Меню

Симметрирование напряжения электрических сетях

Симметрирование напряжения в электрических сетях

Показана возможность снижения несимметрии напряжения в электрических сетях с помощью тиристорного регулятора, выполненного на базе «автотрансформатор — вольтодобавочный трансформатор». Получен ряд расчетных параметров такого способа симметрирования.

В электрических системах практически всегда имеет место некоторая несимметрия параметров режима. Несимметричный режим может быть вызван как несимметрией источников напряжения, так и несимметрией потребителей электроэнергии.

В первом случае симметрирование сводится к обеспечению симметрии напряжений на зажимах потребителей. Во втором случае задача заключается в равномерном распределении несимметричной нагрузки по фазам, которое достигается применением специальных мер по симметрированию, в том числе симметрирующих устройств. Последний вариант имеет широкое практическое значение, так как в настоящее время наблюдается значительный рост числа и мощности несимметричных нагрузок, т.е. таких потребителей, симметричное исполнение которых невозможно либо нецелесообразно (индукционные печи, установки электрошлакового переплава, тяговые нагрузки железных дорог и т.д.). Подключение таких нагрузок к сети вызывает длительный несимметричный режим, характеризующийся несимметрией напряжения и тока. Несимметрия также обусловливается широким применением неполнофазных режимов работы электрической сети и наличием нетранспонированных линий, а также линий с удлиненным циклом транспозиций.

Несимметричные и неполнофаэные режимы работы электрических систем в настоящее время приходится рассматривать как нормальные. Соответственно, симметрирующие устройства должны рассматриваться как нормальные, полноценные элементы электрической системы, которые выбираются при ее проектировании и используются в процессе эксплуатации. Естественно, что симметрирующие устройства должны выбираться с таким расчетом, чтобы они по возможности могли быть использованы в различных несимметричных режимах работы электрических сетей.

Для симметрирования режимов работы электрических сетей применяется ряд устройств, основные из которых рассмотрены ниже.

Так, с помощью пофазно регулируемого трансформатора (рис. 1) за счет небаланса ЭДС: ΔЕ можно получить задающий ток нулевой последовательности

Под действием этой ЭДС во вторичной обмотке трансформатора, замкнутой в «треугольник», возникает ток, которому в первичной обмотке будет соответствовать система токов нулевой последовательности. Значение и фаза этого тока определяются значениямии ΔЕВ и ΔЕС сопротивлением нулевой последовательности вторичной обмотки трансформатора.

Задающий ток обратной последовательности можно получить с помощью линейного регулятора (вольтодобавочного трансформатора, регулируемого под нагрузкой) и синхронного компенсатора. Включив третичную обмотку такого регулятора с перекрещенными фазами в цепь синхронного компенсатора, можно изменять ЭДС обратной последовательности в этой цепи, а следовательно, и ток обратной последовательности в ней. Поскольку сопротивление обратной последовательности синхронного компенсатора велико, то необходимая ЭДС обратной последовательности оказывается небольшой.

Задающий ток обратной последовательности также можно получить с помощью реактивных сопротивлений, включенных несимметричным треугольником. Однако более целесообразным оказывается применение конденсаторов, которые одновременно выполняют и функции компенсации реактивной мощности. Этот способ в последнее время получил широкое распространение в связи с созданием статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности.

Наиболее эффективной мерой снижения несимметрии является введение системы добавочных ЭДС за счет использования различных коэффициентов трансформации в разных фазах. Необходимо отметить, что несимметрия в системе непрерывно изменяется как за счет изменения нагрузок во времени, так и за счет случайных причин несимметричного режима, а симметрирующие устройства наиболее действенны при наличии регулирования под нагрузкой.

В связи с вышеизложенным представляет интерес применение тиристорного регулятора напряжения на базе АТ-ВДТ (автотрансформатор — вольтодобавочный трансформатор) в качестве автоматического симметрирующего устройства в электрических сетях, преимущественно высокого напряжения (рис. 2).

Тиристорный регулятор выполнен на базе трех однофазных автотрансформаторов, в нейтраль которых включен трехфазный вольтодобавочный трансформатор, питание которого осуществляется от замкнутой в треугольник третичной обмотки АТ через тиристорные регуляторы фаз А, В и С (ТРА, ТРВ, ТРС). За счет независимого изменения углов управления αА, αВ, αС, достигается регулирование выходного напряжения в соответствующей фазе автотрансформатора под нагрузкой в пределах ±10% от номинального напряжения. Наличие замкнутых в треугольник обмоток АТ позволяет такому регулятору генерировать в сеть токи нулевой последовательности аналогично схеме, изображенной на рис. 1.

Читайте также:  Измеритель фазы переменного напряжения

Генерация токов обратной последовательности обеспечивается за счет изменения выходного напряжения в соответствии с заданным углом управления. Таким образом, данный регулятор обеспечивает возможность регулирования токов как обратной, так и нулевой последовательностей, причем следует отметить, что

Независимость токов обратной и нулевой последовательностей от угла управления в фазе А позволяет устанавливать под нагрузкой с помощью такого регулятора необходимый уровень напряжения, а также обеспечивать функции симметрирующего устройства.

При этом возможны следующие режимы работы симметрирующего устройства:

  • режим подавления токов нулевой последовательности;
  • режим подавления токов обратной последовательности;
  • режим одновременного снижения токов как нулевой, так к обратной последовательностей.

Выбор того или иного режима работы производится в зависимости от характера несимметрии в сети и задается блоками КА, КВ, КС, образующими оптимизационную часть автоматического симметрирующего устройства. Информация о токах в фазах линии поступает на входы КВ и КВ от измерительной части устройства, включающей в себя блоки А, В, С и трансформаторы напряжения ТНI-ТНЗ. На вход блока КА подается информация об уровне напряжения в контрольной точке линии или сети, а с выхода снимается напряжение, пропорциональное углу управления αА и корректирующее управление фазами В и С. Здесь, как и ранее, фаза А выделена условно. Как показывают расчеты, максимальные значения токов обратной и нулевой последовательностей, поддающихся симметрированию с помощью рассмотренного устройства, составляют соответственно 7 и 11% при принятом 10%-ном диапазоне регулирования выходного напряжения.

Литература

  1. В. Н. Крысанов. О возможности применения тиристор-ного регулятора напряжения в электрических сетях класса 6-1150 кВ/ В. Н. Крысанов // Электротехнические комплексы и системы управления. — 2008. — № 2. С. 9-12.
  2. В. Н. Крысанов. Компенсация реактивной мощности линий электропередач высокого напряжения регулятором напряжения / В. Н. Крысанов // Электротехнические комплексы и системы управления. — 2008. — № 3. С. 24-27.

В. Н. КРЫСАНОВ,
доцент Воронежского государственного
технического университета
«Электротехнические комплексы и системы управления»

Источник



Несимметрия напряжения. Способы и средства симметрирования напряжения в электрических сетях

Несимметрия напряжения в трехфазной сети возникает при включении в нее крупных однофазных ЭП: электродуговых и индукционных печей, сварочных и МГД установок, печей электрошлакового переплава и др. Различают кратковременные (аварийные) и длительные (эксплуатационные) несимметричные режимы работы электрической сети. Аварий режимы обусловлены несимметричными КЗ или обрывами фаз в ЛЭП. Несимметрия напряжения может быть случайной (вероятностной) и неслучайной. Первая обусловлена случайным характером нагрузок однофазных ЭП, вторая — неравномерным распределением мощности однофазных ЭП в фазах электрической сети. Расчет несимметричных напряжений в ЭМ может быть произведен по методам, изложенным в [23,69, 70].

Несимметрия напряжения приводит к следующим отрицательным последствиям.

1. Происходят дополнительные потери Р в обмотках электрических машин, особенно АД, у которых сопротивление токам обратной последовательности в 2 — 7 раз меньше сопротивления токам прямой последовательности. При коэффициенте обратной последовательности ε2 – 4 % и дополнительных перегревов токами обратной последовательности обмоток, АД срок его службы сокращается в два раза.

2. Напряжение обратной последовательности снижает вращающий момент АД и может вызвать вибрацию роторов СД из-за появления знакопеременных моментов.

3. Недоиспользуется пропускная способность трехфазных элементов СЭС: ЛЭП, трансформаторов, СК и др.

4. Однофазные ЭП воспринимают несимметричные напряжения как его отклонения со всеми вытекающими последствиями из последних.

5. Возможна ложная работа некоторых видов РЗА.

6. Увеличивается погрешность в работе счетчиков электрической энергии.

Несимметрия может быть снижена за счет рационального построения СЭС или за счет применения ССУ.

К основным мероприятиям первого метода относятся:

— увеличение мощности КЗ;

Читайте также:  Определить напряжение шага формула

— равномерное распределение однофазных ЭП по фазам, а для трехфазных четырехпроводных систем — уменьшение сопротивления токам нулевой последовательности.

В качестве специальных технических средств применяются специальные симметрирующие устройства и комплексные, например, фильтросимметрирующие устройства. Существующие способы устранения или снижения несимметрии напряжения в трехфазных системах заключаются в компенсации пульсирующей мощности, то есть в создании в ней пульсирующей мощности, вектор которой Nссу, равен по величине и противоположен по фазе вектору пульсирующей мощности сети Nc = Nne jωt . Так как в этом Nссу + Nc = 0, то сеть работает в симметричном режиме.

Все существующие ССУ можно разделить на две группы: с электрическими и электромагнитными связями. На рисунке 4.10 представлены некоторые ССУ обеих групп: с электрическими (рисунок 4.10, а-в) и магнитными связями (рисунок 4.10, г, д). В [23] дан анализ достоинств и недостатков этих схем, а также областей их применения. Одноэлементные ССУ (рисунок 4.10, а) могут обеспечить одновременно высокие кпд и cosφ, а только один из этих параметров.

Двухэлементное ССУ (рисунок 4.10, б), известное в литературе как схема Штейнмеца, имеет следующие недостатки:

— невозможность бесконтактного управления емкостью без увеличения (до 1,73 мощности нагрузки) установленной мощности элементов ССУ;

— недоиспользование мощности симметрирующих элементов (на наличие двух регулируемых элементов и сложность регулирования ими, если нагрузка не чисто активная и изменяется в некотором диапазоне.

Наиболее гибкими и универсальными являются трехэлементные ССУ (рисунок 4.10, в), которые позволяют симметрировать напряжение с заданным cosφ нагрузки. Недостатки этих схем:

— низкий коэффициент использования оборудования (Кисп ≤ 0,866);

— увеличение числа регулируемых элементов до трех усложняет и снижает надежность ССУ.

В ССУ с электромагнитными связями (рисунок 4.10, г-е) установленная мощность симметрирующих элементов выбирается минимальной и равной установленной мощности нагрузки, а соответствующим переключением гайки автотрансформатора можно осуществить симметрирование нагрузки с изменяющимся cosφ.

Коэффициент несимметрии напряжения приблизительно может быть определен по формуле

где Sодн и Sкз — мощность соответственно эквивалентной однофазной нагрузки сети и симметричного КЗ в месте ее подключения. Во многих случаях исходя из условия обеспечения допустимого стандартом коэффициента несимметричности напряжения ε2 ≤ 0,02 производят частичное симметрирование.

Неполное симметрирование режима ЭС особенно эффективно в сетях со случайным образом изменяющейся по фазам несимметрией (дуговые печи, сварочные установки и др.).

Рисунок 4.10 – Наиболее распространенные схемы ССУ

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Симметрирование — напряжение

Симметрирование напряжений в сети сводится к компенсации тока и напряжения обратной последовательности. При стабильном графике нагрузок снижение систематической несимметрии напряжений в сети может быть достигнуто выравниванием нагрузок фаз путем переключения части нагрузок с перегруженной фазы на ненагруженную. В этих случаях необходимо применять специальные симметрирующие устройства. Известно большое число схем симметрирующих устройств, часть из них выполняется управляемыми в зависимости от характера графика нагрузки. [1]

Наиболее универсальным средством симметрирования напряжений является способ создания компенсирующих токов обратной последовательности с помощью батарей статических конденсаторов, включаемых несимметрично между фазами. При равномерном распределении конденсаторной мощности по фазам создаваемый ими ток обратной последовательности равен нулю. [2]

Для уменьшения влияния несимметрии напряжений производится симметрирование напряжения . Под симметрированием понимается применение мероприятий для уменьшения напряжений и токов обратной и нулевой последовательностей. В заводских распределительных сетях обычно более важно снижение токов и напряжений обратной последовательности, чем нулевой, так как трехфазные двигатели переменного тока более чувствительны к несимметрии линейных напряжений. На рис. 7.6 показаны схема и векторная диаграмма токов симметричных составляющих ( 1, 2, 0) всех трех фаз при наличии нагрузки только в одной фазе А и результирующие векторы токов. [3]

Читайте также:  Ток высокого напряжения эксплуатация

Однако следует иметь в виду, что такое симметрирование напряжений получается только при отсутствии активных сопротивлений в цепях первичной коммутации генератора, так как в противном случае имеются падения напряжений не только в индуктивных, но и активных сопротивлениях. Последовательные трансформаторы за счет взаимной индукции создают ЭДС, смещенные на угол я / 2 по отношению к токам генератора. Следовательно, они не могут компенсировать падений напряжений в активных сопротивлениях. Это обстоятельство имеет значение для генераторов небольших мощностей, и его необходимо учитывать при постановке опытов в лабораторных условиях на немоделированных машинах. [4]

ФСУ) устройств, обеспечивающих одновременно компенсацию реактивной мощности основной частоты, фильтрацию высших гармонических, компенсацию изменений напряжения, а также симметрирование напряжения сети . Фильтрокомпенсирующие и фильтросимметрирующие устройства целесообразно размещать в узле подключения нелинейной нагрузки. Они состоят из управляемой части компенсатора ( УК), обеспечивающей регулирование реактивной мощности, и энергетических фильтров ( Ф), обеспечивающих фильтрацию высших гармоник тока нелинейной нагрузки. Основные варианты исполнения ФКУ и ФСУ приведены на рис. 11.7, а, б в. Ниже приведена методика расчета и выбора элементов ФКУ и ФСУ. [5]

Основным источником несимметрии напряжений в промышленных электросетях 0 4; 6; 10 кВ являются однофазные электротермические установки; рассмотрим методы и средства симметрирования напряжений применительно к этому виду нагрузок. [6]

В сетях с несимметричными нагрузками применяются ФКУ и ФСУ, обеспечивающие одновременно компенсацию реактивной мощности основной частоты, фильтрацию высших гармоник, компенсацию колебаний напряжения и симметрирование напряжения сети . [7]

Отсюда следует, что в рассматриваемом случае наибольшая эффективность действия последовательных трансформаторов имеет место при тех же значениях Апр, хл1 и k, которые необходимы и для симметрирования напряжений на вентилях. При &93 значение предельной мощности Рт совпадает с предельной мощностью для независимого возбуждения. [8]

Недостаток системы ДПТ — наличие асимметрии напряжения, подводимого к зажимам ПЭД, что обусловлено различием электрических параметров жил кабеля и колонны труб, причем степень этой асимметрии вследствие нелинейности одной из фаз токоподвода ( трубы) не остается постоянной, а изменяется с изменением режима работы установки. Поэтому в целях симметрирования напряжения на зажимах ПЭД для конкретных условий работы на устье скважины необходимо иметь тиристор-ный регулятор напряжения с независимым пофазным регулированием угла управления тиристорами, позволяющим изменять напряжение на каждой фазе вторичной обмотки в отдельности в необходимых пределах. [9]

Таким образом, в предложенных системах сеточного управления регулирование напряжения выпрямителя осуществляется только одним импульсно-фазовым регулятором, независимо от числа каналов управления. Последнее является бесспорным преимуществом рассмотренных систем, так как они не требуют специальных устройств для симметрирования напряжения , гибки в наладке и позволяют в принципе собирать из однотипных элементов любые цепи управления с необходимым утлом сдвига и симметрией фаз отпирающих импульсов. При этом структура элементов системы управления не изменяется. [10]

Достоинствами подобных ФКУ являются простота, надежность схемы, возможность плавного регулирования реактивной мощности, а также пофазное симметрирование напряжения сети . [11]

В асинхронных двигателях возникают дополнительные потери в статоре. В ряде случаев приходится при проектировании увеличивать номинальную мощность электродвигателей, если не принимать специальные меры по симметрированию напряжения . В синхронных машинах кроме дополнительных потерь и нагрева статора и ротора могут начаться опасные вибрации. Из-за несимметрии сокращается срок службы изоляции трансформаторов, синхронные двигатели и ЕК уменьшают выработку реактивной мощности. [12]

Достоинства подобных ФКУ заключаются в простоте и надежности схемы, в возможности плавного регулирования реактивной мощности, а также пофазного симметрирования напряжения сети . [13]

Конструктивно ФСУ представляют собой несимметричный фильтр, включенный на линейное напряжение сети. Выбор линейных напряжений, на которые подключаются фильтрующие цепи ФСУ, а также соотношения мощностей конденсаторов, включенных в фазы фильтра, определяются условиями симметрирования напряжения . [15]

Источник

Adblock
detector