины напряжений на шинах 6 кВ подстанции составляют:

Определяем расчётные значения напряжений регулировочных ответвлений.

здесь - низшее номинальное напряжение трансформаторов.

Определяем номера регулировочных ответвлений:

Здесь - высшее номинальное напряжение трансформаторов;

- относительная величина ступени регулирования напряжения.

Полученные значения не выходят за пределы имеющихся в ±9 ступеней, следовательно диапазон регулирования напряжения в данных условиях достаточен. Так как номер ответвления может быть только целым числом, полученные значения округляем до ближайших меньших целых чисел:

Делаем проверку. Определяем для этих ответвлений коэффициенты трансформации:

Находим действительные напряжения, которые будут на стороне низшего напряжения подстанции при работе трансформаторов на этих ответвлениях:

ЗАДАЧА 7.2. На понизительной подстанции установлены два трансформатора ТМН-2500/110. Номинальное низшее напряжение подстанции 10кВ. Расчётные нагрузки подстанции в режимах наибольшей и наименьшей нагрузки составляют:

Оценить достаточность диапазона регулирования напряжения трансформаторов, исходя из требований встречного регулирования, если на шинах высшего напряжения подстанции в режиме наибольших нагрузок поддерживается 104,2 кВ; в режиме наименьших нагрузок 116 кВ, а в наиболее тяжелом послеаварийном режиме 94,2 кВ.

РЕШЕНИЕ. Составляем схему замещения подстанции:

Номинальные данные трансформаторов берём из [1,табл.П.7]:

Пределы регулирования: +10×1,5%;

-8×1,5%.

Определяем параметры схемы замещения подстанции:

Производим расчёт для режима наибольших нагрузок. Мощность в начале схемы замещения трансформатора:

Потеря напряжения в трансформаторах подстанции:

Напряжение на шинах низшего напряжения, приведённое к высшему:

Желаемое напряжение на шинах 10 кВ:

Расчётное значение напряжения регулировочного ответвления:

Относительная величина ступени регулирования:

Номер регулировочного ответвления:

Так как номер ответвления может быть только целым числом, то полученное значение округляем до ближайшего меньшего целого числа, то есть принимаем . Сравнивая это число с количеством имеющихся у трансформатора ответвлений в сторону уменьшения высшего напряжения , приходим к выводу, что в режиме наибольших нагрузок диапазон регулирования достаточен.

Определяем коэффициент трансформации для этого ответвления:

Находим действительную величину напряжения на шинах низшего напряжения:

Производим аналогичный расчёт для режима наименьших нагрузок:

Принимаем . Так как имеющееся у трансформаторов число ответвлений в сторону увеличения высшего напряжения составляет 10, то делаем вывод, что и в режиме наименьших нагрузок диапазон регулирования напряжения достаточен.

Продолжаем расчёт для этого режима:

Расчёт для послеаварийного режима произведём при условии наибольших нагрузок:

Самое последнее ответвление у трансформаторов в сторону уменьшения высшего напряжения - это ответвление , следовательно, в наиболее тяжёлом послеаварийном режиме диапазона регулирования окажется недостаточно для осуществления принципа встречного регулирования.

Коэффициент трансформации трансформаторов на этой ступени:

При этом коэффициенте напряжение на шинах низшего напряжения подстанции составит:

а по условиям встречного регулирования в режиме наибольших нагрузок требуется поддерживать 10,5 кВ.

ЗАДАЧА 7.3. На понизительной подстанции 220/110/35 кВ установлены 2 автотрансформатора АТДЦТН-200000/220/110. На стороне среднего напряжения автотрансформаторов имеются устройства РПН с диапазоном регулирования ±6×2%. Нагрузка подстанции на шинах 110 кВ в режиме наибольших нагрузок ; в режиме наименьших нагрузок .

На шинах 35 кВ соответственно и .

Напряжение на шинах 220кВ в этих режимах составляет и . При этом на шинах 110 кВ в этих режимах необходимо поддерживать соответственно и .

Оценить достаточность диапазона регулирования напряжения автотрансформаторов и определить напряжения, которые будут в этих режимах на шинах 35 кВ. Параметры автотрансформатора и его схемы замещения взять из задачи 1.8.

РЕШЕНИЕ. Составляем схему замещения подстанции и определяем её параметры.

Так как по условию, на подстанции имеется 2 автотрансформатора, то параметры сопротивлений схемы замещения подстанции определяем путём деления на 2 соответствующих сопротивлений автотрансформатора:

Производим расчёт для режима наибольших нагрузок. Начинаем с расчёта потокораспределения:

Определяем напряжения на шинах СН и НН, приведённые к высшему напряжению.

Расчётное значение напряжения регулировочного ответвления находим, исходя из выражения для желаемого коэффициента трансформации:

или

Определяем номер регулировочного ответвления:

Определяем напряжение на шинах 110 кВ, соответствующее этому ответвлению:

Повторяем расчёт для режима наименьших нагрузок. Рассчитываем потокораспределение:

(потерями, ввиду их малости, пренебрегаем);

Рассчитываем напряжения:

Определяем номер регулировочного ответвления:

.

Так, как устройство РПН установлено на стороне 110 кВ, то есть на той же стороне, где по условию задачи требуется регулировать напряжение, то в качестве номера регулировочного ответвления выбираем ближайшее большее целое число n=-3 и определяем действительное напряжение на шинах 11О кВ в режиме наименьших нагрузок:

Таким образом, диапазон регулирования достаточен для обеспечения на стороне 110 кВ заданных напряжений.

Определяем напряжения на шинах 35 кВ:

ЗАДАЧА 7.4. Цеховая двухтрансформаторная подстанция 10/0,4 кВ питается от шин ГПП по двухцепной радиальной кабельной линии с сопротивлением . На подстанции установлены трансформаторы ТМ-1600/10, снабжённые устройствами ПБВ с дополнительными ответвлениями . Нагрузка подстанции в режимах наибольших и наименьших нагрузок соответственно составляет:

и

Определить наивыгоднейшее ответвление, на котором должны работать трансформаторы, а также напряжения, которые при этом будут на шинах 0,4 кВ, если на шинах 10 кВ ГПП в этих режимах поддерживается напряжение и

РЕШЕНИЕ. Составляем схему замещения данного участка сети.

Параметры схемы замещения линии заданы, параметры схемы замещения подстанции определяем, исходя из параметров трансформаторов [1,табл.П.6]:

Производим расчёт режима при наибольшей нагрузке подстанции:

Рассчитываем режим при наименьшей нагрузке подстанции:

В соответствии с ГОСТ 13109-87 отклонения напряжения в сети 0,4 кВ не должны превышать . Среднюю величину желаемого напряжения на шинах 0,4 кВ определим, как среднеарифметическое наибольшего и наименьшего допустимых значений.

Определяем расчётную величину напряжения ответвления и номер наивыгоднейшего ответвления:

Принимаем и находим соответствующий этому ответвлению коэффициент трансформации:

Находим напряжения и отклонения напряжения на шинах 0,4 кВ подстанции в режимах наибольших и наименьших нагрузок при работе на данном ответвлении:

Отклонение

Отклонение

ЗАДАЧА 7.5. Трансформатор ТМ-630/10, имеющий устройство ПБВ с ответвлениями , подключён к ВЛ-10 кВ, выполненной проводом А-35 длиной 7,6 км. Наибольшая нагрузка трансформатора , наименьшая . Напряжение на шинах 0,4 кВ должно поддерживаться в пределах 385...400 В.

Определить наивыгоднейшее ответвление, а также вторичные напряжения при работе на этом ответвлении, если в начале линии в режимах наибольших и наименьших нагрузок поддерживаются напряжения соответственно 10,63 кВ и 10,26 кВ.

РЕШЕНИЕ. Составляем схему замещения рассматриваемого участка сети. Параметры линии берём из задачи 1.1,параметры трансформатора из [1,табл.П.6]:

Производим расчёт режима наибольших нагрузок:

Повторяем расчёт для режима наименьших нагрузок:

Желаемое напряжение на шинах 0,4 кВ определим, как среднеарифметическое его наибольшего и наименьшего допустимых значений.

Теперь находим расчётную величину напряжения ответвления и номер наивыгоднейшего ответвления:

Принимаем ближайшее целочисленное значение и находим соответствующий этому ответвлению коэффициент трансформации.

Определяем действительные напряжения на шинах 0,4 кВ в режимах наибольших и наименьших нагрузок.

ЗАДАЧА 7.6. При работе сети 110 кВ в наиболее тяжёлом послеаварийном режиме на шинах 10 кВ одной из понизительных подстанций при её наибольшей нагрузке удаётся поддерживать напряжение (используя последнее регулировочное ответвление) лишь 10,1 кВ, что не соответствует принципу встречного регулирования. В целях повышения напряжения принято решение использовать компенсирующие устройства на стороне 10 кВ подстанции. Определить их мощность, необходимую для повышения этого напряжения до 10,5 кВ, если реактивное сопротивление сети, питающей подстанцию . На подстанции установлены трансформаторы типа ТДН-10000/110.

РЕШЕНИЕ. Трансформаторы данного типа согласно [1,табл.П.7] имеют регулировочных ответвлений при и .Реактивное сопротивление трансформатора . Определяем коэффициент трансформации трансформатора при работе на последнем, в сторону уменьшения первичного напряжения, ответвлении.

Рассматриваемый участок сети имеет два номинальных напряжения - 110 кВ (питающая сеть) и 10 кВ (место установки компенсирующих устройств). Поэтому дальше возможны два варианта решения, в зависимости от того, к какому напряжению приводить параметры.

Вариант 1. Приводим реактивные сопротивления сети и трансформатора к стороне 10кВ и определяем необходимую мощность компенсирующих устройств:

Вариант 2. Находим значения имеющегося и желаемого напряжений на стороне 10 кВ, приведённые к стороне 110 кВ.

Определяем необходимую мощность компенсирующих устройств.

ЗАДАЧА 7.7. Нагрузка получает питание по ВЛ-10 кВ длиной 23 км. Погонные параметры линии , . В начале линии поддерживается напряжение 10,5 кВ. Определить параметры установки продольной компенсации (УПК), обеспечивающей напряжение на нагрузке не менее 9,6 кВ.

РЕШЕНИЕ. Определяем параметры схемы замещения линии:

;

Рассчитываем полный ток линии и его составляющие при наименьшем допустимом напряжении на нагрузке 9,6 кВ.

Находим потерю напряжения в линии без УПК:

Находим напряжение в конце линии без применения УПК:

Определяем рабочую мощность УПК:

Находим напряжение на конденсаторах УПК и необходимую номинальную мощность УПК на фазу, соответствующую его номинальному напряжению:

[4, табл. 6.23].

Выбираем в качестве УПК конденсаторы КСП-0,66-40У1 с номинальной мощностью 40 квар и ёмкостью 292 мкФ.

Делаем поверочный расчёт. Реактивное сопротивление конденсатора УПК:

Реактивная мощность, вырабатываемая конденсаторами УПК:

Поток мощности в конце линии:

Потери мощности в линии:

Поток мощности в начале линии:

Потеря напряжения в линии при наличии УПК:

Напряжение на нагрузке:

ЗАДАЧА 7.8. Для питания районной понизительной подстанции 500/110 кВ спроектирована одноцепная ЛЭП-500 кВ длиной 450 км (параметры ЛЭП определены в задаче 1.3). В первые годы эксплуатации нагрузка подстанции прогнозируется в пределах от до .Напряжение в начале линии кВ. В целях ограничения повышения напряжения в конце линии при её малой загрузке предполагается установить на подстанции шунтирующие реакторы РОДЦ-60000/500 У1 (по одному на фазу) и подключить их к шинам 500 кВ. Оценить эффективность этой меры, считая допустимым напряжением в конце линии . Активными потерями в линии пренебречь.

РЕШЕНИЕ. Вначале определим напряжения в конце линии без шунтирующих реакторов. Поскольку длина линии более 3ОО км, то необходимо учесть распределённость параметров. Поэтому расчёт проводим, представляя линию в виде пассивного четырёхполюсника с коэффициентами, определяемыми по [2,табл.6.84].

Определяем напряжение в конце линии в наиболее тяжёлом с точки зрения повышения напряжения режиме, то есть на холостом ходу. Поскольку при этом , то:

При нагрузке ток в конце линии составляет:

Определяем напряжение в конце линии при этой нагрузке:

Как на холостом ходу, так и при данной небольшой нагрузке напряжение в конце линии превышает допустимую величину.

Определяем реактивный ток, потребляемый шунтирующими реакторами. Необходимые параметры реакторов берём из [4,табл.5.18]:

Определяем напряжение в конце линии с подключёнными реактора ми на холостом ходу:

Находим ток и напряжение в конце линии, когда линия нагружена.

Таким образом, применение шунтирующих реакторов является достаточно эффективной мерой снижения напряжения в конце мало загруженной ЛЭП-500 кВ.