Число ступеней регулирования напряжения

Тема 5.2. Регулирование напряжения в электрических сетях

5.2.1. Методы и принципы регулирования напряжения

Различным режимам работы потребителей соответствуют разные потоки мощности, передаваемые по сети, и, следовательно, разные потери напряжения [1]. В режиме наибольших нагрузок сеть, как правило, сильно загружена и потери напряжения в ее элементах большие. В нормальных режимах потери напряжения меньше, а в режиме наименьших нагрузок могут быть совсем незначительными.

Работа электроприемников с наилучшими технико-экономическими показателями (высокий КПД, надежность, электромагнитная безопасность и т.п.) возможна только при небольших отклонениях напряжения на их выводах. Для трансформаторов электрической сети устанавливается превышение напряжения не более чем на 5%относительно напряжения рабочего ответвления регулирующего устройства, что связано с недопустимостью перехода на нелинейную часть кривой намагничивания трансформатора.

Нижний уровень напряжений в электрической сети определяется условиями регулирования напряжения в распределительных сетях и устойчивостью работы ЭЭС. Указанные требования к отклонению напряжения в электрической сети и на выводах электроприемников обусловливают необходимость регулирования напряжения во всех видах электрических сетей. Различают централизованное и локальное регулирования напряжения.

При централизованном регулировании напряжение изменяют в центре питания (электростанции, подстанции). Локальное регулирование используют в питающих и распределительных сетях для отдельных групп потребителей или электроприемников (групповое регулирование). Иногда регулирование выполняют для отдельного электроприемника (индивидуальное регулирование).

Для того, чтобы рабочее напряжение сети можно было поддерживать выше номинального напряжения из-за необходимости компенсации потерь напряжения, силовые трансформаторы, как правило, имеют номинальные напряжения обмоток на 5. 10% выше номинального напряжения сети, к которой они присоединены.

Регулирование напряжения в электрических сетях выполняется по одному из трех принципов:

— стабилизация по заданному графику напряжения;

— встречное (согласное) регулирование.

В соответствии с принципом стабилизации напряжение на шинах нагрузки поддерживается всегда на заданном уровне (рисунок 5.5, а). Регулирование по заданному графику предусматривает стабилизацию разных заданных значений напряжений на различных временных интервалах. В этом случае график напряжения является ступенчатым, например, в часы утреннего и вечернего максимумов напряжение поддерживается выше, чем в остальные часы суток (рисунок 5.5, б).

Принципы стабилизации используются при регулировании напряжения на электростанциях и в специальных случаях – для индивидуального регулирования напряжения у некоторых электроприемников.

Рисунок 5.5. Графики напряжений

Принцип встречного регулирования устанавливает значение напряжения на шинах НН понижающих подстанций в зависимости от тока нагрузки. Согласно Правилам устройства электроустановок, на шинах ЦП 6. 20 кВ должно обеспечиваться встречное регулирование напряжения, при котором напряжение ЦП увеличивается по мере роста нагрузки. В часы максимальной нагрузки напряжение поддерживается на 5. 10% выше номинального (не ниже 1,05 от номинального напряжения), а в часы минимальных нагрузок не выше номинального значения.

К средствам регулирования напряжения относятся:

— регуляторы напряжения на электростанциях;

— регулирующие устройства на понижающих трансформаторах;

— специальные регулировочные трансформаторы;

Кроме того, к средствам регулирования напряжения можно отнести системы отключения (включения) части параллельно работающих элементов электрической сети.

5.2.2. Регулирование напряжения на электростанциях

Рабочее напряжение на генераторах может изменяться в пределах от 0,95Uг ном до 1,05Uг ном. Регулирование напряжения на шинах электрической станции производится автоматически с помощью быстродействующего автоматического регулятора возбуждения (АРВ) синхронных генераторов [1].

В зависимости от электрической схемы станции используются различные устройства регулирования напряжения. В общем случае можно выделить индивидуальные АРВ генераторов, к которым подводятся сигналы по напряжению и току, а также устройства группового регулирования напряжения (ГРН), которые должны обеспечивать автоматическое распределение реактивной мощности между генераторами и поддерживать напряжение на шинах электростанции или в другой точке ЭЭС согласно заданному режиму работы. Кроме того, к управляющим устройствам регулирования напряжения на электростанции следует отнести блоки ограничения перегрузки ротора и минимального возбуждения (ОМВ), которые связаны с условиями нагрева стали статора и ротора генератора и статической устойчивостью. На рисунке 5.6 показана управляющая схема автоматического регулирования напряжения на электростанции.

Рисунок 5.6. Схема автоматического регулирования напряжения

АРВ является первичным регулятором напряжения и аналогично АРС турбин при регулировании частоты имеет статизм. На рисунке 5.7 показана статическая характеристика реактивной мощности потребления ЭЭС по напря-жению ΣQп, пересечение которой с характеристикой АРВ является рабочей точкой (а) исходного режима с напряжением на шинах станции U0. Реактивная мощность исходного режима равна Q0.

При изменении режима потребления реактивной мощности, например увеличении потребления на ∆Q, в соответствии со статической характеристикой АРВ рабочая точка установится на пересечении новой статической характеристики ΣQп +∆Q (точка b) – это стадия первичного регулирования напряжения устройством АРВ. Точке b соответствуют напряжение U1 и реактивная мощность Q1 при этом U1 (В) – напряжение на выводах обмотки НН, приведенное к напряжению ВН.

Напряжение на шинах НН вычисляется по формуле

где UH (В) = |UВ – ∆U|; ∆U – падение напряжение на сопротивлениях обмоток трансформатора; UВ – напряжение на шинах ВН; kт – коэффициент трансформации, подлежащий определению; U – искомое напряжение ответвления.

Из (5.1) найдем напряжение ответвления Uотв при условии, что напряжение на шинах НН равно желаемому напряжению, т.е. UH = Uжел:

Вычисленное по (5.4) напряжение ответвления следует использовать для определения напряжения ближайшего стандартного ответвления. Ряд стандартных напряжений ответвлений может быть получен по формуле

Uотв ст = UВ ном ±mUотв = UВ ном ±m UВ ном, (5.5)

где m – номер ответвления в сторону увеличения (знак плюс) или уменьшения (знак минус) коэффициента трансформации (m = 0,1. mmax); mmax – максимально возможное количество ответвлений трансформатора в сторону увеличения kтm + max или в сторону уменьшения mmax, обычно m + max = mmax; ∆ Uотв и ∆ U’отв – шаг изменения напряжения при переходе на соседнее ответвле­ние в киловольтах и процентах соответственно.

Следует заметить, что уменьшение коэффициента трансформации приводит к увеличению напряжения на шинах НН, а увеличение – к его уменьшению.

Действительное напряжение на шинах НН с учетом выбранного ответвления

Для проверки возможности регулирования напряжения с помощью ответвлений РПН или ПБВ можно не определять напряжения ответвлений, а вычислить номер ответвления, обеспе­чивающий желаемое напряжение.

Если m входит в допустимый диапазон номеров (0,1. mmax), то регулирование возможно; в противном случае необходимы дополнительные средства регулирования напряжения на данной подстанции или изменение сделанных ранее проектных решений.

Регулирование напряжения на понижающих подстанциях с трехобмоточными трансформаторами и автотрансформаторами. Трехобмоточные трансформаторы на 110 и 220 кВ изготавливают с РПН только в обмотке ВН, а обмотка СН имеет ответвления ПБВ для изменения коэффициента трансформации ±2×2,5% UС ном

Схема регулирования напряжения со стороны ВН на трехобмоточных трансформаторах такая же, как на двухобмоточных. Однако изменение числа витков на стороне ВН приводит к изменению коэффициента трансформации как между обмотками ВН и СН (kтв-с) так и между ВН и НН (kтв_н) (рисунок 5.9, а). Такое регулирование называется связанным (зависимым), т.е. обеспечение регулирования на одних шинах, например НН, вынужденно меняет напряжения и на других шинах – СН. Если графики нагрузок на шинах СН и НН схожи по форме, то вполне возможно, что устройства РПН окажется вполне достаточно для регулирования напря­жения в сетях обеих ступеней номинальных напряжений.

В случае, когда требования к регулированию напряжения на обеих системах шин противоречивы, устанавливают дополнительные средства регулирования. К ним относятся КУ (рисунок 5.9, б) и специальные регулировочные трансформаторы – линейные регуляторы (ЛР), которые включаются последовательно с одной из вторичных обмоток трансформатора (рисунок 5.9, в).

Рисунок 5.9. Регулирование напряжения на подстанции

с трехобмоточным трансформатором

Линейные регуляторы выпускаются мощностью от 16 до 100 MB-А на напряжение 6. 35 кВ и предназначены для установки последовательно с нерегулируемыми обмотками трансформаторов, а также непосредственно в ЛЭП. Конструктивно по отношению к основному трансформатору эти устройства являются внешними. На рисунке 5.10 показана схема одной фазы ЛР типа ЛТДН с ре­версивной обмоткой регулирования. Диапазон регулирования ЛР ±10х1,5% = ±15%.

От регулируемой обмотки (РО) через переключатели П1 и П2 питается обмотка возбуждения (ОВ) последовательного трансформатора (ПТ). В последовательной обмотке (ПО), включенной в рассечку линии, наводится ЭДС ∆Е, величина которой зависит от положения переключателей на регулируемой обмотке, а направление – от положения переключателя реверсирования (ПР).

В положении, изображенном на рисунке 5.10, отрегулированное напряжение в линии (точка b) превышает подведенное (точка а).

Работа переключающего устройства в ЛР выполняется так же, как и в РПН двухобмоточного трансформатора. При необходимости снижения выдаваемого напряжения ЛР (точка b) переключатели П1 и П2 переводятся на одно ответвление вверх по направлению к ответвлению 10. Дойдя до последнего ответвления 10 (это соответствует регулированию 0% Uном), переключатель реверсирования ПР переходит из положения 1 в положение 2, а переключатели П1 и П2, вращаясь по кругу (ответвления 10 и 1 являются соседними), – на ответвление 1. Направление ЭДС в последовательной обмотке изменится на обратное, и передвижение переключающего устройства вверх от ответвления 1 к ответвлению 10 будет приводить к дальнейшему понижению напряжения в точке b.

Рисунок 5.10 Схема одной фазы ЛР

Повышение выдаваемого напряжения идет в обратном порядке. Максимальная величина добавки напряжения ЛР составляет ±0,15 U (U – величина подведенного к ЛР напряжения).

На подстанциях с номинальным напряжением 220 кВ и выше устанавливаются автотрансформаторы.

Устройство регулирования напряжения у автотрансформаторов встраивается на линейном конце обмотки СН (рисунок 5.11, а), что обеспечивает изменение коэффициента трансформации только между обмотками ВН и СН (kтВ_С). Регулирование напряжения на обмотке НН автотрансформатора может быть выполнено путем установки ЛР последовательно с обмоткой НН или с помощью КУ.

Рисунок 5.11. Схемы регулирования напряжения автотрансформатора:

а – на линии со стороны СН и б – с помощью вольтодобавочного

Иногда для регулирования напряжения в автотрансформаторах используют устройства, аналогичные ЛР, – так называемые вольтодобавочные трансформаторы (ВДТ), специальная обмотка которых соединяется последовательно с обмотками фаз ВН (рисунок 5.11, б).

На рисунке 5.12 изображена схема ВДТ для регулирования напряжения в фазе С автотрансформатора. В состав ВДТ входят два трансформатора – питающий, состоящий из питающей (ПО) и регулирующей (РО) обмоток, и последовательный, который имеет обмотку возбуждения (ОВ) и вольтодобавочную обмотку (ВДО).

Рисунок 5.12 Схема регулирования ВДТ

Первичная обмотка питающего трансформатора может получать питание от фазы А или фаз В, С обмотки НН автотрансформатора. Вторичная обмотка питающего трансформатора имеет такое же переключающее устройство, как РПН. Один конец обмотки возбуждения последовательного трансформатора подключен к средней точке (нулевому ответвлению) РО, другой – к переключающему устройству (ПУ).

Вольтодобавочная обмотка последовательного трансформатора соединена последовательно с обмоткой ВН автотрансформатора, и добавочная ЭДС ∆Е складывается с напряжением обмотки ВН.

5.2.4. Регулирование напряжения методом

изменения потерь напряжения в сети

Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 3093 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Регулирование напряжения трансформатора

Регулирование напряжения трансформатора

За последние годы в электрических сетях для централизованного и местного регулирования напряжения широкое распространение получили трансформаторы, снабженные встроенным устройством для регулирования напряжения под нагрузкой (РПН).

Принципиальная схема переключателя

Основное преимущество указанных трансформаторов перед трансформаторами с ПБВ (переключатель без возбуждения), заключается в том, что трансформаторы не требуют отключения, а их коэффициенты трансформации изменяются более плавно и в значительной больших пределах.

В соответствии со стандартами выпускаются трансформаторы с мощностью 25-630 кВА, имеющие: диапазон регулирования напряжения ± 10 % Uн; величину ступени регулирования 1,67 % Uн; число коэффициентов трансформации 13. В процессе освоения находятся трансформаторы, имеющие диапазоны регулирования ± 16 % номинального напряжения и ступени регулирования до 1,2 % номинального напряжения. Дальнейшее увеличение числа ступеней привело бы к усложнению конструкции трансформатора и к излишне частому срабатыванию РПН, что при наличии автоматического регулирования, вероятно, нецелесообразно.

Перед промышленностью и энергетиками сейчас стоит вопрос о полной замене трансформаторов устаревших конструкций без РПН новыми и оснащении их автоматически действующими устройствами регулирования напряжения. Для уяснения принципа регулирования напряжения с помощью трансформатора, снабженного устройством РПН, следует вспомнить, что при заданном напряжении на выводах обмотки высшего напряжения напряжение во вторичной обмотке зависит от соотношения числа активных витков указанных обмоток. Регулирование ответвления трансформаторов, снабженных РПН, отходят от обмотки высшего напряжения на переключатель со стороны нейтрали. Переключение ответвлений может осуществляться с помощью ручного управления. Переход с одной ступени на другую осуществляется при дистанционном управлении специальным электродвигательным механизмом, без разрыва рабочего тока, что достигается кратковременным закорачиванием регулируемой секции на токоограничивающее сопротивление. За последние годы заводами освоены быстродействующие переключающие устройства с активными токоограничивающими сопротивлениями, введены вакуумные контакты и ведутся работы по бесконтакторным схемам переключения на управляемых полупроводниковых вентилях. Трехобмоточные трансформаторы, имеющие регулирование напряжения под нагрузкой на стороне высшего напряжения, на стороне среднего напряжения снабжаются переключателем ПБВ с диапазоном регулирования ±2х2,5 % Uн. Трансформаторы с РПН имеют в шифре дополнительную букву Н, например ТДН, ТДНГ, ТМН и др.

В последнее время широкое распространение получили различного рода устройства автоматического управления РПН, называемые устройствами АРНТ. Вся аппаратура этих устройств монтируется в отдельном отсеке на трансформаторе вместе с приводным механизмом либо устанавливается на отдельной панели в помещении щита управления. В настоящее время все трансформаторы, имеющие РПН, снабжаются в комплекте с автоматическими регуляторами напряжения. Существенной особенностью регуляторов напряжения является их способность реагировать не только на изменение напряжения в точке их установки, но и на изменяющуюся в зависимости от нагрузки потерю напряжения в линиях от питающей подстанции до потребителя. Образно выражаясь, эти трансформаторы обеспечивают регулирование напряжения с «опережением», исходя из требований удаленных потребителей, поддерживая в пределах чувствительности постоянным напряжение в некоторой точке сети, падение напряжение до которой пропорционально напряжению, снимаемому со специального элемента схемы управления, такая система называется системой, работающей с учетом токовой компенсации, обеспечивающей «встречное» регулирование. Автоматический регулятор напряжения значительно увеличивает число переключений по сравнению с ручным (дистанционным) управлением у РНТ. В среднем количество переключений может быть допущено в пределах 20-30 переключений в сутки или 6000-9000 переключений в год. Число переключений зависит от характера нагрузки подстанций и от характеристики самого регулятора. Регулятор не должен реагировать на кратковременные изменения напряжения, вызванные удаленными замыканиями, пусками энергоемких потребителей. Регулятор должен иметь некоторую зону нечувствительности, которая должна быть несколько больше ступени регулирования напряжения. Обычно приемлемой считается нечувствительность, превышающая ступень регулирования на 10-20 %. Для обеспечения качественного регулирования напряжения во всех случаях, когда это возможно, желательна при наличии несколько разноудаленных потребителей их группировка на один трансформатор по однородности графиков нагрузки, удаленности от питающего трансформатора, требованиям к качеству напряжения.

Требования к регуляторам напряжения и общий метод выбора их параметров (уставок). Современные регуляторы напряжения состоят из блоков, работа которых обеспечивает быстродействующее согласованное регулирование напряжения: питающего регулятор трансформатора, снабженного регулировочными ответвлениями для изменения постоянной составляющей регулируемого напряжения; датчика токовой компенсации, состоящего из активного или реактивного сопротивления, на котором воспроизводится падение напряжения в сети до потребителя с изменяющейся нагрузкой; датчика отклонения напряжения сети; блока усиления сигналов «больше» и «меньше»; блока выдержки времени, обеспечивающего нечувствительность схемы управления к кратковременным (до 3 минут) изменениям напряжения; блока питания сервомоторов на переключателе РНТ.

Регулировочная характеристика

К регулируемым уставкам регуляторов относятся следующие величины:

— номинальное напряжение, пропорциональное уровню регулируемого напряжения распределительной сети, В;

— регулируемая выдержка времени, устанавливаемая с учетом характера нагрузки, минуты;

— токовая компенсация или коррекция, % от величины а;

— зона нечувствительности (разница между верхним и нижним напряжениями срабатывания), %.

Источник

Регулирование напряжения трансформатора

Проблема состоит в том, что напряжение в электрической сети меняется в зависимости от ее нагруженности, в то время как для адекватной работы большинства потребителей электроэнергии необходимым условием является нахождение питающего напряжения в определенном диапазоне, чтобы оно не было бы выше или ниже определенных приемлемых границ.

Поэтому и нужны какие-то способы подстройки, регулирования, корректировки сетевого напряжения. Один из лучших способов — это изменение по мере надобности коэффициента трансформации путем уменьшения или увеличения числа витков в первичной или во вторичной обмотке трансформатора, в соответствии с известной формулой: U1/U2 = N1/N2.

Силовой трансформатор

Для регулировки напряжения на вторичных обмотках трансформаторов, с целью поддержания у потребителей правильной величины напряжения, — у некоторых трансформаторов предусмотрена возможность изменять соотношение витков, то есть корректировать таким образом в ту или иную сторону коэффициент трансформации.

Подавляющее большинство современных силовых трансформаторов оснащено специальными устройствами, позволяющими выполнять регулировку коэффициента трансформации, то есть добавлять или убавлять витки в обмотках.

Такая регулировка может выполняться либо прямо под нагрузкой, либо только тогда, когда трансформатор заземлен и полностью обесточен. В зависимости от значимости объекта, и от того, насколько часто необходимы данные регулировки, — встречаются более или менее сложные системы переключения витков в обмотках: осуществляющие ПБВ — «переключение без возбуждения» или РПН — «регулирование под нагрузкой». В обеих случаях обмотки трансформатора имеют ответвления, между которыми и происходит переключение.

Устройство силового трансформатора

Переключение без возбуждения

Регулирование напряжения трансформатора

Переключение без возбуждения выполняют от сезона — к сезону, это плановые сезонные переключения витков, когда трансформатор выводится из эксплуатации, что конечно не получилось бы делать часто. Коэффициент трансформации изменяют, делают больше или меньше в пределах 5%.

На мощных трансформаторах переключение выполняется с помощью четырех ответвлений, на маломощных — при помощи всего двух. Данный тип переключения сопряжен с прерыванием электроснабжения потребителей, поэтому и выполняется он достаточно редко.

Зачастую ответвления сделаны на стороне высшего напряжения, где витков больше и корректировка получается более точной, к тому же ток там меньше, переключатель выходит компактнее. Изменение магнитного потока в момент такого переключения витков на понижающем трансформаторе очень незначительно.

Если требуется повысить напряжение на стороне низшего напряжения понижающего трансформатора, то витков на первичной обмотке убавляют, если требуется понизить — прибавляют. Если же регулировка происходит на стороне нагрузки, то для повышения напряжения витков на вторичной обмотке прибавляют, а для понижения — убавляют. Переключатель, применяемый на обесточенном трансформаторе, называют в просторечии анцапфой.

Место контакта, хотя и выполнено подпружиненным, со временем оно подвергается медленному окислению, что приводит к росту сопротивления и к перегреву. Чтобы этого вредного накопительного эффекта не происходило, чтобы газовая защита не срабатывала из-за разложения масла под действием излишнего нагрева, переключатель регулярно обслуживают: дважды в год проверяют правильность установки коэффициента трансформации, переключая при этом анцапфу во все положения, дабы убрать с мест контактов оксидную пленку, прежде чем окончательно установить требуемый коэффициент трансформации.

Также измеряют сопротивление обмоток постоянному току, чтобы убедиться в качестве контакта. Эту процедуру выполняют и для трансформаторов, которые долго не эксплуатировались, прежде чем начинать их использовать.

Регулирование под нагрузкой

Оперативные переключения осуществляются автоматически либо в вручную, прямо под нагрузкой, там где в разное время суток напряжение сильно изменяется. Мощные и маломощные трансформаторы, в зависимости от напряжения, имеют РПН разных диапазонов — от 10 до 16% с шагом в 1,5% на стороне высшего напряжения, — там, где ток меньше.

Здесь, конечно, есть некоторые сложности: просто рвать цепь на мощном трансформаторе нельзя, т. к. в этом случае возникнет дуга и трансформатор просто выйдет из строя; кратковременно витки замыкаются между собой накоротко; необходимы устройства ограничения тока.

Токоограничительные реакторы в системах РПН

Регулирование под нагрузкой с ограничением тока позволяет осуществить система с двумя контакторами и двухобмоточным реактором.

К двум обмоткам реактора подключено по контактору, которые в обычном рабочем режиме трансформатора сомкнуты, примыкая к одному и тому же контакту на выводе обмотки. Рабочий ток проходит через обмотку трансформатора, затем параллельно через два контактора и через две части реактора.

В процессе переключения один из контакторов переводится на другой вывод обмотки трансформатора (назовем его «вывод 2»), при этом часть обмотки трансформатора оказывается накоротко шунтирована, а рабочий ток ограничивается реактором. Затем второй контакт реактора переводится на «вывод 2».

Процесс регулирования завершен. Переключатель с реактором имеет небольшие потери в средней точке, так как ток нагрузки наложен на конвекционный ток двух переключателей, и реактор может все время находится в цепи.

Токоограничительные резисторы в системах РПН

Альтернатива реактору — триггерный пружинный контактор, в котором происходит последовательно 4 быстрых переключения с использованием промежуточных положений, когда ток ограничивается резисторами. В рабочем положении ток идет через шунтирующий контакт К4.

Когда требуется произвести переключение цепи из положения II в положение III (в данном случае — с меньшим количеством витков), — избиратель переводится с контакта I на контакт III, затем параллельно замкнутому контактору К4 подключается резистор R2 через контактор К3, затем контактор К4 размыкается, и теперь ток в цепи ограничен только резистором R2.

Следующим шагом замыкается контактор К2, и часть тока устремляется также через резистор R1. Контактор К3 размыкается, отсоединяя резистор R2, замыкается шунтирующий контакт К1. Переключение завершено.

Если у переключателя с реактором реактивный ток прервать трудно, и поэтому он используется чаще на стороне низкого напряжения с большими токами, то быстродействующий переключатель с резисторами успешно используется на стороне высокого напряжения с относительно малыми токами.

Источник

Поделиться с друзьями
Электрика и электроника
Adblock
detector