Материал: Лекция №19 2-я редакция

19. Лекция № 19

19.1. Особенности регулирования напряжения в распределителных и системообразующих сетях высших напряжений.

К этому классу обычно относятся сети с номинальным напряжением , объединяющие по высшему напряжению центры пита­ния городских, сельских, промышленных потребителей. В дальнейшем системообразующие сети с будем условно называть питающими электрическими сетями (ПЭС), [4].

В отличие от местных сетей ПЭС имеют радиально-кольцевую структуру с большим количеством замкнутых контуров. Дело в том, что при переходе к новой ступени номинального напряжения в связи с ростом нагрузок и развитием ЭЭС старая сеть не демонтируется и сеть нового номинального напряжения как бы "накладывается" на сущест­вующую сеть.

Режимы ПЭС и местных сетей, присоединенных в ЦП питающей сети, можно рассматривать независимо друг от друга, поэто­му для расчетов по регулированию напряжения в ПЭС местную сеть можно представить приведенной нагрузкой на шинах ВН соответствующего ЦП.

Потери активной мощности в правильно спроектированных ПЭС составляют обычно 3-5% от передаваемой мощности. Путем централизованного координированного управления регулирующими устройствами, как показывают расчеты, можно снизить потери активной мощности на 1 - 2%, причем это мероприятие относится к малозатратным.

Что касается допустимых уровней напряжения, то его повышение ограничивается условиями работы изоляции и составляет + а понижение - в основном условиями устойчивости (частично - режимами сети, присоединенной к рассматриваемому ЦП) и составляет .

В ПЭС, которые состоят в основном из воздушных линий электропередачи и трансформаторов, активные сопротивления элементов намного меньше реактивных. При этом, как это следует из уравнений установившегося режима ЭЭС, распределение реактивных мощностей определяется в основном уровнями напряжения, а активных мощностей - фазными углами векторов напряжений. Это позволяет рассматривать реактивное потокораспределение независимо от активного и решать задачу регулирования напряжения при заданном распределений активных мощностей, что намного ее упрощает.

При определении потерь напряжения в ПЭС следует учитывать (за исключением ПЭС 110 кВ) поперечную составляющую, которая оказывается большой.

Из сказанного следует, что основной критерий регулирования напряжения в ПЭС - экономический (минимум потерь активной мощ­ности) при соблюдении режимных и технических ограничений по допустимым уровням напряжений и диапазону регулирующих устройств.

При рассмотрении сетей с необходимо кроме перечисленных выше особенностей учитывать потери активной мощности на корону в линиях электропередачи.

При проектировании развития ПЭС и их реконструкции комплексно решаются вопросы обеспечения баланса реактивной мощности и выявления условий регулирования напряжения в сети, обоснования пунктов размещения регулирующих устройств, выбора их типа и мощности.

При проектировании прежде всего необходимо обеспечить управляемость ЭЭС по напряжению и реактивной мощности. Под этим понимается возможность выдерживания допустимых напряжений во всех точках ЭЭС в нормальных и послеаварийных режимах ее работы обусловленных изменением нагрузок и состава работающего оборудования [4]:

(19.1)

Здесь U - вектор напряжений в узловых (контрольных) точках ПЭС;

П - вектор параметров режима регулирующих устройств;

- соответственно векторы нижних и верхних допустимых пределов изменения величин.

Расстановка дополнительных источников реактивной мощности в ПЭС с целью снижения потерь активной мощности - задача технико-экономическая, поскольку здесь следует сопоставить затраты на установку нового оборудования с эффектом от экономии потерь. Задача должна решаться конкретно для каждого проекта развития ПЭС на основе сопоставления возможных вариантов. Можно ожидать, что с ростом стоимости потерянной энергии и удешевлением источников реактивной мощности, особенно статических ИРМ, установка дополнительных источников будет выгодна.

При планировании режимов на основе прогнозов нагрузки и состава работающего оборудования заблаговременно рассчитываются оптимальные режимы напряжений на заданный интервал времени, например на следующие сутки. Оптимальные режимы рассчитываются на ЭВМ в АСДУ в результате решения следующей задачи:

(19.2)

(19.3)

где - суммарные потери активной мощности в ПЭС. Задача вида (19.2) относится к задачам нелинейного математического программирования

Полученные таким образом графики оптимальных напряжений передаются на энергообъекты (электростанции, подстанции с регули­рующими устройствами), где и должны выдерживаться оперативным персоналом или автоматическими устройствами - локальными САР.

19.2. Несимметрия в электрических сетях и мероприятия по ее снижению

Причины возникновения несимметричных режимов.

Несимметричные режимы в электрических сетях возникают по следующим причинам:

- неодинаковые нагрузки в различных фазах;

- неполнофазная работа линии или других элементов а сети;

- различные параметры линий в разных фазах [2].

Наиболее часто несимметрия напряжений возникает из-за неравенства нагрузок фаз.

В сетях высокого напряжения несимметрия вызывается, как правило, наличием мощных однофазных ЭП, а в ряде случаев и трехфазных ЭП с неодинаковым потреблением в фазах.

Различают два вида несимметрии: систематическую и вероятностную, или случайную. Систематическая несимметрия обусловлена неравномерной постоянной перегрузкой одной из фаз, вероятностная несимметрия соответствует непостоянным нагрузкам, при которых в разное время перегружаются разные фазы в зависимости от случайных факторов (перемежающаяся несимметрия) [2].

Неполнофазная работа элементов сети вызывается кратковременным отключением одной или двух фаз при коротких замыканиях либо более длительным отключением при пофазных ремонтах. Одиночную линию можно оборудовать устройством пофазного управления, которые отключают поврежденную фазу линии в тех случаях, когда действие АПВ оказывается неуспешным из-за устойчивого КЗ. В подавляющем большинстве устойчивые КЗ однофазные. При этом отключение поврежденной фазы приводит к сохранению двух других фаз линии в работе. В сети с заземленной нейтралью электроснабжение по неполнофазной линии может оказаться допустимым и позволяет отказаться от строительства второй цепи линии.

Неравенство параметров линий по фазам имеет место, например, при отсутствии транспозиции на линиях или удлиненных ее циклах. Транспозиционные опоры ненадежны и являются источниками аварии. Уменьшение числа транспозиционных опор на линии уменьшает ее повреждаемость и повышает надежность. В этом случае ухудшается выравнивание параметров фаз линии, для которого обычно и применяется транспозиция.

Влияние несимметрии напряжений и токов. Появление напряжений и токов обратной и нулевой последовательности приводит к дополнительным потерям мощности и энергии, а также потерям напряжения в сети, что ухудшает режимы и технико-экономические показатели ее работы. Токи обратной и нулевой последовательностей увеличивают потери в продольных ветвях сети, а напряжения и токи этих же последовательностей - в поперечных ветвях [2].

Наложение приводит к разным дополнительным отклонениям напряжения в различных фазах. В результате напряжения могут выйти за допустимые пределы.

Несимметрия отрицательно сказывается на рабочих и технико-экономических характеристик вращающихся электрических машин.

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 БК уменьшают выработку реактивной мощности.

Несимметрия напряжений характеризуется коэффициентом обратной последовательности напряжений коэффициентом нулевой последовательности напряжений . нормальное и максимальное допустимые значения, которых составляют 2 и 4 %.

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 [2].

Для симметрирования однофазных нагрузок применяется схема, состоящая из индуктивности и емкости. Нагрузка и включенная параллельно ей емкость включаются на линейное напряжение. На два других линейных напряжения включаются индуктивность и еще одна емкость.

Для симметрирования двух- и трехфазных несимметричных нагрузок применяется схема с неодинаковыми мощностями БК, включенными в треугольник применяют симметрирующие устройства со специальными трансформаторами и автотрансформаторами.

Снижение несимметрии в четырехпроводных городских сетях 0,38 кВ можно осуществлять путем уменьшения тока нулевой последовательности и снижения сопротивления нулевой последовательности в элементах сети. Уменьшение в первую очередь достигается перераспределением нагрузок.

Существенное влияние на несимметрию напряжений в сети оказывает схема соединения обмоток распределительного трансформатора (РТ) 6-10/0,4 кВ. Большинство РТ, установленных в сетях, имеют схему звезда-звезда с нулем . Такие РТ дешевле, но у них велико . Для снижения несимметрии напряжений, вызываемой РТ, целесообразно применять схемы соединения треугольник - звезда с нулем или звезда – зигзаг . Наиболее благоприятно для снижения несимметрии применение схемы Y/Z. Распределительные трансформаторы с таким соединением более дорогие, и изготовление их очень трудоемко. Поэтому их надо применять при большой несимметрии, обусловленной несимметрией нагрузок и линий.

19.3. Несинусаидальность в электроэнергетических системах и мероприятия по борьбе с нею

Причины возникновения несинусоидальности напряжений и токов - наличие вентильных преобразовательных установок и электроприемников с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

Электроприемники с нелинейной вольт-амперной характеристикой - это, например, газоразрядные линии (ртутные и люминесцентные), распространенные в промышленных и городских сетях.

Источниками несинусоидальности в энергосистемах могут быть также генераторы или трансформаторы при работе их на нелинейной части кривой намагничивания. Как правило, генераторы и трансформаторы работают при относительно невысоком насыщении стали, то есть на линейной части кривой намагничивания, и создаваемые ими высшие гармоники настолько малы, что их можно не учитывать.

Неблагоприятное влияние несннусоидальности на работу сетей, электрооборудования и электроприемников состоит в следующем:

- появляются дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах и сетях, а также дополнительные отклонения напряжения;

- затрудняется компенсация реактивной мощности с помощью БК;

- сокращается срок службы изоляции электрических машин и аппаратов;

- ухудшается работа устройств автоматики, телемеханики и связи[2].

Действующее значение напряжения, определяется по формуле:

(19.4)

где - напряжения высших гармоник, кратных гармонике основной частоты ;

при N - порядок последней из учитываемых гармонических составляющих напряжения.

Гармоники относительно низких порядков в наибольшей мере влияют на дополнительные потери мощности и энергии в электрических машинах и в линиях электрических сетей.

Несинусоидальность напряжений и токов вызывает ускоренное старение изоляции электрических машин, трансформаторов и кабелей в основном в результате повышенного нагрева, а также из-за возникновения и протекания в изоляции ионизационных процессов, обусловливающих ее старение при высоких частотах электрического поля. Для электрических машин, трансформаторов и кабелей наиболее существенно тепловое старение изоляции. Влияние полей высших гармоник на ионизационные процессы в изоляции проявляется лишь при весьма значительных искажениях форм кривых напряжений, и этим влиянием можно пренебречь.

Наличие высших гармоник токов и напряжений существенно увеличивает погрешности активных и реактивных счетчиков индукционного типа. Помехи, вызываемые высшими гармониками, могут привести к ухудшению работы устройств автоматики, телемеханики и связи как на промышленных предприятиях, так и в энергосистемах. Гармоники тока, проникая в сети энергосистем, приводят к ухудшению работы высокочастотной связи и систем автоматики, а также вызывают ложные срабатывания некоторых релейных защит.

Допустимые значения коэффициента несинусоидалыюсти кривой напряжения:

(19.5)

Снижение несинусоидальности напряжений и токов необходимо в тех случаях, когда значения токов или напряжений высших гармоник больше допустимых. Целесообразность мер по понижению несинусоидальности может быть также обусловлена и улучшением технико-экономических показателей работы элементов электрических сетей и ЭП. Снижение несннусоидальности можно осуществить одним из следующих способов: