Выбор регулировочных ответвлений трансформаторов

Обновлено: 11.01.2025

ВЫБОР ОТВЕТВЛЕНИЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ

установленных стандартом качества электрической энергии.

Одним из основных мероприятий, которое обеспечивает нужное

напряжение у электроприёмников и генераторов на ТЭЦ, является правильный

выбор ответвлений на трансформаторах. Силовые трансформаторы, как

правило, выполняются с устройствами регулирования напряжения под

нагрузкой (РПН). В этом случае изменяется коэффициент трансформации

трансформаторов за счёт переключения ответвлений. Количество ответвлений

и шаг каждого ответвления зависит от типа трансформатора. При выборе

ответвлений коэффициент трансформации определяется как отношение

напряжений высоковольтной и низковольтной обмоток на холостом ходу. Для

каждого режима можно выбирать своё ответвление.

Исходные данные для выбора ответвлений трансформаторов, полученные

из предыдущих расчётов, представлены в Таблицах 37, 38, 39.

Порядок выбора ответвлений для каждого режима следующий:

- Определяют потери напряжения в трансформаторах .

Знак в трансформаторах, установленных на ТЭЦ, зависит от соотношения

мощностей генераторов и потребителя, совмещённого с ТЭЦ. Если мощность

генераторов больше мощности потребителя, то знак минус, а при обратном

соотношении мощностей – плюс.

- Рассчитывают приведённые напряжения на шинах низкого напряжения при

известных напряжениях в узлах сети :

, (2) - Определяют напряжения ответвлений, обеспечивающих желаемые напряжения у потребителей :

, (3) - Округляют для каждого трансформатора до ближайшей величины,

указанной в паспорте на трансформатор.

- Определяют действительное напряжение у потребителей:

-Определяют отклонения напряжений от номинального значения :

Согласно стандарта в нормальном режиме и в

Результаты расчетов для всех режимов представлены в Таблице 40.

Полученные в результате проведённого расчёта отклонения напряжений на

шинах потребителей от номинальных значений не превышают допустимых

пределов, следовательно выбранные ответвления трансформаторов позволяют в

должной мере регулировать напряжение и поддерживать необходимое качество

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом всех произведенных в предыдущих разделах расчётов является

проект районной электрической сети.

Выбор оптимальной схемы сети был осуществлен в два этапа, что

позволяет выбрать схему с учётом как требований по надёжности

электроснабжения, так и по экономическим показателям.

Выбор генераторов на ТЭЦ, трансформаторов на подстанциях и сечения

проводов линии произведены с учётом всех требований предъявляемых ГОСТ.

Целью этих разделов являлся выбор оптимальных параметров линии, с

точки зрения экономичности, надёжности и качества напряжения.

Спроектированная нами сеть удовлетворяет всем требованиям,

предъявляемым к электрической сети, согласно ПУЭ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Электропитающие сети систем электроснабжения: учебное пособие по курсовому проектированию / В.Я. Боос, В.И. Стасяк, А.В. Хлопова и др. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2013. – 63 с.

2. Блок, В.М. Электрические сети и системы: учебное пособие / В.М. Блок. – М.: Высшая школа, 1986. – 430 с.

3. Глазунов, А.А. Электрические сети и системы / А.А. Глазунов, А.А. Глазунов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: ГЭИ, 1960. – 368 с.

4. Комиссарова, Е.Д. Электрические системы и сети. Расчеты режимов электрических сетей: текст лекций для студентов-заочников / Е.Д. Комис-сарова, В.П. Долинин. – Челябинск: ЧПИ, 1986. – 63 с.

5. Мельников, Н.А. Электрические сети и системы: учебное пособие / Н.А. Мельников. – 2-е изд., стер. – М.: Энергия, 1975. – 463 с.

6. Электрические системы. Электрические сети: учебник / В.А. Вени-ков, А.А. Глазунов, Л.А. Жуков и др. / под ред. В.А. Веникова., В.А. Строева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1998. – 511 с.

7. Стандарт организации. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к содержанию и оформлению. СТО ЮУрГУ 04-2008. – Челябинск, 2008.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

С устройствами регулирования под нагрузкой

Сущность регулирования напряжения с помощью трансформаторов заключается в том, что при необходимости изменения напряжения на вторичной стороне трансформатора изменяют его коэффициент трансформации. С этой целью, как уже отмечалось, на всех трансформаторах выполняют специальные ответвления, каждое из которых соответствует определенному числу витков обмотки и, следовательно, определенному коэффициенту трансформации. Действительно, напряжение на шинах НН двухобмоточного понижающего трансформатора можно представить так:

Таким образом, каждому ответвлению трансформатора соответствует свое номинальное напряжение обмотки. Переводя переключатель ответвлений из одного положения в другое, т. е. изменяя n, можно изменять номинальное напряжение обмотки ВН, что неизбежно приведет к регулированию напряжения U_н на шинах НН. Очевидно, что при увеличении номинального напряжения обмотки ВН (в скобках – знак плюс) напряжение U_н будет снижаться, а при уменьшении коэффициента трансформации (в скобках – знак минус) – увеличиваться.

Принципиальные схемы одной фазы обмоток двухобмоточного транформатора с устройством РПН приведены на рис. 17.1. Здесь ОО – основная часть обмотки; РО – регулировочная часть обмотки, подключенная со стороны нейтрали трансформатора; К – контакторы; Р – токоограничивающий реактор; R – токоограничивающие активные сопротивления; 1–9 – ответвления регулировочной части обмотки. Нейтраль трансформатора О соединена со средним ответвлением. При установке переключателя в положение 5 в работе находится только основная часть обмотки ОО. Если переключатель находится в одном из положений 1–4, то к основной части обмотки ОО добавляется соответствующее число витков согласно включенной регулировочной части обмотки РО, в результате чего коэффициент трансформации увеличивается. В случае подключения переключателя к одному из ответвлений 6–9 к основной части обмотки ОО присоединяется некоторое количество встречно включенных витков, вследствие чего коэффициент трансформации уменьшается.

В схеме с токоограничивающим реактором (рис. 17.1, а) при нахождении переключателя в каком-то положении (например, на ответвлении 3) ток нормального режима проходит по цепи: вывод ВН, обмотка ОО, плечи реактора Р, контакторы К₁ и К₂, обмотка РО между ответвлениями 3 и 5, нейтраль трансформатора. Если, например, переключатель надо перевести из ответвления 3 в ответвление 2, это производится в следующей последовательности: размыкается контактор К₁, переводится контакт переключателя в положение 2, замыкается контактор К₁ (рис. 17.1, в), размыкается контактор К₂, переводится нижний контакт переключателя в положение 2, замыкается контактор К₂. В результате ни в один из моментов времени цепь, по которой проходит ток нагрузки трансформатора, не разрывается. Обратим внимание на то, что в какой-то момент времени верхний контакт находится в положении 2, а нижний – в положении 3 (рис. 17.1, в). При этом между точками 2 и 3 приложено напряжение, равное величине ступени регулирования трансформатора. Так, если среднее ответвление 5 соответствует линейному номинальному напряжению 115 кВ, а ступень регулирования равна 1,78 %, то напряжение между точками 2 и 3 будет равно

Из-за того, что сопротивление обмотки между точками 2 и 3 мало, это напряжение может вызвать в образовавшемся контуре (рис.17.1, в) недопустимый ток. Поэтому для его ограничения в схему переключателя ответвлений вводят токоограничивающий реактор Р.

В другой схеме роль ограничителя тока при нахождении переключателя в промежуточном положении выполняют токоограничивающие активные сопротивления R₁ и R₂ (рис. 17.1, б). При нахождении верхнего и нижнего контактов переключателя в положении 3 контакторы К₃ и К₄ включены, а К₁ и К₂ отключены. Сопротивление R₂ шунтируется контактором К₄, по которому проходит рабочий ток. Для переключения ответвления в положение 2: переводится верхний контакт в положение 2 без тока в R₁, К₁, К₂; размыкается контактор К₄, в результате чего рабочий ток начинает проходить по сопротивлению R₂; замыкается контактор К₁, при этом рабочий ток перераспределяется между сопротивлениями R₁ и R₂, и в возникшем контуре появляется некоторый уравнительный ток; размыкается контактор К₃; нижний контакт переключателя переводится в положение 2; замыкается контактор К₂, который шунтирует сопротивление R₂, вследствие чего рабочий ток проходит только через контактор К₂.

Активные сопротивления рассчитывают на кратковременный ток, поэтому они более компактны. При этом должно быть обеспечено быстродействие переключателя.

Принципиальные схемы включения одной фазы вольтодобавочных трансформаторов (ВДТ) на примере автотрансформаторов показаны на рис. 17.2, а, б, в . Схемы даны применительно к фазе А автотрансформатора. В зависимости от подаваемого напряжения на питающую обмотку 1 на регулировочной обмотке 2 будет создаваться продольная, поперечная и продольно-поперечная ЭДС. Так, при подключении питающей обмотки к фазе, соответствующей фазе автотрансформатора (в рассматриваемом случае к фазе А), и нейтрали автотрансформатора (рис. 17.12, а) будет создаваться продольная ЭДС, вектор которой совпадает с вектором напряжения данной фазы автотрансформатора. В результате на выходе СН автотрансформатора напряжение будет равно

Если на фазу А питающей обмотки ВДТ подать вектор напряжения (рис. 17.2, б), то в регулировочной обмотке возникнет поперечная ЭДС (рис. 17.3, б), и на выходе СН автотрансформатора напряжение окажется равным

И, наконец, при подаче на фазу А питающей обмотки ВДТ вектора напряжения (рис. 17.2, в) будет создана продольно-поперечная ЭДС (рис. 17.3, в). При этом на выходе СН автотрансформатора будет равно

Заметим, что во всех трех рассмотренных случаях после ВДТ изменяется модуль напряжения и вместо оно становится равным и наименьших нагрузок (рис. 17.4, а). При необходимости рассматривается несколько послеаварийных режимов. Поскольку устройства РПН позволяют производить переход с одного ответвления на другое без отключения трансформатора от сети, то для различных режимов электропотребления в течение суток могут быть выбраны соответствующие желаемые (требуемые) напряжения. Они принимаются исходя из намеченного графика напряжений на шинах ЦП, например, в соответствии с режимом стабилизации напряжения, режимом встречного регулирования и др. Таким образом, в общем случае зададимся желаемыми напряжениями на шинах НН подстанции в режимах наибольших нагрузок U_н.ж.нб, наименьших нагрузок U_н.ж.нм и в послеаварийном режиме U_н.ж.па (рис. 17.4, а). Заметим, что потребителя не интересует, в каком состоянии находится электрическая сеть – нормальном или послеаварийном. В любом случае электроэнергия должна подаваться требуемого качества. Поэтому в качестве желаемого напряжения в послеаварийном режиме обычно выбирают такое же напряжение, как и для нормального режима. Если, например, за послеаварийный режим принят режим наибольших нагрузок, а на шинах НН необходимо обеспечить встречное регулирование, то за желаемые могут быть приняты напряжения

где U_ном – номинальное напряжение сети НН.

Для выбора ответвлений должны быть также известны параметры собственно трансформатора. А именно: номинальное напряжение U_НН обмотки низшего напряжения и номинальные напряжения U_BH каждого из ответвлений обмотки высшего напряжения. При этом искомым является желаемое напряжение U_ВН.ж (напряжение ответвления) обмотки высшего напряжения (рис. 17.4, а).

При сформулированной исходной информации для каждого режима электропотребления можно выразить желаемый коэффициент трансформации через параметры режима как отношение напряжения на шинах НН, приведенное к высшему напряжению, и через параметры собственно трансформатора как отношение желаемого напряжения ответвления обмотки высшего напряжения к номинальному напряжению обмотки низшего напряжения:

Отсюда могут быть найдены желаемые напряжения ответвлений трансформаторов для соответствующих режимов, обеспечивающие желаемые напряжения на шинах НН.

По желаемым (расчетным) напряжениям ответвлений принимают ближайшие стандартные напряжения ответвлений из имеющихся на устройстве РПН данного трансформатора U_ВН.д.нб, U_ВН.д.нм, U_ВН.д.па. При выбранных стандартных ответвлениях действительные напряжения на шинах низшего напряжения будут равны

где k_т.д – действительный коэффициент трансформации при выбранном ответвлении для соответствующего режима электропотребления.

Рассмотрим теперь подход к выбору ответвлений трехобмоточных трансформаторов с РПН. В качестве исходной режимной информации будут служить напряжения в режимах наибольших и наименьших нагрузок, а также в послеаварийном режиме на шинах НН , приведенные к высшему напряжению (рис. 17.4, б). Как и для двухобмоточных трансформаторов, зададимся желаемыми напряжениями на шинах НН для каждого из рассматриваемых режимов U_н.ж.нб, U_н.ж.нм, U_н.ж.па. При этом устройство РПН в обмотке высшего напряжения будем использовать, прежде всего, для обеспечения заданного режима напряжений на шинах НН. С учетом данного условия на шинах СН может быть задано только одно желаемое напряжение U_с.ж для всех режимов, т. к. в обмотке среднего напряжения трансформатора нет устройства РПН.

Трехобмоточный трансформатор сначала рассматривается как двухобмоточный в направлении ВН – НН, и для каждого режима электропотребления выбираются соответствующие ответвления устройства РПН в обмотке высшего напряжения с действительными напряжениями ответвлений U_ВН.д.нб, U_ВН.д.нм, U_ВН.д.па. Эти ответвления будут удовлетворять требуемому режиму напряжений на шинах НН. Затем при фиксированных ответвлениях в обмотке ВН переходят к выбору ответвления в обмотке СН, рассматривая снова трехобмоточный трансформатор в направлении ВН – СН. При этом желаемый коэффициент трансформации может быть записан по параметрам нормальных режимов и параметрам обмоток трансформатора в виде

Отсюда желаемое напряжение ответвления обмотки СН

По этому расчетному напряжению выбирается ближайшее действительное стандартное напряжение ответвления U_СН.д, имеющееся на данном трансформаторе. Тогда действительные (фактические) напряжения на шинах СН в соответствующих режимах будут равны

где k_т.д – действительный коэффициент трансформации между обмотками ВН и СН трансформатора.

При выполнении расчетов на ЭВМ возможны различные способы выбора ответвлений трансформаторов. По первому способу на шинах ВН, СН и НН подстанции и в нулевой точке схемы замещения трехобмоточного трансформатора задают базисные напряжения, равные номинальному напряжению сети ВН, что соответствует коэффициенту трансформации, равному 1, и производят расчет режима. В результате определяют напряжения, приведенные к шинам ВН. Далее выбирают ответвления трансформаторов по формулам (17.1), (17.3).

Ряд известных программ расчета установившихся режимов позволяет применить второй способ. По нему на шинах ВН, СН и НН подстанций задают базисные напряжения, равные номинальному напряжению соответствующей сети (например, 110, 35 и 10 кВ).

В нулевой точке схемы замещения трехобмоточных трансформаторов базисное напряжение задают равным напряжению на шинах ВН. Для ветви, соответствующей двухобмоточному трансформатору, и ветви, соответствующей обмотке НН трехобмоточного трансформатора, задают ступени регулирования напряжения устройства РПН.

Кроме того, с учетом выбранного принципа встречного регулирования в каждом режиме (режиме наибольших и наименьших нагрузок, в послеаварийных режимах) на шинах НН задают желаемые напряжения.

В результате расчета режима на ЭВМ с такими данными определяют по каждой подстанции выбранные ответвления и фактические напряжения на шинах НН.

Для выбора ответвления на обмотке СН при расчете режима задают коэффициент трансформации в направлении ВН – СН , соответствующий заданным базисным напряжениям на шинах ВН U_ВН.б и СН U_СН.б.

Найденные при этом напряжения, приведенные к высшему напряжению:

Далее ответвление выбирают по формуле (17.3), Обратим внимание на то, что для устройств РПН ответвления выбирают в каждом из расчетных режимов, а для устройств без РПН – одно ответвление для всех режимов.

Третий способ полезно использовать в проектных расчетах, когда основная задача заключается не в выборе конкретных ответвлений трансформаторов, а в проверке достаточности диапазона регулирования для обеспечения заданных режимов напряжений на шинах вторичного напряжения понижающих подстанций. В этом случае для режима наибольших нагрузок и послеаварийных режимов задают наименьшие коэффициенты трансформации:

где U_НН – номинальное напряжение обмотки НН; U_{отв.мин} – наименьшее напряжение из всего диапазона регулировочных ответвлений.

Например, при диапазоне регулирования 115±9 × 1,78 % U_{отв.мин} будет равно 115–9 × 1,78 %, т. е. 96,6 кВ.

На шинах СН базисное напряжение задается равным номинальному напряжению сети.

Аналогично расчет выполняют и для режима наименьших нагрузок, но только коэффициенты трансформации задают наибольшие, т.к. в этом случае необходимо проверить возможность получения напряжения не выше желаемого при наименьших нагрузках

где U_{отв.макс} – наибольшее напряжение из всего диапазона регулировочных ответвлений трансформатора.

Например, при диапазоне регулирования 115±9 × 1,78 % U_{отв.макс} будет равно 115+9 × 1,78 %, т. е. 133,4 кВ.

Автотрансформаторы могут иметь устройства РПН в нейтрали обмоток, на стороне среднего напряжения и на стороне высшего напряжения. Преимущественное распространение получили автотрансформаторы с устройствами РПН на стороне среднего напряжения. Поэтому рассмотрим под-ход к выбору ответвлений именно таких автотрансформаторов.

При работе автотрансформаторов в замкнутой сети для связи сетей двух различных номинальных напряжений их ответвления выбираются на основе оптимизации режима данной сети. Однако в ряде случаев возможна работа автотрансформаторов и в радиальных сетях: при нормальной радиальной схеме сети; в замкнутой схеме сети, работающей нормально в разомкнутом режиме по условию экономичности или ограничения токов короткого замыкания; при размыкании замкнутой сети во время ремонтных работ и в послеаварийных режимах. Поток мощности при этом, как правило, направлен со стороны высшего напряжения в сторону среднего (и, возможно, низшего) напряжения. Поскольку определяющим является передача мощности на сторону среднего напряжения, то при выборе ответвлений автотрансформатора задаются желаемым напряжением U_с.ж именно на шинах этого напряжения. Тогда, как и для трансформаторов, применительно к каждому из рассматриваемых режимов можно записать соотношение применительно к коэффициенту трансформации между выводами высшего и среднего напряжения:

где U_с'– на шинах среднего напряжения в данном режиме сети, приведенное к высшему напряжению; U_BH – номинальное напряжение вывода высшего напряжения; U_СН.ж – желаемое напряжение ответвления на стороне среднего напряжения.

При этом желаемая добавка напряжения по сравнению с напряжением среднего ответвления UСН будет равна

где U_СН – напряжение среднего ответвления.

7.4. Выбор регулировочных ответвлений трансформаторов

Задача выбора регулировочных ответвлений трансформаторов заключается в том, чтобы при любых возможных изменениях напряжения в электрической сети обеспечить на шинах вторичного напряжения трансформатора требуемое напряжение.

Рассмотрим простейшую схему электрической сети (рис. 7.6, а ). От ЦП, представленного шинами неизменного напряжения U c =const, через линию электропередачи W и трансформатор Т питается нагрузка мощностью S н = Р н + jQ н . Напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора равны соответственно U в и U н . Трансформатор имеет устройство РПН.

В схеме замещения сети (рис. 7.4, б ) линия представлена сопротивлением Z w , трансформатор представлен приведенным к первичному напряжению со-

противлением Z т и идеальным трансформатором Т без потерь мощности и напряжения, изменяющим напряжение в соответствии с коэффициентом трансформации k т . Вторичное напряжение, приведенное к обмотке высшего напряжения, обозначено U ' н . Действительное вторичное напряжение состав-

ляет U '' н = U ' н / k т .

Изначально полагаем, что контакты РПН находятся на нулевом ответвлении U отв о . Номинальный коэффициент трансформации

k т = U вн / U нн = U отв 0 / U нн =U ' н / U '' н

может изменяться за счет РПН.

в)

Рис.7.6. Схема электрической сети ( а ), схема замещения ( б ) и эпюра напряжения ( в )

Эпюра напряжения в сети показана на рис. 7.6, в . Напряжение на первичной обмотке трансформатора U в отличается от напряжения cистемы U c на величину потерь напряжения в сопротивлении Z w

Напряжение на выводах вторичной обмотки трансформатора, приведенное к обмотке высшего напряжения, отличается от напряжения U в на величину потерь напряжения в сопротивлении трансформатора Z т :

U ' н = U в – U zт .

Действительное напряжение на вторичной обмотке составляет

U '' н = U ' н / k т = U ' н U н н / U вн = U ' н U нн / U отв о .

Пусть действительное напряжение U '' н отличается от требуемого напряжения U '' н т . Необходимо переключить РПН c нулевого ответвления U отв о на требуемое ответвление U отв т , обеспечивающее на вторичной обмотке транс-

U '' н т = U ' н U нн / U отв т .

Из последнего выражения определяется напряжение требуемого регули-

U отв т = U ' н U нн / U '' н т .

Полученное напряжение требуемого регулировочного ответвления ок-

ругляется до стандартного значения U отв и определяется действительное на-

пряжение на вторичной обмотке трансформатора после регулирования

U д = U ' н U нн / U отв .

После регулирования напряжение на вторичной обмотке трансформатора изменится до требуемого значения. Из эпюры напряжения, показанной на рис. 7.6, в , видно, что регулирование напряжения эквивалентно введению дополнительного напряжения U в схему электрической сети.

Определение стандартных напряжений регулировочных ответвлений поясним на конкретном примере. Для большинства трансформаторов с номинальным первичным напряжением U вн =115 кВ диапазон регулирования напряжения составляет + 9 . 1,78 %. Для таких трансформаторов стандартные

напряжения ответвлений определяются как

где + i = + (0, 1, 2, … 9) – номера ответвлений.

Для повышения напряжения на вторичной обмотке трансформатора его коэффициент трансформации необходимо уменьшить, что соответствует знаку минус в выражении (7.8). Для понижения напряжения на вторичной обмотке трансформатора – наоборот.

В качестве примера в табл. 7.2 приведены стандартные напряжения ответвлений трансформатора с номинальным первичным напряжением U вн =115

кВ. Данные приведенной таблицы можно использовать для определения по выражению (7.8) напряжения на вторичной обмотке трансформатора после регулирования.

7.5. Регулирование напряжения в распределительных сетях 6-20 кВ

Задача оптимизации режима напряжений в распределительных сетях напряжением 6-20 кВ является весьма важной, поскольку эти сети находятся в непосредственной электрической близости от потребителей. В таких сетях, называемых еще сетевыми районами, электроэнергия к потребителям распределяется от ЦП, под которыми понимаются шины распределительных устройств вторичного напряжения (6…20 кВ) понижающих подстанций ЭЭС.

Схема сетевого района представляет собой разомкнутую радиальномагистральную или петлевую сеть. Трансформация электроэнергии на низшую ступень напряжения 0,4 кВ осуществляется через распределительные трансформаторы с устройствами ПБВ.

Сетевые районы представляют собой фактически индивидуальные системы электроснабжения городских, сельскохозяйственных или промышленных потребителей и в этом отношении являются взаимно независимыми подсистемами низшей ступени иерархической структуры ЭЭС. Связь каждого сетевого района с электрической сетью более высокого уровня осуществляется через шины ЦП.

Возможности активного воздействия на режим напряжения в сетевом районе оказываются весьма ограниченными. Одной из причин такой ограниченности является массовость сетевых районов. В одной региональной ЭЭС насчитываются десятки сетевых районов, тысячи подстанций 6. 20/0,4 кВ. Поэтому в сетевых районах целесообразны наиболее простые и дешевые

средства регулирования напряжения – трансформаторы с ПБВ и нерегулируемые батареи конденсаторов.

Другой причиной является отсутствие точной исходной информации о параметрах режимов сетей. Такая информация может быть получена либо в результате наблюдения эксплуатационным персоналом за показывающими и регистрирующими приборами, либо автоматически от устройств телемеханики. Оба способа получения информации от сотен узлов сетевого района не представляются реальными. В силу малочисленности эксплуатационного персонала не всякий сетевой район может позволить себе не только постоянное наблюдение за приборами, но даже проведение единовременных контрольных замеров режимных параметров на каждой подстанции района. Оснащение сетевого района средствами телеизмерений и телесигнализации потребует экономически неоправданных затрат на эти средства.

Таким образом, фактические данные о режиме сетевого района по напряжению на каждый момент времени отсутствуют. Имеются лишь более или менее достоверные данные о максимальных и минимальных нагрузках узлов и сетевого района в целом.

При сложившейся ситуации оперативное управление режимом сетевого района по напряжению сосредоточивается в ЦП. Закон регулирования на-

пряжения в ЦП определяется [4]: устройства регулирования напряжения должны обеспечивать поддержание напряжения на шинах 6. 20 кВ электростанций и подстанций, к которым присоединены распределительные сети, в пределах не ниже 1,05U ном в период наибольших нагрузок и не выше U ном в период наименьших нагрузок этих сетей .

Регулирование напряжения в ЦП распределительной сети называется

централизованным регулированием напряжения . Регулирование, при кото-

ром напряжение на шинах ЦП в период наибольших нагрузок повышается, а

в период наименьших нагрузок уменьшается, называется встречным регули-

Рассмотрим подробнее принцип встречного регулирования напряжения

в ЦП сетевого района. На рис. 7.7 показана упрощенная схема сетевого района. От шин ЦП через распределительный трансформатор с сопротивлением Z РТ получают питание ближние потребители электроэнергии БП. От шин ЦП

отходит линия сопротивлением Z л , в конце которой через распределительный трансформатор с сопротивлением Z РТ подключены дальние потребители электроэнергии ДП.

Выбор ответвлений двухобмоточного трансформатора

В соответствии с методом встречного регулирования напряжения на шинах 6 – 10 кВ районных подстанций меняется в зависимости от режима нагрузки. Добавка (V %) к номинальному напряжению питаемой сети составляет:

· + 5 % при максимальной нагрузке в нормальном режиме работы сети;

· 0 % при минимальной нагрузке, которая не превышает 30 % от максимальной нагрузки;

· 0 – 5 % в послеаварийном режиме в период максимальной нагрузки.

Если минимальная нагрузка превышает 30 % максимальной, то добавку к напряжению можно рассчитать по формуле

или определить из следующего графика (рис. 19.1).

Желаемый уровень напряжения на шинах 6 – 10 кВ районных под-станций в зависимости от режима нагрузки рассчитывается по форму-ле:

При отсутствии регулирования фактическое напряжение на шинах 6 – 10 кВ подстанций определяется с учетом номинального коэффици-ента трансформации:

где напряжение на шинах низшего напряжения подстанции, приведенное к напряжению высокой стороны. Определяется при расчете режима сети. Подробный расчет этого напряжения был приведен в лекции 9 в пункте “Расчет сетей разных номинальных напряжений”;

соответственно высшее и низшее номинальные напряжения обмоток трансформатора.

При установке устройства РПН в нейтрали обмотки высшего напряжения коэффициент трансформации трансформатора можно записать следующим образом:

Тогда желаемое напряжение на шинах низшего напряжения подстанций при его регулировании может быть рассчитано по формуле:

Из этого выражения можно определить необходимое напряжение ответвления устройства РПН:

Далее расчет выполняется в следующем порядке:

1. Рассчитывается напряжение ступени регулирования (в кВ)

где ступень регулирования устройства РПН. Принимается по паспортным данным трансформатора.

2. Рассчитывается необходимый номер ответвления

3. Принимается ближайший номер стандартного ответвления

4. Рассчитывается напряжение принятого стандартного ответвления

5. Определяется фактическое напряжение на шинах низшего напряжения трансформатора

Расчет выполнен правильно, если выполняется условие

Если устройство РПН установлено на стороне низшего напряжения трансформатора, то его коэффициент трансформации равен:

а желаемое напряжение на шинах низшего напряжения подстанций при его регулировании может быть рассчитано по формуле:

Необходимое напряжение ответвления устройства РПН в этом случае равно:

Далее все расчеты выполняются по пунктам 1 – 4 по низшему номинальному напряжению трансформатора . Фактическое напряжение на шинах низшего напряжения подстанции будет равно

Проверка правильности расчетов выполняется по формуле (19.1).

Выбор ответвлений трехобмоточного трансформатора и

У трехобмоточного трансформатора для регулирования напряжения имеются два устройства:

· устройство РПН для регулирования напряжения на низшей стороне. Установлено в нейтрали высшей обмотки;

· устройство ПБВ (переключение без возбуждения) для регулирования напряжения на стороне среднего напряжения. Установлено в обмотке среднего напряжения.

В результате расчета режима работы сети определяются значения напряжений на шинах низшего и среднего напряжений приведенные к напряжению обмотки высшего напряжения. Расчет режима выполняется при заданном напряжении на источнике питания. Фрагмент, касающийся расчета трансформатора, приведен ниже. Упрощенная схема замещения трансформатора приведена на рис. 19.2. Количество трансформаторов подстанции учитывается при расчете сопротивлений обмоток эквивалентного трансформатора.

По мощностям в конце обмоток низшего и среднего напряжений

рассчитываются потери мощности в этих обмотках:

Мощности в начале обмоток низшего и среднего напряжения будут равны:

Мощность в конце обмотки высшего напряжения определяется по I закону Кирхгофа

Определяются потери мощности в обмотке высшего напряжения

и вычисляется мощность в ее начале:

По напряжению и мощности в начале обмотки среднего напряжения рассчитываются составляющие падения напряжения в обмотке среднего напряжения:

· и при напряжении 220 кВ и выше поперечная

Определяется напряжение в нулевой точке

Аналогично рассчитываются составляющие падения напряжения в обмотках низшего и среднего напряжений:

Рассчитываются напряжения на стороне низшего и среднего напряжений, приведенные к напряжению обмотки высшего напряжения:

При регулировании напряжения сначала рассчитывается устройство РПН. Расчет выполняется аналогично расчету устройства РПН двухобмоточного трансформатора при установке устройства в нейтрали. В результате расчета определяется напряжение ответвления обмотки высшего напряжения . Далее выполняется расчет ответвлений устройства ПБВ.

При коэффициенте трансформации между обмотками высшего и среднего напряжений равным

желаемое напряжение на шинах среднего напряжения будет равно

Из этого выражения найдем искомую величину – напряжение ответвления устройства ПБВ:

Величина желаемого напряжения в сети среднего напряжения выбирается независимо от режима нагрузки. Для снижения потерь мощности и электроэнергии в элементах сети целесообразно в любом режиме нагрузок поддерживать максимально допустимый уровень напряжения. Его величина определяется величиной номинального напряжения оборудования (в основном трансформаторами), которое установлено в сети среднего напряжения. Согласно ПУЭ на обмотки высшего напряжения трансформаторов допустимо длительно подавать напряжение на 5 % выше их номинальных напряжений. Так как трансформаторы, которые питаются от сети среднего напряжения, имеют разную величину номинального напряжения, то величина желаемого напряжения в сети среднего напряжения рассчитывается следующим образом:

Далее расчет выполняется по пунктам 1 – 4 с учетом количества ступеней регулирования и величины ступени регулирования устройства ПБВ. Расчет ведется по номинальному напряжению обмотки среднего напряжения трансформатора . Фактическое напряжение на шинах низшего напряжения подстанции определяется как и при расчете устройства РПН, когда оно установлено на обмотке низшего напряжения:

У автотрансформатора для регулирования напряжения имеется устройство РПН, установленное в линейном конце обмотки среднего напряжения. Регулируется напряжение только на средней стороне. Расчет выполняется аналогично расчету устройства ПБВ трехобмоточного трансформатора. Поскольку обмотка высшего напряжения автотрансформатора нерегулируема, то на ней есть только одно ответвление. Оно соответствует номинальному напряжению высшей обмотки . Поэтому напряжение ответвления устройства РПН автотрансформатора рассчитывается так:

Остальные расчеты выполняются, как для устройства ПБВ трехобмоточного трансформатора.

7.4. Выбор регулировочных ответвлений трансформаторов

Рассмотрим простейшую схему электрической сети (рис. 7.6, а ). От центра питания, представленного шинами неизменного напряжения U c =const, через линию электропередачи W и трансформатор Т питается нагрузка мощностью S н = Р н + jQ н . Напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора равны соответственно U в и U н . Трансформатор имеет устройство РПН.

В схеме замещения сети (рис. 7.4, б ) линия представлена сопротивлением Z w , трансформатор представлен приведенным к первичному напряжению сопротивлением Z т , и идеальным трансформатором без потерь мощности и напряжения, изменяющим напряжение в соответствии с коэффициентом трансформации k т . Вторичное напряжение, приведенное к обмотке высшего напряжения, обозначено U ' н . Действительное вторичное напряжение составляет

U '' н = U ' н / k т .

k т = U вн / U нн = U ' н / U '' н

может изменяться за счет РПН.

U в = U c – ∆ U zw .

Рис.7.6. Схема электрической сети ( а ), ее схема замещения ( б ) и эпюра напряжения ( в )

U ' н = U в – ∆ U zт .

Действительное напряжение на вторичной обмотке составляет

U '' н = U ' н / k т = U ' н U нн / U вн = U ' н U нн / U отв о .

U '' н т = U ' н U нн / U отв т .

Из последнего выражения определяется напряжение требуемого регулировочного ответвления

U отв т = U ' н U нн / U '' н т .

Полученное напряжение требуемого регулировочного ответвления округляется до стандартного значения U отв и определяется напряжение на вторичной обмотке трансформатора после регулирования

U д = U ' н U нн / U отв .

После регулирования напряжение на вторичной обмотке трансформатора изменится до требуемого значения. Из эпюры напряжения, показанной на рис. 7.6, в , видно, что регулирование напряжения эквивалентно введению дополнительного напряжения ∆ U в схему электрической сети.

регулирования напряжения составляет + 9 . 1,78%. Для таких трансформаторов стандартные напряжения ответвлений определяются как

U отв i =U вн + i . 1,78 U вн /100,

где + i = + (0, 1, 2, … 9) – номера ответвлений.

В качестве примера в табл. 7.2 приведены стандартные напряжения ответвлений трансформатора с номинальным первичным напряжением

Данные приведенной таблицы можно использовать для определения по выражению (7.7) напряжения на вторичной обмотке трансформатора после регулирования.

7.5. Регулирование напряжения в распределительных местных сетях

Задача оптимизации режима напряжений в распределительных местных электрических сетях является весьма важной, поскольку эти сети находятся в непосредственной электрической близости от потребителей. В местных распределительных сетях, называемых еще сетевыми районами, электроэнергия к потребителям распределяется от центров питания (ЦП), под которыми понимаются шины распределительных устройств вторичного напряжения (6…35 кВ) понижающих подстанций ЭЭС.

Схема сетевого района представляет собой разомкнутую радиальномагистральную или петлевую сеть (см. п. 3.1). Трансформация электроэнергии на низшую ступень напряжения 0,4 кВ осуществляется через распределительные трансформаторы с устройствами ПБВ.

Возможности активного воздействия на режим напряжения в сетевом районе оказываются весьма ограниченными. Одной из причин такой ограниченности является массовость сетевых районов. В одной районной ЭЭС насчитываются десятки сетевых районов, тысячи подстанций 6. 10/0,4 кВ. Поэтому в сетевых районах целесообразны наиболее простые

и дешевые средства регулирования напряжения – трансформаторы с ПБВ

и нерегулируемые батареи конденсаторов.

При сложившейся ситуации оперативное управление режимом сетевого района по напряжению сосредоточивается в ЦП. Закон регулирования напряжения в ЦП определяется [1]: устройства регулирования напряжения должны обеспечивать поддержание напряжения на шинах 3. 20 кВ электростанций и подстанций, к которым присоединены распределительные сети, в пределах не ниже 1,05U ном в период наибольших нагрузок и не выше U ном в период наименьших нагрузок этих сетей .

Регулирование напряжения в ЦП местной распределительной сети называется централизованным регулированием напряжения .

Регулирование, при котором напряжение на шинах ЦП в период наибольших нагрузок повышается, а в период наименьших нагрузок уменьшается, называется встречным регулированием напряжения .

Рассмотрим подробнее принцип встречного регулирования напряжения в ЦП сетевого района. На рис. 7.7 показана упрощенная схема сетевого района. От шин ЦП через распределительный трансформатор с сопротивлением Z РТ получают питание ближние потребители электроэнергии БП. От шин ЦП отходит линия сопротивлением Z л , в конце которой через распределительный трансформатор с сопротивлением Z РТ подключены дальние потребители электроэнергии ДП.

Выбор регулировочных ответвлений трансформаторов

Принимаются в качестве желаемых напряжений на стороне НН подстанций:

1,05 U _н =10,5 кВ – для режима максимальных нагрузок;

U _{ж нн} = U _н=10 кВ для режима минимальных нагрузок;

1,05 U _н=10,5 кВ для послеаварийного режима.

Желаемое регулировочное ответвление трансформатора на первой подстанции в режиме максимальных нагрузок

.(3.54)

Величина ступени регулирования для трансформаторов класса 110 кВ принимается по таблице 1.29; =1,78%.

В качестве действительного регулировочного ответвления трансформаторов на первой подстанции в режиме максимальных нагрузок принимается ближайшее меньшее целое число с учетом знака по отношению к

=-1.

Для трансформаторов класса 110 кВ значение действительного ответвления должно лежать в диапазоне

. (3.55)

Условие (3.55) выполняется.

Действительное напряжение на стороне НН первой подстанции в режиме максимальных нагрузок

, (3.56)

Аналогично выполняются расчеты для всех подстанций в нормальном режиме при максимальных и минимальных нагрузках и в послеаварийном режиме. Результаты расчетов сведены в таблицы 3.9,3.10 и 3.11.

Читайте также: