Специальная часть. Способы регулирования напряжения на понизительной подстанции
Рассмотрим три основных способа регулирования напряжения, а именно конденсаторные установки, устройства РПН и вольтодобавочные трансформаторы.
Конденсаторные установки. Батарея статических конденсаторов (БСК) является источником реактивной мощности. При включении БСК изменяется передаваемая по участкам сети реактивная мощность и, следовательно, потери напряжения:
Создаются возможности регулирования напряжения на понизительных подстанциях:
Вследствие небольшой удельной стоимости, простоты обслуживания, широкого диапазона реактивных мощностей, конденсаторные установки являются наиболее распространёнными местными источниками реактивной мощности.
Реактивная мощность, генерируемая батареей, квадратично зависит от напряжения:
где 
– угловая частота, рад.;
– ёмкость конденсаторной батареи.
Отсюда следует основной недостаток БСК – отрицательный регулирующий эффект, то есть значительное уменьшение генерации реактивной мощности при снижении напряжения на её зажимах. Снижение генерации реактивной мощности способствует дальнейшему снижению напряжения. Существуют регулируемые конденсаторные установки, в которых число включенных конденсаторов изменяется автоматически в зависимости от режима работы электрической сети [6, с. 173].
С помощью конденсаторной батареи компенсируется часть реактивной мощности узла нагрузки, тем самым уменьшается реактивная мощность, потребляемая узлом из сети, до величины
В результате коэффициент мощности 
улучшается до значения 
(рис. 18).
Рисунок 18 – Компенсация дефицита реактивной мощности в узле сети
В данном курсовом проекте произведено выравнивание коэффициента мощности в питающей сети ( 
с подключением конденсаторных установок на шины 10 кВ понизительных подстанций (централизованная компенсация).
Устройства РПН. Вследствие падения напряжения в трансформаторе и в питающей сети колебания нагрузок вызывают колебания вторичного напряжения трансформатора. Поэтому возникает необходимость регулирования напряжения трансформатора, то есть изменения коэффициента трансформации. Это можно осуществить путём изменения числа включенных в работу витков первичной или вторичной обмотки трансформатора. Регулировочные ступени выполняются на стороне ВН, так как меньший по значению ток позволяет облегчить переключающее устройство.
Устройство РПН позволяет переключать ответвления обмотки трансформатора без разрыва цепи. Переключение под нагрузкой требует более сложного переключающего устройства, чем переключение без возбуждения (ПБВ). Устройство РПН используется в трансформаторах при необходимости частого или непрерывного регулирования напряжения. Регулирование напряжения предусматривается в различных пределах (от 
до 
. Например, для трансформаторов ТРДЦН-160000/220, установленных на подстанции 1 с устройством РПН 
, коэффициент трансформации может изменяться от 
до 
:
Это позволяет обеспечить требуемый уровень напряжения у потребителя как в нормальном максимальном, так и в послеаварийном режимах работы (см. приложения В,Г).
Вольтодобавочные трансформаторы. Для регулирования напряжения под нагрузкой на мощных трансформаторах и автотрансформаторах применяются также вольтодобавочные трансформаторы (ВДТ). У ВДТ вторичная обмотка включается в сеть последовательно, а первичная питается от специального регулировочного трансформатора (РТ). У последнего в общем случае имеются две обмотки d и q. Обмотка d создаёт продольную составляющую напряжения 
, совпадающую по фазе с напряжением питающей сети или сдвинутую относительно его на 180°, а обмотка q создаёт поперечную составляющую напряжения 
, сдвинутую относительно напряжения рассматриваемой фазы сети на 90° (рис. 19).
Рисунок 19 – Вольтодобавочный трансформатор
Напряжения и можно регулировать независимо друг от друга, и в результате первичное напряжение ВДТ
а также его вторичное напряжение 
, которое складывается с напряжением сети 
, можно изменять по величине и по фазе. Напряжение сети за ВДТ
Регулирование напряжения всех фаз производится одновременно. Трансформаторы с двумя обмотками d и q вследствие их сложности и дороговизны применяются относительно редко. Чаще используются трансформаторы только с обмоткой d, осуществляющие продольное регулирование напряжения [7, с. 352].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В курсовом проекте была спроектирована районная электрическая сеть 110-220 кВ. В первом разделе проекта были рассмотрены 4 варианта схемы сети, составленные с учётом требований ПУЭ, связанных с категорией потребителей по степени надёжности их электроснабжения. Был выбран радиально-магистральный вариант сети, как наиболее выгодный по натуральным показателям. Для данного варианта были выбраны площади сечения проводников ЛЭП, силовые трансформаторы, а также проведён технико-экономический расчёт и посчитаны годовые потери электроэнергии. Во втором разделе курсового проекта были выполнены расчёты нормального максимального и послеаварийного режимов на ЭВМ с помощью программы «Режим» и определён действительный уровень напряжения на шинах НН понизительных подстанций. Во всех узлах сети обеспечен требуемый уровень напряжения потребителей как в нормальном максимальном, так и в послеаварийном режимах работы. В спецчасти проекта рассмотрены способы регулирования напряжения на понизительных подстанциях.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Электроэнергетические системы и сети [Электронный ресурс] : метод. указ. по курсовому проектированию / Сиб. федерал. ун-т ; сост. А. А. Герасименко, Е. С. Кинев, Л. И. Пилюшенко. - Версия 1.0. – Электрон. дан. (2 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008.
2 Высоковольтные конденсаторные установки 6,3-10,5 кВ : техн. информация / ООО «СлавЭнерго» [сайт]. – Ярославль, 2015. – Режим доступа:
http://slavenergo.ru
3 СТО 56947007-29.240.30.010-2008 Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций 35-750 кВ. Типовые решения. – Введ. 20.12.2007. – ОАО «ФСК ЕЭС», 2007. – 132 с.
4 Правила устройства электроустановок [Текст]: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. – Новосибирск: Норматика, 2015. – 464 с., ил.
5 Справочник по проектированию электроэнергетических систем/В. В. Ершевич, А. Н. Зейлигер, Г. А. Илларионов и др.; Под ред. С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 352 с.
6 Передача и распределение электрической энергии / Герасименко А. А., Федин В. Т. – Изд. 2-е. – Ростов н/Д : Феникс, 2008. – 716 с.
7 Вольдек А. И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Изд. 2-е, перераб. и доп. – Л.: Энергия, 1974. – 840 с., ил.
8 СТО 4.2–07–2014 Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности. – Взамен СТО 4.2–07–2012; введ. 30.12.2013. – Красноярск: БИК СФУ, 2014. – 57 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Файлы исходных данных для расчёта нормального максимального режима
Сеть 220 кВ:
1 66 0.001 20/
201 1 1 220/
201 2 1 220/
201 3 1 220/
201 4 1 220/
201 66 1 220 0 0 0 0 242 -500 500/
201 10 1 220 175 55.956/
201 20 1 220 130 41.137/
201 30 1 220 90 29.1/
201 40 1 220 140 46.016/
301 1 66 2 2.25 12.6 0 324/
301 1 2 1 5.45 19.58 0 468/
301 1 66 4 2.94 12.87 0 316.8/
301 1 4 3 4.84 17.4 0 416/
301 1 1 10 0.54 19.85 6.314 36.29 230 230 1.5 0/
301 1 2 20 0.95 31.75 4.348 26.47 230 230 1.5 0/
301 1 3 30 0.95 31.75 4.348 26.47 230 230 1.5 0/
301 1 4 40 0.54 19.85 6.314 36.29 230 230 1.5 0/
Участок 110 кВ:
1 66 0.001 20/
201 66 1 110 0 0 0 0 121 -500 500/
201 5 1 110/
201 50 1 110 20 5.86/
301 1 66 5 9.96 17.08 0 106.4/
301 1 5 50 2.54 55.9 2.231 14.46 115 115 1.78 0/
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Файл исходных данных для расчёта послеаварийного режима
1 66 0.001 20/
201 1 1 220/
201 2 1 220/
201 3 1 220/
201 4 1 220/
201 66 1 220 0 0 0 0 242 -500 500/
201 10 1 220 175 55.956/
201 20 1 220 130 41.137/
201 30 1 220 90 29.1/
201 40 1 220 140 46.016/
301 1 66 2 4.5 25.2 0 162/
301 1 2 1 5.45 19.58 0 468/
301 1 66 4 2.94 12.87 0 316.8/
301 1 4 3 4.84 17.4 0 416/
301 1 1 10 0.54 19.85 6.314 36.29 230 230 1.5 0/
301 1 2 20 0.95 31.75 4.348 26.47 230 230 1.5 0/
301 1 3 30 0.95 31.75 4.348 26.47 230 230 1.5 0/
301 1 4 40 0.54 19.85 6.314 36.29 230 230 1.5 0/
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Результаты расчёта нормального максимального режима
╔═════════╤══════════════╤════════╤════════╤════════╤════════╤══════╤══════╗
║ │Гpаничные узлы│ Пoток P│ Пoток Q│Потеpи P│Потеpи Q│ Ток │ Qc ║
║ │начало│ конец │ МВт │ Mваp │ МВт │ Мваp │ кА │ Мваp ║
╟─────────┼──────┼───────┼────────┼────────┼────────┼────────┼──────┼──────║
║ Номеp │ U │ Фаза │ P ген. │ Q ген.│ P наг. │ Q наг. │ P нб.│ Q нб.║
║ узла │ кВ │ гpад │ МВт │ Мваp │ МВт │ Мваp │ МВт │ Мваp ║
╟─────────┼──────┼───────┼────────┼────────┼────────┼────────┼──────┼──────╢
║ ║
║ Район N= 0 ║
║ ║
1 10 -175.70 -72.05 .39 14.43 .493 .00
1 2 175.70 72.05 3.79 13.63 .482 11.60
Узел 1 222.7 -7.18 .00 .00 .00 .00 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
2 1 -179.50 -61.41 3.79 13.63 .482 12.67
2 20 -130.58 -54.16 .35 11.71 .351 .00
2 66 310.08 115.57 4.47 25.03 .815 8.77
Узел 2 232.7 -3.74 .00 .00 .00 .00 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
3 30 -90.40 -36.05 .17 5.61 .243 .00
3 4 90.40 36.05 .79 2.85 .234 11.15
Узел 3 231.5 -4.34 .00 .00 .00 .00 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
4 3 -91.19 -16.23 .79 2.85 .234 11.52
4 40 -140.57 -56.12 .22 8.21 .372 .00
4 66 231.76 72.36 3.07 13.42 .590 8.77
Узел 4 235.3 -2.82 .00 .00 .00 .00 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
10 1 175.00 55.96 .39 14.29 .490 .00
Узел 10 216.5 -11.28 .00 .00 175.00 55.96 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
20 2 130.00 41.14 .35 11.59 .349 .00
Узел 20 225.7 -8.20 .00 .00 130.00 41.14 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
30 3 90.00 29.10 .17 5.53 .241 .00
Узел 30 226.7 -7.44 .00 .00 90.00 29.10 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
40 4 140.00 46.02 .22 8.10 .369 .00
Узел 40 230.7 -5.72 .00 .00 140.00 46.02 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
66 2 -314.55 -122.33 4.47 25.03 .815 9.49
66 4 -234.83 -67.73 3.07 13.42 .590 9.28
Узел 66 242.0 .00 549.38 190.06 .00 .00 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
║ Номер бал.уз. - 66 Точность расчета - .00 Температура- 20.00 ║
║ Число узлов- 9 Число ветвей- 8 Число тр-ов- 4 Число итераций- 4 ║
║ Потеpи мощности в сети: активной - 13.26 МВт ║
║ реактивной - 94.88 Мвар ║
║ Потеpи в линиях - 12.12 МВт 54.94 Мваp ║
║ Потеpи в тpансфоpматоpах - 1.14 МВт 39.95 Мваp ║
║ Генеpация pеактивной мощности в линиях - 83.25 Мвар ║
║ Суммаpная генеpaция - 549.38 МВт, потpебление - 535.00 MBт ║
║ ------------ Потери мощности на напряжении 220 кВ ---------------------- ║
║ Потеpи в линиях - 12.12 МВт 54.94 Мваp ║
║ Потеpи в тpансфоpматоpах - 1.14 МВт 39.95 Мваp ║
║ Потери холостого хода в трансформаторах 1.13 MBт 6.66 Mвap ║
║ Потери мощности в шунтах .00 MBт .00 MBap ║
║ Среднее напряжение в узлах - 229.317 кB ║
╚══════════════════════════════════════════════════════════════════════════╝
╔═════════╤══════════════╤════════╤════════╤════════╤════════╤══════╤══════╗
║ │Гpаничные узлы│ Пoток P│ Пoток Q│Потеpи P│Потеpи Q│ Ток │ Qc ║
║ │начало│ конец │ МВт │ Mваp │ МВт │ Мваp │ кА │ Мваp ║
╟─────────┼──────┼───────┼────────┼────────┼────────┼────────┼──────┼──────║
║ Номеp │ U │ Фаза │ P ген. │ Q ген.│ P наг. │ Q наг. │ P нб.│ Q нб.║
║ узла │ кВ │ гpад │ МВт │ Мваp │ МВт │ Мваp │ МВт │ Мваp ║
╟─────────┼──────┼───────┼────────┼────────┼────────┼────────┼──────┼──────╢
║ ║
║ Район N= 0 ║
║ ║
5 50 -20.12 -7.91 .08 1.87 .106 .00
5 66 20.12 7.91 .32 .56 .104 .74
Узел 5 118.2 -1.09 .00 .00 .00 .00 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
50 5 20.00 5.86 .08 1.85 .105 .00
Узел 50 114.6 -5.76 .00 .00 20.00 5.86 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
66 5 -20.44 -6.95 .32 .56 .104 .78
Узел 66 121.0 .00 20.44 6.95 .00 .00 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
║ Номер бал.уз. - 66 Точность расчета - .00 Температура- 20.00 ║
║ Число узлов- 3 Число ветвей- 2 Число тр-ов- 1 Число итераций- 4 ║
║ Потеpи мощности в сети: активной - .41 МВт ║
║ реактивной - 2.42 Мвар ║
║ Потеpи в линиях - .32 МВт .56 Мваp ║
║ Потеpи в тpансфоpматоpах - .08 МВт 1.87 Мваp ║
║ Генеpация pеактивной мощности в линиях - 1.52 Мвар ║
║ Суммаpная генеpaция - 20.44 МВт, потpебление - 20.00 MBт ║
║ ------------ Потери мощности на напряжении 110 кВ ---------------------- ║
║ Потеpи в линиях - .32 МВт .56 Мваp ║
║ Потеpи в тpансфоpматоpах - .08 МВт 1.87 Мваp ║
║ Потери холостого хода в трансформаторах .03 MBт .20 Mвap ║
║ Потери мощности в шунтах .00 MBт .00 MBap ║
║ Среднее напряжение в узлах - 117.934 кB ║
╚══════════════════════════════════════════════════════════════════════════╝
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
Результаты расчёта послеаварийного режима
╔═════════╤══════════════╤════════╤════════╤════════╤════════╤══════╤══════╗
║ │Гpаничные узлы│ Пoток P│ Пoток Q│Потеpи P│Потеpи Q│ Ток │ Qc ║
║ │начало│ конец │ МВт │ Mваp │ МВт │ Мваp │ кА │ Мваp ║
╟─────────┼──────┼───────┼────────┼────────┼────────┼────────┼──────┼──────║
║ Номеp │ U │ Фаза │ P ген. │ Q ген.│ P наг. │ Q наг. │ P нб.│ Q нб.║
║ узла │ кВ │ гpад │ МВт │ Мваp │ МВт │ Мваp │ МВт │ Мваp ║
╟─────────┼──────┼───────┼────────┼────────┼────────┼────────┼──────┼──────╢
║ ║
║ Район N= 0 ║
║ ║
1 10 -175.72 -73.98 .45 16.59 .529 .00
1 2 175.72 73.98 4.38 15.74 .518 10.17
Узел 1 208.5 -11.76 .00 .00 .00 .00 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
2 1 -180.10 -68.27 4.38 15.74 .518 11.28
2 20 -130.60 -55.55 .40 13.25 .374 .00
2 66 310.71 123.82 10.35 57.97 .877 3.91
Узел 2 219.6 -7.89 .00 .00 .00 .00 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
3 30 -90.40 -36.05 .17 5.61 .243 .00
3 4 90.40 36.05 .79 2.85 .234 11.15
Узел 3 231.5 -4.34 .00 .00 .00 .00 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
4 3 -91.19 -16.23 .79 2.85 .234 11.52
4 40 -140.57 -56.12 .22 8.21 .372 .00
4 66 231.76 72.36 3.07 13.42 .590 8.77
Узел 4 235.3 -2.82 .00 .00 .00 .00 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
10 1 175.00 55.96 .45 16.45 .526 .00
Узел 10 201.8 -16.46 .00 .00 175.00 55.96 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
20 2 130.00 41.14 .39 13.14 .372 .00
Узел 20 212.0 -12.93 .00 .00 130.00 41.14 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
30 3 90.00 29.10 .17 5.53 .241 .00
Узел 30 226.7 -7.44 .00 .00 90.00 29.10 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
40 4 140.00 46.02 .22 8.10 .369 .00
Узел 40 230.7 -5.72 .00 .00 140.00 46.02 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
66 2 -321.06 -173.14 10.35 57.97 .877 4.74
66 4 -234.83 -67.73 3.07 13.42 .590 9.28
Узел 66 242.0 .00 555.89 240.87 .00 .00 .00 .00
---------------------------------------------------------------------------
║ Номер бал.уз. - 66 Точность расчета - .00 Температура- 20.00 ║
║ Число узлов- 9 Число ветвей- 8 Число тр-ов- 4 Число итераций- 5 ║
║ Потеpи мощности в сети: активной - 19.84 МВт ║
║ реактивной - 133.64 Мвар ║
║ Потеpи в линиях - 18.59 МВт 89.99 Мваp ║
║ Потеpи в тpансфоpматоpах - 1.24 МВт 43.65 Мваp ║
║ Генеpация pеактивной мощности в линиях - 70.82 Мвар ║
║ Суммаpная генеpaция - 555.89 МВт, потpебление - 535.00 MBт ║
║ ------------ Потери мощности на напряжении 220 кВ ---------------------- ║
║ Потеpи в линиях - 18.59 МВт 89.99 Мваp ║
║ Потеpи в тpансфоpматоpах - 1.24 МВт 43.65 Мваp ║
║ Потери холостого хода в трансформаторах 1.07 MBт 6.28 Mвap ║
║ Потери мощности в шунтах .00 MBт .00 MBap ║
║ Среднее напряжение в узлах - 223.129 кB ║
╚══════════════════════════════════════════════════════════════════════════╝