По напряжению

Непрерывное изменение электрических нагрузок приводит к непрерыв­ному изменению падений напряжения в элементах сети и, следовательно, к непрерывному изменению отклонений напряжения от его номинального зна­чения в различных узлах электрической сети. Причинами этого являются:

- потери напряжения, вызываемые токами нагрузки, протекающими по элементам сети;

- неправильный выбор сечений токоведущих элементов и мощности силовых трансформаторов;

- неправильно построенные схемы сетей.

В нормальном установившемся режиме работы электрической сети на выводах приемников электрической энергии в течении суток не должны превышать предельно допустимые значения , и при этом с вероятно­стью 0,95 значения не должны превышать нормально допустимые значе­ния .

В послеаварийном режиме работы электрической сети значения на вы­водах приемников электрической энергии не должны превышать пре­дельно допустимые значения. При аварийных нарушениях в электрической сети допускается кратковременный выход значений за предельно допусти­мые значения с последующим их восстановлением до значений, ус­тановленных для послеаварийного режима.

Учет надежности при рассмотрении режима напряжений заключается в том, чтобы в любых нормальных, аварийных и послеаварийных режимах на­пряжения в любых точках электрической сети не должны превышать или быть ниже определенного допустимого значения.

Наибольшее рабочее напряжение электрической сети, определяемые на­дежностью работы изоляции, нормируются ГОСТом.

Наименьшие рабочие напряжения электрических сетей 110кВ и выше, определяемые, главным образом, устойчивостью параллельной работы гене­раторов и узлов нагрузки, ограничиваются на уровне .

Экономичность режима напряжений электрической сети обусловлена величиной потерь активной мощности и энергии в ее элементах. Эти потери в продольных активных сопротивлениях линий и трансформаторов обратно пропорциональны квадрату напряжения. Поэтому повышение уровня напря­жения является одним из основных средств уменьшения потерь мощности и энергии в электрических сетях напряжением до 220кВ включительно.

Следовательно, для обеспечения требуемых технико-экономических по­казателей режимов работы электрических сетей необходимо регулировать напряжение. Для различных электрических сетей цели регулирования напря­жения различаются между собой.

Основной целью регулирования напряжения в местных распределитель­ных сетях, находящихся в непосредственной электрической близости от по­требителей, является поддержание отклонений напряжения в пределах, уста­новленных ГОСТом.

Основной целью регулирования напряжения в районных распредели­тельных сетях является обеспечения экономичного режима их работы за счет уменьшения потерь мощности и энергии.

Основной целью регулирования напряжения в системообразующих се­тях является ограничение внутренних перенапряжений для обеспечения на­дежной работы изоляции оборудования таких сетей, предельное рабочее на­пряжение которых составляет .

Регулирование напряжение осуществляется:

- на шинах генераторов и повышающих трансформаторов электростан­ций;

- на шинах высшего и среднего напряжения крупных узловых подстан­ций в системообразующих сетях;

- на шинах центров питания распределительных районных и местных электрических сетей;

- в линиях, питающих крупных потребителей электрической энергии;

- в местах подключения мощных приемников.

§3 Средства и режимы регулирования напряжения (11В)

Регулированием напряжения называют процесс изменения уровней на­пряжения в характерных точках электрической системы с помощью специ­альных технических устройств. Эти устройства, или средства, регулирования условно можно разделить на два типа: узловые и линейные. Узловые устройства изменяют параметры ре­жима сети – напряжение и реактивную мощность в точке подключения к сети. К ним относят:

- генераторы электростанций;

- синхронные компенсаторы;

- синхронные двигатели;

- батареи конденсаторов;

- нерегулируемые и регулируемые реакторы;

- статические источники реактивной мощности.

Линейные устройства изменяют параметры сети – реактивное сопро­тивление и коэффициенты трансформации. Это:

- устройства продольной компенсации;

- трансформаторы и автотрансформаторы;

- линейные регулировочные трансформаторы.

Регулирование напряжения может быть централизованным, т.е. произ­водиться в центре питания (ЦП), и местным, - непосредственно у потребите­лей. При этом, в независимости от места регулирования (ЦП или потреби­тель), режимы регулирования - аналогичны.

Выбор рационального режима регулирования напряжения в ЦП зависит от характера графика нагрузки потребителей, подключенных к распредели­тель­ной сети. Можно выделить следующие наиболее характерные режимы регулирования напряжения:

1) режим стабилизации напряжения;

2) режим регулирования по времени суток;

3) режим встречного регулирования.

1) Нагрузка в течение суток не изменяется или мало изменяется.

В этом случае потери напряжения, зависящие от нагруз­ки сети, от шин ЦП до потребителей в течение суток не изменяются (или мало изменяются). Следовательно, для поддержания напряжения у потребителей, близкого к номинальному (или какому-то другому желаемому напряжению) в течение суток на шинах ЦП необходимо обеспечить неизменное напряжение.

Такой режим регулирования называется режимом стабилизации напря­женияв ЦП.

Практически, однако, выбранное напряжение в ЦП поддерживать не удается. Это связано с тем, что устройства РПН трансформаторов имеют дискретные ступени регулирования, а при переключении ответвления транс­форматора с одно­го положения на другое изменение напряжения происходит не плавно, ступенчато. Следовательно, ступень (шаг) регулирования непо­средственно влияет на точность поддержания заданного в ЦП напряжения.

Кроме того, на трансформаторах с РПН, как правило, устройства пере­ключения ответвлений выполняют автоматическими, ко­торым придают ка­кую-то зону нечувствительности. При малой зоне нечувствительно­сти будут происходить частые переключения, что, в свою очередь, приведет к быст­рому износу контактов переключателя. Поэтому точность регулирования на­пряжения определяется также зоной нечувствительности, характеризую­щейся некоторой поло­сой изменения напряжения на шинах ЦП, при которой не происходит срабатывания регулирующей аппаратуры.

2) Нагрузка в течение суток изменяется вполне определенным, заранее из­вестным образом. Такая ситуация возникает, например, в случае подклю­чения к распределительной сети промышленных предприятий, учреждений и т. п. с впол­не определенным суточным режимом работы. При этом потери на­пряжения от ЦП на каждой ступени суточного графика нагрузки до конкрет­ного потребителя могут быть определены заранее. Поскольку конечная цель регулиро­вания напряжения остается прежней и заключается в обеспечении напряжения у потребителей в любом режиме, близкого к номинальному, то для каждой ступени суточного графика нагрузки в ЦП может быть опреде­лено требуемое напряжение.

Таким образом, в данном случае регулирование напряжения на шинах ЦП можно осуществлять по времени суток.

Естественно, точность поддержа­ния заданного напряжения, как и раньше, будет зависеть от зоны нечувствитель­ности регулятора напряжения , связанной с настройкой регулятора и ступе­нью регулирования трансформа­тора.

3) Нагрузка в течение суток изменяется случайным образом. Данная си­туа­ция на практике встречается наиболее часто, когда нагрузка ЦП имеет смешанный характер со значительной долей коммунально-бытовой нагрузки. При этом потери напряжения от ЦП до какого-то потребителя, зависящие от нагрузки по элементам сети, также носят случайный характер.

(13В) В таких случаях на шинах ЦП используют принцип встречного (соглас­ного) регулирования напряже­ния.

Его сущность заключается в том, что с увеличением нагрузки для ком­пенса­ции возникающих при этом дополнительных потерь напряжения в ЦП напряже­ние повышают, а при уменьшении нагрузки — снижают. При таком подходе вопрос заключается в выборе соответствующего напряжения в ре­жиме наименьших нагрузок и наибольших нагрузок. Нижний предел выби­раемо­го напряжения в каждом режиме нагрузки ограничивается допустимой потерей напряжения от ЦП до наиболее удаленного потребителя, а верхний предел — высшим допустимым напряжением у ближайшего потребителя.

§4 Регулирование напряжения на электростанциях и подстанциях (12В)

Основное назначение генераторов электростанций – выдача в электри­ческую сеть заданного значения активной мощности. Кроме этого, генера­торы являются источниками реактивной мощности в электроэнергетической системе. Изменение выдаваемой генератором реактивной мощности и изме­нение напряжения на его выходе осуществляется за счет регулирования тока возбуждения генератора. Не меняя активную мощность генератора, можно изме­нять напряжение только в пределах .

Увеличение регулировочного диапазона по напряжению потребует уве­личения тока возбуждения и, следовательно, увеличения выдаваемой генера­тором реактивной мощности. При номинальной загрузке генератора полной мощностью и увеличении выдаваемой генератором реактивной мощности его активную мощность необходимо снизить во избежание перегрузки генера­тора. Последнее условие противоречит основному назначению генераторов – выдавать заданную активную мощность.

Повышающие трансформаторы на электростанциях или вообще не имеют регулировочного диапазона по напряжению (при высшем номиналь­ном напряжении более 200кВ), или этот диапазон ограничен пределами .

Реальные потери напряжения в электрических сетях значительно больше диапазона регулирования напряжения генераторам и повышающими транс­форматорами электростанций. Потери напряжения в линиях электропередач зависят от их протяженности, нагрузки и номинального напряжения и могут достигать 10% в сети одного напряжения. Такой же порядок имеют потери напряжения при каждой трансформации.

От электростанции до потребителей электроэнергия проходит от трех до пяти ступеней трансформации напряжения. Нетрудно оценить суммарную потерю напряжения, которая может превысить 50%.

Следовательно, регулирование напряжения за счет генераторов и трансформаторов электростанций явно недостаточно для покрытия потерь напряжения в электрической сети. Поэтому генераторы и трансформаторы электростанций являются лишь вспомогательном средством регулирования напряжения в электрической сети.

Генераторы могут служить основным средством регулирования напря­жения лишь для потребителей, получающих питание непосредственно с шин генераторного напряжения. В этом случае на шинах изолированно работаю­щих электростанций промышленных предприятий осуществляется встречное регу­лирование напряжения. Изменением тока возбуждения ге­нераторов по­вышают напряжение в часы максимума на­грузок и снижают в часы мини­мума.

Для регулирования напряжения в электрической сети используются трансформаторы и автотрансформаторы понижающих подстанций, снабжен­ные устройствами регулирования напряжения под нагрузкой и другие раз­личные средства, которые рассматриваются ниже.