Основы регулирования режимов систем передачи и распределения электрической энергии

ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ План 1. Основные задачи регулирования режимов. 2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с устройствами регулирования под нагрузкой. 3. Выбор режимов регулирования напряжения в распределительных сетях. 4. Регулирование напряжения изменением потоков реактивной мощности. 17.1. Задачи регулирования режимов Под режимом работы системы передачи и распределения электроэнергии понимают состояние системы, характеризующееся совокупностью условий и величин в какой-либо момент времени или на интервале времени. Различают нормальные, аварийные, послеаварийные и ремонтные режимы. Нормальным режимом работы называется режим, при котором обеспечивается электроснабжение всех потребителей и качество электрической энергии (качество частоты и качество напряжения) в установленных пределах. К основным параметрам нормального режима относятся: частота переменного тока в системе; напряжения, токи, потоки активной и реактивной мощности в узлах системы; токи, потоки активной и реактивной мощности в ветвях схемы сети (в линиях и трансформаторах); активные и реактивные мощности электростанций; реактивные мощности компенсирующих устройств. Если один или несколько элементов системы отключены для проведения их ремонта, то наступает ремонтный режим. В случае же отключения одного или нескольких элементов из-за возникших внезапных повреждений система оказывается в состоянии послеаварийного режима. Нормальные, ремонтные и послеаварийные режимы относятся к установившимся режимам. Они характеризуются достаточно большой продолжительностью (часами, сутками, месяцами) и неизменными или медленно изменяющимися параметрами режима. В ремонтных и послеаварийных режимах, так же как и в нормальных режимах, должно обеспечиваться качество электроэнергии в соответствии с нормативами. Вместе с тем в отличие от нормальных режимов при возникновении ремонтных и послеаварийных режимов иногда допускают некоторое ограничение потребителей по мощности. Аварийные режимы относятся к переходным режимам и характеризуются кратковременностью (доли секунды, несколько секунд). Они возникают при различных повреждениях, например, при коротких замыканиях, при этом  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -254- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.1. Задачи регулирования режимов параметры режима изменяются быстро и сильно отличаются от параметров установившегося режима. Регулирование нормальных режимов осуществляется в соответствии с суточным планом. Если условия функционирования системы изменились по сравнению с планом, то производится коррекция режима. При этом должны быть удовлетворены условия требуемой надежности электроснабжения потребителей, качества электроэнергии и наибольшей экономичности. При управлении нормальными режимами обеспечивается производство оперативных переключений, вывод в ремонт и резерв оборудования и ввод его в работу после окончания ремонта, соответствующая настройка релейной защиты и системной автоматики, сбор и обработка информации о работе системы. Управление нормальными режимами системы передачи и распределения электроэнергии можно условно разделить: 1) на управление режимами для обеспечения надежности электроснабжения; 2) управление напряжением и реактивной мощностью для обеспечения экономичности режимов электрических сетей и качества электроэнергии по напряжению. Управление режимами для обеспечения надежности включает: оперативный контроль параметров режима (перетоков активной мощности, напряжений в основных узлах системы) и принятие мер в случае выхода их за допустимые пределы по условию надежности; оценку ожидаемых ремонтных и возможных аварийных режимов, принятие мер по корректировке режима, изменению схемы сети, состава включенного оборудования для предотвращения возможных недопустимых послеаварийных режимов; ограничение перетоков мощности по транзитным и межсистемным линиям электропередачи. Управление по напряжению и реактивной мощности включает: поддержание напряжения у электроприемников в соответствии с нормами качества электроэнергии; обеспечение экономичности режима электрической сети с учетом технических ограничений по ее элементам. 17.2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов 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  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -255- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с устройствами регулирования под нагрузкой витков обмотки и, следовательно, определенному коэффициенту трансформации. Действительно, напряжение на шинах НН двухобмоточного понижающего трансформатора можно представить так: Uн = U н' U н' = , k т U BH (1 ± 0,01nΔk т ) / U HH где U н' - напряжение на шинах НН, приведенное к шинам высшего напряжения; UНН – номинальное напряжение обмотки НН; UВН – номинальное напряжение среднего ответвления обмотки ВН; Δkт – ступень (шаг) регулирования напряжения на обмотке ВН, %; n – количество включенных ответвлений относительно среднего ответвления. 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 Uн на шинах НН. Очевидно, что при увеличении номинального напряжения обмотки ВН (в скобках – знак плюс) напряжение Uн будет снижаться, а при уменьшении коэффициента трансформации (в скобках – знак минус) – увеличиваться. Принципиальные схемы одной фазы обмоток двухобмоточного трансформатора 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.  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -256- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с устройствами регулирования под нагрузкой ВН ОО К1 1 2 3 4 5 6 7 8 8 НН ВН ОО 1 2 3 4 5 6 7 8 8 P К2 R1 R2 К1 К2 К3 К4 К2 PO PO O O б a 2 К1 3 в P К2 Рис. 17.1. Принципиальные схемы обмоток трансформатора с РПН: а – с токоограничивающим ректором; б – с токоограничивающими активными сопротивлениями; в – переключателя в промежуточном положении 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 1,78 115 ⋅ = 1,18 кВ . 100 3 Из-за того, что сопротивление обмотки между точками 2 и 3 мало, это напряжение может вызвать в образовавшемся контуре (рис.17.1, в) недопусU 23 =  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -257- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с устройствами регулирования под нагрузкой тимый 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 . . U A′ = U A + E 'A . Если на фазу А питающей обмотки ВДТ подать вектор напряжения . U ВС (рис. 17.2, б), то в регулировочной обмотке возникнет поперечная ЭДС (рис. 17.3, б), и на выходе СН автотрансформатора напряжение окажется равным . . U A′ = U A + jE''A .  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -258- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с устройствами регулирования под нагрузкой ВН ВН НН НН 2 2 CН CН 1 1 ВДТ ВДТ А B С O a А B С б ВН НН 2 2 ЛР CН Линия 1 ВДТ А B С в Линия г 1 А B С O Рис. 17.2. Принципиальные схемы включения: а, б, в – вольтодобавочных трансформаторов; г – линейного регулятора Если на фазу А питающей обмотки ВДТ подать вектор напряжения . U ВС (рис. 17.2, б), то в регулировочной обмотке возникнет поперечная ЭДС (рис. 17.3, б), и на выходе СН автотрансформатора напряжение окажется равным . . U A′ = U A + jE''A . И, наконец, при подаче на фазу А питающей обмотки ВДТ вектора на. пряжения U AC (рис. 17.2, в) будет создана продольно-поперечная ЭДС (рис. 17.3, в). При этом на выходе СН автотрансформатора будет равно . . . . U A′ = U A + E A = U A + E 'A + jE ''A .  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -259- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с устройствами регулирования под нагрузкой ⋅ U ′A E 'A' E 'A ⋅ ⋅ UA ⋅ U′C ⋅ ⋅ E 'C ⋅ U′C E 'C' UB UC E 'B а ⋅ ⋅ U ′A UA ⋅ UB ⋅ ⋅ U C U′B E 'B' U′B б E 'A' E 'A ⋅ UA ⋅ U′A ⋅ U′C ⋅ UB ⋅ E 'C' UC E 'C в ⋅ U′B E 'B E 'B' Рис. 17.3. Векторные диаграммы напряжений: а – при продольном регулировании; б – при поперечном регулировании; в – при продольно-поперечном регулировании Заметим, что во всех трех рассмотренных случаях после ВДТ изменя. ется модуль напряжения и вместо | U A | оно становится равным | U A' | . Аналогичны схема включения и принцип работы линейного регулятора ЛР. На рис. 17.2, г, показан вариант включения ЛР для случая создания в регулировочной обмотке 2 фазы А продольной ЭДС, когда питающая обмотка 1 подключается к фазе А и нейтрали трансформатора (автотрансформатора). Рассмотрим теперь вопрос практического использования устройств РПН для обеспечения требуемых режимов напряжения. Такая задача возникает как в условиях эксплуатации электрической сети, так и при ее проектировании. При эксплуатации приходится выбирать конкретные ответвления трансформатора, при которых может быть получено требуемое напряжение на шинах вторичного напряжения подстанций в различных режимах. При проектировании сети необходимо убедиться в том, что имеющийся на трансформаторах диапазон устройства РПН достаточен для обеспечения выбранного режима регулирования напряжения на шинах вторичного напряжения  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -260- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с устройствами регулирования под нагрузкой подстанций. В обоих случаях исходной информацией для выбора ответвления служат результаты расчета установившихся режимов электрической сети при наибольших и наименьших нагрузках, а также наиболее тяжелых послеаварийных режимах или результаты замеров напряжения на входе трансформаторов. UВН.ж → UВН.д = ? UCН.ж → UCН.д = ? UВН.ж → UВН.д = ? ВH UHH CH U HH а IHH ' н.нб ,U ' н.нм ,U ' н.па Uн.ж.нб, Uн.ж.нм, Uн.ж.па HH б U c' .нб , U c' .нм , U c' .па Uc.ж U н' .нб , U н' .нм , U н' .па Uн.ж.нб, Uн.ж.нм, Uн.ж.па Рис. 17.4. Исходная информация для выбора ответвлений трансформаторов с РПН: а – двухобмоточных; б – трехобмоточных Применительно к двухобмоточному трансформатору с РПН в результате электрических расчетов сети будут известны напряжения на шинах НН, приведенные к высшему напряжению трансформатора, в режимах наиболь' ' ших нагрузок U н.нб и наименьших нагрузок U н.нм , а также в наиболее тяже' (рис. 17.4, а). При необходимости раслом послеаварийном режиме U н.па сматривается 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 Uн.ж.нб, наименьших нагрузок Uн.ж.нм и в послеаварийном режиме Uн.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 Uн.ж.нб = Uн.ж.па = 1,05Uном и Uн.ж.нм = 1,0Uном, где Uном – номинальное напряжение сети НН.  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -261- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с устройствами регулирования под нагрузкой Для выбора ответвлений должны быть также известны параметры собственно трансформатора. А именно: номинальное напряжение UНН обмотки низшего напряжения и номинальные напряжения UBH каждого из ответвлений обмотки высшего напряжения. При этом искомым является желаемое напряжение UВН.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: k т.ж.нб = ' U н.нб U = BH.ж.нб ; U н.ж.нб U НН k т.ж.нм ' U н.нм U = = BH.ж.нм ; U н.ж.нм U НН k т.ж.па ' U н.па U = = BH.ж.па . U н.ж.па U НН Отсюда могут быть найдены желаемые напряжения ответвлений трансформаторов для соответствующих режимов, обеспечивающие желаемые напряжения на шинах НН. ' ⎫ U н.нб U HH ; ⎪ U н.ж.нб ⎪ ' ⎪⎪ U U BH.ж.нм = н.нм U HH ; ⎬ U н.ж.нм ⎪ ' ⎪ U U BH.ж.па = н.па U HH . ⎪ U н.ж.па ⎪⎭ U BH.ж.нб = (17.1) По желаемым (расчетным) напряжениям ответвлений принимают ближайшие стандартные напряжения ответвлений из имеющихся на устройстве РПН данного трансформатора UВН.д.нб, UВН.д.нм, UВН.д.па. При выбранных стандартных ответвлениях действительные напряжения на шинах низшего напряжения будут равны  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -262- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с устройствами регулирования под нагрузкой ⎫ U н' .нб U 'н.нб U 'н.нб U н.д.нб = U HH ; ⎪ = = k т.д.нб U ВН.д.нб / U НН U ВН.д.нб ⎪ ' ' ' ⎪⎪ U н.нм U н.нм U н.нм U н.д.нм = U HH ;⎬ = = k т.д.нм U ВН.д.нм / U НН U ВН.д.нм ⎪ ⎪ ' ' ' U н.па U н.па U н.па U н.д.па = = = U HH , ⎪ k т.д.па U ВН.д.па / U НН U ВН.д.па ⎪⎭ (17.2) где kт.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 U н.нб , U н.нм , U н.па и на шинах СН ' ' ' U c.нб , U c.нм , U c.па , приведенные к высшему напряжению (рис. 17.4, б). Как и для двухобмоточных трансформаторов, зададимся желаемыми напряжениями на шинах НН для каждого из рассматриваемых режимов Uн.ж.нб, Uн.ж.нм, Uн.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 Uс.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 UВН.д.нб, UВН.д.нм, UВН.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 k т.ж ' ' U + U ВН.д.нм U с.нб + U с.нм = = ВН.д.нб . 2U с.ж 2U СН.ж Отсюда желаемое напряжение ответвления обмотки СН U СН.ж = (U ВН.д.нб + U ВН.д.нм )U c.ж ' ' + U с.нм U c.нб .  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций (17.3) -263- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с устройствами регулирования под нагрузкой По этому расчетному напряжению выбирается ближайшее действительное стандартное напряжение ответвления UСН.д, имеющееся на данном трансформаторе. Тогда действительные (фактические) напряжения на шинах СН в соответствующих режимах будут равны ' ' ' ⎫ U c.нб U c.нб U с.нб U c.д.нб = U СH.д ; ⎪ = = k т.д.нб U ВН.д.нб / U CН.д U ВН.д.нб ⎪ ' ' ' ⎪⎪ U U с.нм U с.нм U с.д.нм = с.нм = U СH.д ; ⎬ = k т.д.нм U ВН.д.нм / U СН.д U ВН.д.нм ⎪ ' ' ⎪ U' U с.па U с.па U с.д.па = с.па = U СH.д , ⎪ = k т.д.па U ВН.д.па / U СН.д U ВН.д.па ⎪⎭ (17.4) где kт.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 коU эффициент трансформации в направлении ВН – СН k BC = ВН.б , соответстU СН.б вующий заданным базисным напряжениям на шинах ВН UВН.б и СН UСН.б. Найденные при этом напряжения, приведенные к высшему напряжению:  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -264- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с устройствами регулирования под нагрузкой ' = U c.нб k ВС ; U с.нб ' = U c.нм k ВС ; U с.нм ' = U c.па k ВС . U с.па 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: k BН = U отв.мин , U НН (17.5) где UНН – номинальное напряжение обмотки НН; Uотв.мин – наименьшее напряжение из всего диапазона регулировочных ответвлений. Например, при диапазоне регулирования 115±9 × 1,78 % Uотв.мин будет равно 115–9 × 1,78 %, т. е. 96,6 кВ. На шинах СН базисное напряжение задается равным номинальному напряжению сети. По результатам расчета режима производят сравнение полученного напряжения на шинах НН Uн.д и желаемого напряжения на этих шинах Uн.ж в данном режиме. При соблюдении условия Uн.д ≥ Uн.ж имеющийся диапазон РПН на трансформаторе будет достаточным для обеспечения желаемого напряжения в соответствующем режиме. 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 k BН = U отв.макс , U НН (17.6) где Uотв.макс – наибольшее напряжение из всего диапазона регулировочных ответвлений трансформатора. Например, при диапазоне регулирования 115±9 × 1,78 % Uотв.макс будет равно 115+9 × 1,78 %, т. е. 133,4 кВ. Если оказывается, что полученное напряжение на шинах НН не больше желаемого в режиме наименьших нагрузок, т. е. Uн.д.нм ≤ Uн.ж.нм, то имеющий Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -265- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с устройствами регулирования под нагрузкой ся диапазон РПН достаточен для обеспечения требуемого напряжения в этом режиме. 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 подход 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 Uс.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: k BC U c' U = = BH , U с.ж U CH.ж где U c' – на шинах среднего напряжения в данном режиме сети, приведенное к высшему напряжению; UBH – номинальное напряжение вывода высшего напряжения; UСН.ж – желаемое напряжение ответвления на стороне среднего напряжения. Отсюда U CН.ж = U ВН U с.ж . U сэ (17.7) При этом желаемая добавка напряжения по сравнению с напряжением среднего ответвления UСН будет равна или δUж = UСН.ж – UСН, кВ δU ж = U СН.ж − U СН ⋅ 100% . U СН  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций (17.8) (17.9) -266- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.2. Регулирование напряжения с помощью трансформаторов с устройствами регулирования под нагрузкой На основании желаемых UCН.ж и δUж выбираются действительные (стандартные) UCН.д и δUд. Действительное (фактическое) напряжение на шинах среднего напряжения без добавки δUд при среднем ответвлении U c' U CH Uc = , U BH (17.10) а при добавке δUд U c.д U c' U CH.д U c' (U CH + δU д ) = = , U BH U BH (17.11) где UСН – напряжение среднего ответвления. Изменения напряжения на шинах среднего напряжения при введении добавки δUд: δU с.д ⎛ U c' (U CH + δU д ) U BH ⎞ ⎛ U c.д − U c ⎞ δU д =⎜ ⋅ = − ⋅ 100% = ⋅ 100%, 100% 1 ⎜ ⎟ ⎟ ' ⎜ ⎟ U U U U CH BH ⎝ Uc ⎠ c CH ⎝ ⎠ т. е. изменение напряжения равно в процентах вводимой добавке. 17.3. Выбор режимов регулирования напряжения в распределительных электрических сетях Основная цель регулирования напряжения в распределительных сетях 10(6)–0,38 кВ заключается в обеспечении допустимых отклонений напряжения у электроприемников по межгосударственному стандарту. Для регулирования напряжения могут быть использованы устройства РПН трансформаторов или иные устройства, установленные в центре питания распределительной сети, и для улучшения напряжения – трансформаторы подстанций (ТП) 10(6)/0,38 кВ, а в некоторых случаях также компенсирующие устройства, подключенные к сети 10(6) кВ или 0,38 кВ. Выбор ответвления трансформатора 10(6)/0,38 кВ, производят совместно с выбором режима регулирования напряжения в центре питания. Предварительно выполняют расчеты режимов при наибольших и наименьших нагрузках. При расчёте режимов распределительной сети 10 (6) кВ вводят следующие упрощения: а) расчёт потоков мощности на участках сети ведут по номинальному напряжению без учёта потерь мощности. В результате на каждом участке будет получена одна какая-то мощность;  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -267- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.3. Выбор режимов регулирования напряжения в распределительных электрических сетях б) пренебрегают поперечной составляющей падения напряжения, а потерю напряжения принимают равной продольной составляющей падения напряжения ΔU = P⋅R +Q⋅ X ΔU ,B 100 % ; , В, ΔU , % = U ном U ном ,В в) не учитывают поперечные проводимости линий и потери мощности холостого хода трансформаторов ТП. По данным параметров участков сети (сопротивлениям) и нагрузкам ТП в соответствующем режиме находят потоки мощности на всех участках сети. Расчёт ведут от концов сети вплоть до ЦП, используя для каждой точки разветвления сети первый закон Кирхгофа. По найденным потокам мощности с использованием формул для ΔU находят потери напряжения на каждом участке сети и затем - от шин ЦП до шин 0,38 кВ каждой ТП в режиме наибольших ΔU н'' и наименьших ΔU н' нагрузок. Нормальные длительные допустимые отклонения напряжения у электроприемников по межгосударственному стандарту должны находиться в пределах ± 5% . Если ориентироваться на то, что у ближайшего к ТП электроприемника отклонение напряжения будет равно верхнему допустимому пределу δUδ =+ 5 %, а потеря напряжения в сети 0,38 кВ от ТП до него равна ΔUнн.б, то наибольшее допустимое отклонение напряжения на шинах 0,38 кВ по условию работы ближайшего электроприемника составит δUтп.нб=δUδ + ΔUнн.б, (17.12) где ΔUнн.б - потеря напряжения от шин 0,38 кВ до ближайшего приёмника. Относительно наиболее удалённого от ТП приемника можно ориентироваться на то, что у него отклонение напряжения будет равно нижнему допустимому пределу δUУ= –5 %. Если при этом потеря напряжения в сети 0,38 кВ от ТП до него равна ΔUнн.у, то наименьшее допустимое отклонение напряжения на шинах 0,38 кВ ТП по условию работы удалённого электроприемника будет равно (17.13) δUтп.нм = δUу + ΔUнн.у, где ΔUнн.у – потеря напряжения от шин 0,38 кВ ТП до удалённого электроприемника. Таким образом, с учётом соблюдения требований стандарта, как у ближайшего, так и у удалённого приемника, напряжение на шинах 0,38 кВ ТП должно находиться в пределах  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -268- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.3. Выбор режимов регулирования напряжения в распределительных электрических сетях δUТП.нм ≤ δUТП.доп ≤ δUТП.нб, (17.14) Условие (17.14) должно соблюдаться как для режима наиболь'' ' ших δU ТП.доп , так и для режима наименьших δU ТП.доп нагрузок: " " " , ⎫⎪ δU ТП.нм ≤ δU ТП.доп ≤ δU ТП.нб ⎬ ' ' ' δU ТП.нм ≤ δU ТП.доп ≤ δU ТП.нб . ⎪⎭ (17.15) Если иметь в виду, что нормируемые допустимые отклонения напряжения у электроприемников не зависят от режима сети, т. е. δU б" = δU б' = δU б и δU у'' = δU у' = δU у , то " " , ⎫⎪ δU ТП.нб = δU б + ΔU нн.б ⎬ '' '' δU ТП.нм = δU у + ΔU нн.у ; ⎪⎭ (17.16) ' ' δU ТП.нб = δU б + ΔU нн.б , ⎪⎫ ⎬ ' ' δU ТП.нм = δU у + ΔU нн.у . ⎪⎭ (17.17) В распределительной сети 10(6) кВ, как правило, устанавливают трансформаторы, не имеющие устройства регулирования напряжения под нагрузкой. Вместе с тем эти трансформаторы имеют ответвления, позволяющие устанавливать различные коэффициенты трансформации. Поскольку на них нет устройств РПН, то на каждом конкретном трансформаторе, в различных режимах (наибольших и наименьших нагрузок) может быть установлено только одно ответвление. На трансформаторах обычно имеется 5 ответвлений со ступенью регулирования коэффициентов трансформации 2,5 %. Величина добавки напряжения, создаваемая трансформатором, зависит от установленного ответвления: * ⎛ U 2ном ⎞ δU T = ⎜ * − 1⎟ 100, %, (17.18) ⎝ U1ном ⎠ где U*1ном – номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора U * (в отн. ед.) с учётом установленного ответвления U1ном = 1ном ; U*2ном – но10(6)  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -269- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.3. Выбор режимов регулирования напряжения в распределительных электрических сетях минальное напряжение вторичной обмотки трансформатора (в отн. ед.), U*2ном = 0,4/0,38. Для трансформаторов 10 ± 2 × 2.5%/0.4 и 6 ± 2 × 2.5%/0.4кВ значения добавок напряжения приведены в таблице. Таблица Добавки напряжения на трансформаторах ТП Номер ответвления Ответвление первичной обмотки трансформатора, % Напряжение ответвления, кВ Округленное значение добавки напряжения, δUт, % 1 2 3 4 5 +5 +2,5 -2,5 -5 10,5(6,3) 10,25(6,15) 10(6) 9,75(5,85) 9,5(5,7) 0,25 2,70 5,26 7,96 10,80 Для обеспечения допустимых отклонений напряжения у электроприемников целесообразно использовать все имеющиеся ответвления трансформаторов (см. таблицу). При этом каждому из ответвлений будет соответствовать определённая зона распределительной сети. На ТП, близких к ЦП, следует стремиться установить ответвления с меньшими добавками напряжения (т. е. с наибольшей трансформацией +5 или +2,5 %), а на удалённых ТП - наоборот, с большими добавками напряжения (т. е. с наименьшей трансформацией –2,5 или –5 %). Сформулируем условия перехода с одного ответвления трансформатора на другое. Для этого определим величины потерь напряжения, при которых на трансформаторных ТП, ближайших к ЦП, может быть установлена наименьшая добавка напряжения 0,25 %, соответствующая ответвлению трансформатора +5 % (таблицу). Запишем выражение для отклонения напряжения на шинах 0,38 кВ ТП: δUТП = δUЦП - ΔUH + δUT, где δUЦП – отклонение напряжения на шинах ЦП; ΔUH – потеря напряжения от шин ЦП до шин 0,38 кВ ТП; δUT – добавка напряжения на трансформаторе ЦП. Отсюда ΔUH = δUЦП - δUТП + δUT. (17.19) Допустимые отклонения напряжения на шинах 0,38 кВ ТП определяются выражениями (17.14), (17.16) и (17.17).  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -270- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.3. Выбор режимов регулирования напряжения в распределительных электрических сетях С учётом отмеченного, наибольшая потеря напряжения от шин ЦП до шин 0,38 кВ ТП, при которой на трансформаторах ТП может быть установлено ответвление, соответствующее наименьшей добавке напряжения δUТ.НМ = 0,25, может быть определена из следующих выражений. Для режима наибольших нагрузок: а) '' '' '' ΔU н.нб = δU ЦП.нб − δU ТП.нм + 0, 25, ⎪⎫ ⎬ '' '' '' ΔU н.нм = δU ЦП.нб − δU ТП.нб + 0, 25, ⎪⎭ (17.20) отсюда '' '' ΔU н.нм ≤ ΔU н'' ≤ ΔU н.нб ; б) (17.21) '' '' '' ΔU н.нб = δU ЦП.нм − δU ТП.нм + 0, 25, ⎫⎪ ⎬ '' '' '' ΔU н.нм = δU ЦП.нм − δU ТП.нб + 0, 25, ⎪⎭ (17.22) '' '' ΔU н.нм ≤ ΔU н'' ≤ ΔU н.нб . (17.23) отсюда Таким образом, по условию наибольших нагрузок наименьшая добавка напряжения на трансформаторах может быть выбрана на ТП, для которых одновременно выполняются условия (17.21) и (17.23). Для режима наименьших нагрузок: а) ' ' ' ΔU н.нб = δU ЦП.нб − δU ТП.нм + 0, 25, ⎪⎫ ⎬ ' ' ' ΔU н.нм = δU ЦП.нб − δU ТП.н + 0, 25, ⎪⎭ б (17.24) ' ' ΔU н.нм ≤ ΔU н' ≤ ΔU н.нб ; (17.25) ' ' ' ΔU н.нб = δU ЦП.нм − δU ТП.нм + 0, 25, ⎫⎪ ⎬ ' ' ' ΔU н.нм = δU ЦП.нм − δU ТП.нб + 0, 25, ⎪⎭ (17.26) ' ' ΔU н.нм ≤ ΔU н' ≤ ΔU н.нб . (17.27) отсюда б) отсюда  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -271- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.3. Выбор режимов регулирования напряжения в распределительных электрических сетях Отсюда, по условию наименьших нагрузок, наименьшая добавка напряжения может быть выбрана на ТП, для которых одновременно выполняются условия (17.25) и (17.27). Следовательно, добавка напряжения 0,25 (ответвление +5 %) будет удовлетворять требованиям допустимых отклонений напряжения у всех электроприемников на ТП, для которых одновременно выполняются условия (17.21), (17.23), (17.25) и (17.27). Сравнивая ΔU н'' и ΔU н' , полученные по результатам электрических расчётов, с указанными условиями, находят ТП, на которых следует выбрать ответвление трансформаторов +5 %. После установления зоны сети, в которой могут быть выбраны ответвления +5 %, переходят к нахождению зоны сети, удовлетворяющей следующему ответвлению: +2,5 % с добавкой напряжения δUТ = 2,7 %. Для этого в формулы (17.20), (17.22), (17.24), (17.26) вместо добавки напряжения 0,25 подставляют 2,7 и находят ТП, соответствующие условиям (17.21), (17.23), (17.25) и (17.27). Аналогично поступают для нахождения зон сети, в которых следует установить остальные ответвления трансформаторов (0, –2,5, –5 %). Для расчета режимов распределительных сетей и выбора ответвлений трансформаторов 10(6)/0,38 кВ разработаны соответствующие программы на ЭВМ, например, программа «МИФ» на кафедре электрических систем Белорусского национального технического университета. 17.4. Регулирование напряжения изменением потоков реактивной мощности Сущность регулирования напряжения за счет воздействия на потоки реактивной мощности по элементам электрической сети заключается в том, что при изменении реактивной мощности изменяются потери напряжения в реактивных сопротивлениях. Так, для схемы сети, приведенной на рис. 17.5, связь между напряжениями начала U1 и конца U2 можно записать в виде U 2 = U1 − ΔU = U1 − P2 R + (Q2 ∓ Qк ) Х . U2 (17.28) Рис. 17.5. Схема сети с компенсирующим устройством В отличие от активной мощности реактивную мощность в узлах сети можно изменять путем установки в них устройств поперечной компенсации,  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -272- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.4. Регулирование напряжения изменением потоков реактивной мощности т. е. компенсирующих устройств (КУ), подключенных параллельно нагрузке. В качестве таких компенсирующих реактивную мощность устройств могут служить батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы, шунтирующие и управляемые реакторы, статические тиристорные компенсаторы. К таким устройствам могут быть также отнесены генераторы местных электростанций, подключенных к системе передачи и распределения электроэнергии, синхронные электродвигатели, фильтры высших гармоник. Часть из этих компенсирующих устройств может только выдавать в сеть реактивную мощность, некоторые – только потреблять из сети реактивную мощность (шунтирующие и управляемые реакторы). Наиболее ценными для регулирования напряжения являются устройства, обладающие способностями в зависимости от режима сети как генерировать, так и поглощать реактивную мощность (синхронные компенсаторы, статические тиристорные компенсаторы). Компенсирующие устройства могут быть нерегулируемыми и регулируемыми. При включении нерегулируемого компенсирующего устройства в сети создается постоянная добавка потери напряжения (отрицательная или положительная). Если же компенсирующее устройство позволяет изменить свою мощность в зависимости от режима сети, то добавка потери напряжения оказывается переменной, в результате чего появляется возможность регулировать напряжение. Так, в схеме сети, приведенной на рис. 17.5, при изменении компенсирующим устройством мощности Qк от выдачи (знак минус в формуле (17.28) перед Qк) до потребления (знак плюс перед Qк) будет изменяться потеря напряжения, что при неизменном напряжении U1 = const приведет также к изменению напряжения U2 в конце сети, т. е. будет обеспечено регулирование напряжения. Как следует из формулы (17.28), эффективность регулирования напряжения с помощью поперечных компенсирующих устройств повышается в сетях с относительно большими реактивными сопротивлениями по сравнению с активными, например, в воздушных сетях по сравнению с кабельными. При этом наибольший эффект достигается при установке компенсирующих устройств в наиболее удаленных от центров питания узлах нагрузки. С помощью поперечного компенсирующего устройства можно создать режим, в котором напряжение в конце сети окажется больше напряжения в начале сети (U2 > U1). Это произойдет тогда, когда потеря напряжения (согласно (17.28)) станет отрицательной: P2 R Q2 X Qк Х + − < 0. U2 U2 U2 Отсюда мощность компенсирующего устройства для такого режима Qк > P R +Q. X  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций (17.29) -273- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.4. Регулирование напряжения изменением потоков реактивной мощности Физическую сущность регулирования напряжения с помощью поперечных компенсирующих устройств дополнительно поясним на векторных диаграммах. Для этого связь между напряжением U1 и U2 запишем через падение напряжения: . U 1 = U2 + P2 R + Q2 X P X − Q2 R P P Q Q +j 2 = U 2 + 2 R + j 2 X − j 2 R + 2 X .(17.30) U2 U2 U2 U2 U2 U2 При установке компенсирующего устройства, выдающего реактивную мощность, . U 1 = U2 + P2 P Q − Qк Q − Qк R+ j 2 X − j 2 R+ 2 X. U2 U2 U2 U2 (17.31) Для случая, когда генерируемая мощность компенсирующего устройства полностью компенсирует реактивную нагрузку потребителей (Qк = Q2), . U 1 = U2 + P2 P R+ j 2 X . U2 U2 (17.32) На рис. 17.6, а показана векторная диаграмма напряжений без компенсирующего устройства и с компенсирующим устройством при Qк < Q2, построенная по формулам (17.30) и (17.31). Здесь ΔUа – падения напряжения от передачи активной мощности, а ΔUр – реактивной мощности без компенсирующего устройства. Из диаграммы видно, что при установке компенси. . рующего устройства значение Δ U a не изменяется, а вектор Δ U p занимает . . положение Δ U p.к . В результате исходный вектор напряжения U1 в начале . линии уменьшается по модулю и становится равным U 1к . Таким образом, для получения заданного напряжения U2 за счет установки компенсирующего устройства потребуется меньшее напряжение U1 в результате снижения падения напряжения.  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -274- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.4. Регулирование напряжения изменением потоков реактивной мощности Рис. 17.6. Векторные диаграммы напряжений при выдаче реактивной мощности компенсирующим устройством: а – при Qк < Q2; б – при Qк = Q2; в – при Qк > Q2 и U2 > U1 На рис. 17.6, б показан случай, когда полностью скомпенсирована реактивная мощность потребителей (Qк = Q2), в результате чего падение на. пряжения Δ U p.к от передачи реактивной мощности полностью отсутствует (формула (17.32). И, наконец, на рис. 17.6, в, показан исходный режим без компенсирующего устройства и режим, когда мощность компенсирующего устройства Qк > Q2 удовлетворяет условию (17.29). В этом случае падение напряжения в активном и реактивном сопротивлении изменяет знак, а на. пряжение U 2 становится больше U1к. Компенсирующие устройства поперечной компенсации оказывают комплексное положительное влияние на режим электрических сетей. Кроме возможности регулирования напряжения, они позволяют снизить потери активной мощности и электроэнергии за счет разгрузки элементов сети от реактивной мощности и соответственно снижения рабочих токов. В ряде слу Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -275- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.4. Регулирование напряжения изменением потоков реактивной мощности чаев, когда передаваемая активная мощность ограничивается допустимым током по нагреванию или допустимой потерей напряжения, за счет разгрузки сети от реактивной мощности можно увеличить пропускную активную мощность. Поэтому в общем случае вопросы выбора мощности и мест установки компенсирующих устройств должны решаться комплексно. Здесь же, однако, рассмотрим подход к выбору мощности компенсирующего устройства по условию регулирования напряжения. Пусть при U1 = const напряжение U2 по каким-то причинам не удовлетворяет потребителей (рис. 17.5), и его надо повысить до U2ж с помощью выбора соответствующей мощности компенсирующего устройства, устанавливаемого в конце сети. При расчете в общем случае следует учесть, что при повышении напряжения U2 до U2ж произойдет изменение потребляемых нагрузок Р2 и Q2 до Р2ж и Q2ж в соответствии с их статическими характеристиками Р2 = f(U2) и Q2 = f(U2). Этот фактор может не учитываться в том случае, если нагрузка подключена на вторичной стороне трансформатора, имеющего устройство РПН, которое позволяет сохранить напряжение на шинах низшего напряжения неизменным. До и после установки компенсирующего устройства мощностью Qк связь между напряжениями начала и конца сети можно соответственно представить в виде U1 = U 2 + U1 = U 2ж + P2 R + Q2 X ; U2 P2ж R + (Q2ж − Qк ) X . U2 Приравняв правые части данных уравнений, найдем мощность компенсирующего устройства Qк = (U 2ж − U 2 )U 2ж ⎛ U + ⎜ Р2ж − Р2 2ж Х U2 ⎝ ⎞R ⎛ U 2ж ⎞ + − Q Q 2ж 2 ⎟ ⎜ ⎟. U2 ⎠ ⎠X ⎝ (17.33) Здесь мощности Р2, Q2, P2ж, Q2ж находятся по соответствующим статическим характеристикам. Если в качестве компенсирующего устройства выступает батарея конденсаторов, то ее мощность зависит от подводимого напряжения: 2 ⎛U ⎞ Qк = Qб.н ⎜ 2ж ⎟ , ⎝ U б.н ⎠ где Qб.н – номинальная мощность батареи конденсаторов при номинальном напряжении Uб.н.  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -276- ЛЕКЦИЯ 17. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 17.4. Регулирование напряжения изменением потоков реактивной мощности С учетом этой зависимости номинальная мощность батареи конденсаторов для изменения напряжения U2 до значения U2ж должна быть равна Qб.н ⎡ (U − U 2 )U 2ж ⎛ U = ⎢ 2ж + ⎜ Р2ж − Р2 2ж Х U2 ⎝ ⎣ ⎞R ⎛ U 2ж ⎟ + ⎜ Q2ж − Q2 U2 ⎠X ⎝ 2 ⎞ ⎤ ⎛ U б.н ⎞ ⎟⎥ ⎜ ⎟ . (17.34) U ⎠ ⎦ ⎝ 2ж ⎠ В случае неучета статических характеристик нагрузки Р2ж = Р2 и Q2ж = Q2. Тогда необходимая мощность компенсирующего устройства из формулы (17.33) получается в виде Qк = (U 2ж − U 2 )U 2ж ⎛ U 2ж + ⎜1 − Х U2 ⎝ ⎞⎛ R ⎞ ⎟ ⎜ P2 + Q2 ⎟ . ⎠ ⎠⎝ X (17.35) Для компенсирующего устройства в виде батареи конденсаторов из формулы (17.33) соответственно получим Qб.н ⎡ (U − U 2 )U 2ж ⎛ U 2ж = ⎢ 2ж + ⎜1 − Х U2 ⎝ ⎣ 2 ⎞⎛ R ⎞ ⎤ ⎛ U б.н ⎞ P Q + 2 ⎟⎥ ⎜ ⎟⎜ 2 ⎟ . X U ⎝ ⎠ ⎠ ⎦ ⎝ 2ж ⎠ (17.36) Вопросы для самопроверки 1. Какие средства используют для регулирования напряжения в системообразующих и питающих сетях? 2. Как формируется задача регулирования напряжения в системообразующей сети? 3. Как записывается обобщенное контурное уравнение? 4. Как определяется ЭДС, создаваемая в замкнутом контуре трансформаторами? 5. Какие средства регулирования напряжения используют в распределительных сетях? 6. В чем отличие трансформаторов с РПН и без РПН? 7. Какие известны принципы регулирования напряжения в центрах питания распределительных сетей? 8. В каких случаях целесообразно применять режим стабилизации напряжения в центре питания? 9. Что понимается под зоной нечувствительности регулирующей аппаратуры на трансформаторах с РПН? 10. В чем сущность встречного регулирования напряжения и в каких случаях целесообразно его применять?  Электроэнергетические системы и сети. Конспект лекций -277-