Задача контроля.
С течением времени в условиях эксплуатации электрических сетей изменяются их параметры и нагрузки. В связи с этим требуется систематическая· проверка соответствия всех условий работы сети предъявляемым требованиям. В частности, должен осуществляться систематический контроль за одним из основных показателей качества электроэнергии — за качеством напряжения. Под контролем за качеством напряжения обычно понимается контроль за отклонениями напряжения в нормальных, установившихся длительных эксплуатационных режимах. Эпизодические, кратковременные, даже сравнительно большие значения отклонений напряжения (но без нарушения работы ЭП) представляют значительно, меньший интерес, так как обычно они не имеют практического значения. В то же время мероприятия по устранению кратковременных отклонений напряжения могут быть весьма дорогими и не оправдываться с экономической точки зрения.
В современных электрических системах обеспечение требуемого качества напряжения в электрических сетях и у потребителей практически не может быть осуществлено без применения устройств для регулирования напряжения. В то же время задача регулирования напряжения в распределительных сетях может быть выполнена достаточно успешно только тогда, когда все параметры, от которых зависит режим напряжений, находятся в определенных пределах. Так, технически допустимый режим напряжений может быть только тогда, когда рационально спроектирована электрическая сеть, правильно размещены компенсирующие и регулирующие устройства и правильно выбраны уставки их автоматических регуляторов, если верно установлены регулировочные ответвления у трансформаторов с ПБВ, а потери напряжения в распределительных сетях находятся в допустимых пределах и т. д. Вопросы организации контроля за всеми этими показателями еще недостаточно разработаны, что в известной мере объясняется сложностью их реализации.
Распределительные сети являются весьма разветвленными. К ним присоединяется значительное количество ЭП, от сетей 6—20 кВ питаются многочисленные РТ. Поэтому исследование качества напряжения на зажимах всех ЭП или даже всех РТ практически невыполнимо. В связи с этим контроль за качеством напряжения должен проводиться в ряде характерных контрольных точек сети. Число их должно быть достаточным для оценки качества напряжения в распределительной сети в целом. В качестве таких контрольных точек должны выбираться пункты сети, являющиеся достаточно показательными и до которых просто могут быть определены потери напряжения. Например, при известных нагрузках и параметрах сети легко могут быть подсчитаны потери напряжения в пределах той или иной сети, в ряде случаев может быть заведомо известным, что потери в рассматриваемой сети или на ее участке весьма малы и т. п.
Контроль за режимом напряжений должен производиться для характеристики длительных нормальных эксплуатационных режимов. Этот контроль должен быть систематическим, длительным, с фиксацией существующего положения и желательно со статистической обработкой результатов. Таким образом, контроль за режимом напряжений должен производиться обобщенно за определенный промежуток времени и для определенной части сети. При анализе результатов контроля надо знать, например, за счет чего получилось значительное отклонение полученного обобщенного показателя от желаемого: а) за счет большого отклонения напряжения, но очень кратковременного, или за счет большой длительности действия сравнительно небольшого отклонения напряжения; б) имелись ли отклонения напряжения, выходящие за технически допустимые пределы; в) в течение каких периодов времени имели место те или иные большие отклонения напряжения — в период большой нагрузки, когда это могло причинить неприятности или экономический ущерб потребителям, или в период малой нагрузки, когда это могло остаться почти незамеченным.
В распределительных сетях процесс изменения параметров рабочего режима является, как правило, случайным. Это связано прежде всего со случайным характером изменения нагрузок. В питающих сетях случайный характер изменения в большей степени справедлив лишь для отдельных типов нагрузок (тяговых, некоторых промышленных). Случайный характер изменения нагрузок приводит к случайному характеру изменения показателей качества напряжения. В этих условиях весьма эффективным является применение вероятностно-статистических (сокращенно вероятностных) методов контроля за качеством напряжения.
Применение вероятностных методов контроля.
Наиболее действенным является непосредственный контроль за качеством напряжения в контрольных точках сети по так называемым гистограммам отклонений напряжения (см. [Л. 25, 36]. Как известно, гистограммой называется графическое представление статистического ряда исследуемого параметра режима, изменение которого носит случайный характер (рис. 4-12). При этом весь диапазон изменения данного параметра режима разделен на интервалы. Для каждого интервала i определяется частота (вероятность)
значений данной случайной величины, измеренных в пределах этого интервала (п — общее число проведенных измерений). В рассматриваемом случае исследуемым параметром режима является отклонение V от номинального напряжения в некоторой контрольной точке сети, на зажимах характерного ЭП и т. п. По гистограмме можно судить о допустимости процесса изменения контролируемой величины.
Рис. 4-12. Гистограмма случайной величины.
Гистограмму изменений отклонений напряжения можно выровнять (рис. 4-13), иначе говоря, представить в виде некоторой плавной кривой — дифференциальной функции или плотности распределения f(V) величины V.
Рис. 4-13. Плавная кривая распределения случайной величины.
Ординаты этой кривой определяют вероятность Р, появления значений V в некотором узком интервале около значения V
В настоящее время имеются специальные приборы, так называемые статистические анализаторы качества напряжения САКН.
Они дают возможность путем измерений получить гистограмму отклонений напряжения непосредственно в месте присоединения их к сети. Для ориентировочной оценки качества напряжения САКН может включаться непрерывно в течение длительного периода времени, например недели. В целях более точного контроля следует включать САКН только в характерные часы суток, например, в периоды наибольших или наименьших нагрузок. Общий период измерений при этом также должен быть не менее недели. В результате получается гистограмма отклонений напряжений для исследуемого периода времени суток.
На кривой распределения, изображенной на рис. 4-14, видно, что наиболее вероятным значением рассматриваемой случайной величины отклонения напряжения V, является ее некоторое среднее значение, которому соответствует наибольшее значение плотности распределения f (V)нв. Среднее ожидаемое значение случайной величины, называемое, как известно, математическим ожиданием, при статистическом ее определении равно среднему арифметическому из наблюденных значений V (для указания
среднего значения над буквой, характеризующей рассматриваемую случайную величину, ставится черта). Для дискретно изменяющейся случайной величины V среднее арифметическое значение ее равно:
(4-9)
и для непрерывно изменяющейся величины
(4-9а)
Рис. 4-14. Кривая нормального закона распределения.
где п — число значений отклонений напряжения, полученных при .наблюдении рассматриваемого процесса.
В качестве обобщенного показателя рассеяния значений отклонений напряжения от математического ожидания (или от среднего арифметического) принимают дисперсию случайной величины. Она равна, как известно, математическому ожиданию отклонения квадрата случайной величины от ее математического ожидания. При статистическом определении вероятности дисперсия приближенно равна:
а) для дискретно изменяющейся величины
(4-10)
(4-10а)
б) для непрерывно изменяющейся величины 
где σ— так называемое стандартное отклонение, равное среднему квадратичному отклонению от среднего.
Существуют различные теоретические законы распределения случайных величин, которые используются для выравнивания получаемых гистограмм и которые описываются определенными аналитическими выражениями. Это упрощает исследование.
Достаточно широкое распространение при этом имеет так называемый нормальный закон распределения (закон Гаусса). Он дает хорошее приближение для ряда практических случаев. Аналитическое описание нормального закона—наиболее простое, оно зависит от двух параметров: математического ожидания случайной величины (или среднего арифметического из наблюденных величин) V и стандартного отклонения σ от среднего.
На рис. 4-14 изображена кривая распределения отклонений от номинального напряжения, соответствующая нормальному закону.
Уравнение этой кривой имеет вид:
(4-11)
Для кривой распределения, подчиненной нормальному закону, может быть достаточно просто определена вероятность нахождения случайной величины V в любом интервале (Vъ V2) (см. рис. 4-14). При этом используются табулированные значения так называемого интеграла вероятностей.
Кривые распределения нормального закона или измеренные гистограммы отклонений напряжения могут быть использованы для приближенной оценки вероятной доли электроэнергии, полученной при заданном качестве напряжения. В соответствии с ГОСТ 13109-67 не менее 95% общего количества электроэнергии, получаемой потребителями, должно быть обеспечено качеством напряжения в допустимых по ГОСТ пределах.
На основании анализа гистограмм отклонений напряжения, измеренных в электрических сетях, обслуживающий персонал может в случае необходимости воздействовать на изменение параметров сети, параметров регулирующих устройств и т. п. с целью улучшения режима напряжения. Более подробно этн вопросы рассматриваются в [Л. 4].
