Регулирование напряжения на генераторах электрических станций.
Регулирование напряжения на генераторах станций выполняют в зависимости от нагрузки потребителей. При увеличении нагрузки напряжение генераторов стараются повысить, а при ее снижении — понизить. Такое, согласованное с изменением нагрузки, регулирование напряжения называется встречным регулированием напряжения.
Встречное регулирование напряжения выполняют с целью скомпенсировать потери напряжения в сети и приблизить уровни напряжения у потребителей к номинальным. На небольших электрических станциях районного или межрайонного значения встречное регулирование осуществляют вручную или автоматически, в зависимости от графика нагрузки потребителей. Допустимые пределы изменения напряжения на генераторах составляют ± 5% от номинального. При более глубоком регулировании мощность генератора должна быть снижена.
При питании потребителей электроэнергии, подключенных непосредственно к шинам станции, диапазоны регулирования обычно уменьшаются до значений ± 2,5% Uном.
Для компенсации потерь напряжения в отходящих линиях, присоединенных непосредственно к шинам электростанции, таких ограниченных диапазонов регулирования бывает недостаточно. Кроме того, различие в графиках нагрузки отдельных групп потребителей не позволяет сохранить качество напряжения у всех потребителей сети в пределах технически допустимых значений, даже при встречном регулировании напряжения. Поэтому регулирование напряжения на генераторах не может решить вопроса сохранения качества напряжения и применяется как вспомогательное для улучшения общего уровня напряжения в сетях.
Основным методом регулирования напряжения в начале сети является централизованное регулирование на питающих подстанциях или в центрах (пунктах) питания распределительных линий. Это регулирование осуществляется специальными трансформаторами со встроенным регулированием напряжения под нагрузкой (трансформаторы с РПН) или на более крупных подстанциях вольтодобавочными трансформаторами.
Эти методы регулирования напряжения рассматриваются ниже.
Регулирование напряжения на силовых трансформаторах.
Регулирование напряжения на трансформаторах может быть выполнено как с помощью переключения ответвлений их обмоток без возбуждения (ПБВ), т. е. при отключенном от сети трансформаторе, так и переключен и ем ответвлений под нагрузкой (РПН). Каждый понижающий трансформатор снабжен переключателем, к которому подводятся ответвления обмотки высшего напряжения, выполненные для случая ПБВ в пределах± 5% или ±2X2,5%. Таким образом, переключатели ПБВ обеспечивают общий диапазон регулирования в пределах 10%, который можно изменить, предварительно отключив трансформатор от сети.
В устройствах РПН применяются специальные переключатели, обеспечивающие переключение ответвлений обмотки трансформатора при его работе под нагрузкой, т. е. без предварительного отключения трансформатора. Изменение коэффициента трансформации таких трансформаторов осуществляется, как правило, автоматически, от реле напряжения, воздействующего на привод переключающего устройства. Диапазоны регулирования напряжения для таких трансформаторов (их называют регулируемыми) приняты более широкими — в размере 10—15% ступенями по 1,5—2,5% каждая.
В настоящее время электропромышленность выпускает регулируемые трансформаторы в широком диапазоне мощностей и напряжений (см. приложение 2 и 3). Такие трансформаторы обычно имеют обозначение ТМН (трансформаторы с естественным масляным охлаждением, регулированием напряжения под нагрузкой) в отличие от трансформаторов типа ТМ с переключателями ПБВ. Переключатели РПН располагают в обмотках высшего напряжения для облегчения переключающей аппаратуры. Они помещены или в отдельные кожухи, наполненные маслом (у трансформаторов средних и крупных мощностей), пли в общем баке трансформатора для малых мощностей. Схемы переключателей обеспечивают переход подвижных контактов с одного ответвления обмотки на другое в строгой последовательности, исключающей разрыв тока нагрузки, позволяющей выполнить переключение без предварительного отключения трансформаторов от сети.
Рис. 154. Принципиальные схемы обмоток регулируемых трансформаторов.
а — напряжением 10/04 кВ, б — напряжением 35/10 кВ
На рис. 154 показаны принципиальные схемы обмоток регулируемых трансформаторов, снабженных переключателями РПН. Схема (рис. 154, а) применена для трансформаторов 10/04 кВ мощностью до 400 кВА, переключатель имеет шесть ступеней регулировки (две в сторону уменьшения и четыре в сторону увеличения напряжения, размером по 2,5% каждая). Главный подвижный контакт переключателя 1 связан с вспомогательным контактом 2, в цепи которого установлено токоограничивающее сопротивление. Оно ограничивает величину тока короткозамкнутой секции витков обмотки при нахождении контактов 1 и 2 на разных ответвлениях в процессе перехода с одного ответвления на другое. В рабочем положении оба контакта находятся на одном ответвлении, и ток нагрузки проходит через основной контакт 1.
На рис. 154, б показана принципиальная схема регулировочной части обмотки РО трансформатора 35/10 кВ с переключателем, обеспечивающим регулирование напряжения в пределах ±4 X 2,5% (т. е. ± 10%). В качестве токоограничивающего сопротивления использован реактор Р, рассчитанный на более длительное протекание тока при переключении со ступени на степень. Подвижные контакты ПК в рабочем положении так же, как и в предыдущей схеме, установлены на каком-либо одном ответвлении регулировки.
При переключениях с одного ответвления на другое строго соблюдается очередность движения контактов переключателя, при которой цепь предыдущего ответвления размыкается только после предварительного замыкания цепи последующего ответвления, благодаря чему не происходит разрыва цепи тока нагрузки.
Рис. 155. Регулируемый трансформатор типа ТМН мощностью 1000—1600 кВ А, напряжением 35/11 кВ: 1 — бак трансформатора, 2 — бак контактора, 3 — редуктор 4 — вал, 5 — приводной механизм
Рис. 156. Схема включения в сеть (а) и соединения обмоток (б) вольтодобавочного автотрансформатора типа ЛТМ
Перемещение подвижных контактов переключателей регулируемых трансформаторов осуществляется электродвигательным приводным механизмом, а также может быть выполнено вручную. На рис. 155 показан регулируемый трансформатор типа ТМН, мощностью 1000— 1600 кВА, напряжением 35/11 кВ. В баке трансформатора 1 размещена выемная часть с обмотками и переключателем ответвлений, в баке 2 — контактор переключателя с токоограничивающими сопротивлениями. Через редуктор 3 и вал 4 контактор переключателя связан с приводным механизмом 5, снабженным съемной рукояткой для ручного привода. В остальном трансформатор типа ТМН мало отличается от конструкции обычного трансформатора типа ТМ.
Применение вольтодобавочных автотрансформаторов.
Для регулирования напряжения в линиях применяют линейные или сетевые регуляторы напряжения. В качестве таких регуляторов в сельских сетях используют вольтодобавочные автотрансформаторы типа ЛТМ мощностью 400 и 630 кВА. Их включают последовательно в тех участках сети, где требуется повысить (или понизить) напряжение для группы подстанций потребителей, присоединенных к этому участку. Схемы включения трехфазного автотрансформатора типа ЛТМ на шесть ступеней регулирования показаны на рис. 156. Автотрансформаторы оборудованы устройством автоматического регулирования напряжения под нагрузкой в пределах +5 и — 10% от номинального напряжения линии ступенями по 2,5%.
Кроме силовой обмотки высшего напряжения 1 с регулировочной обмоткой 3 автотрансформатор имеет обмотку низкого напряжения 2 (см. рис. 156) для питания схемы автоматики.
Переключатель ответвлений расположен внутри бака автотрансформатора над магнитопроводом. Приводной механизм, состоящий из промежуточного редуктора и приводного электродвигателя, размещен на стенке бака снаружи. Приводной механизм оборудован конечными выключателями, размыкающими цепь питания приводного электродвигателя при достижении контактами переключателя крайних положений.
Устройство автоматического управления помещено в отдельном шкафу, который может размещаться как в непосредственной близости, так и на некотором расстоянии (до 5 м) от автотрансформатора. Питание шкафа автоматики осуществляется от обмотки низкого напряжения при помощи специального шлангового кабеля со штепсельным разъемом.
Рис. 157. Схема последовательного включения конденсаторов в линию
Вольтодобавочные автотрансформаторы имеют шесть линейных выводов высокого напряжения: А1В1С1 — входные и А2В2С2— выходные. Выводы вспомогательной обмотки низшего напряжения для питания шкафа автоматики расположены на стенке бака автотрансформатора.
Применение вольтодобавочных автотрансформаторов помогает обеспечить технически допустимые пределы по отклонениям напряжения у потребителей и облегчает условия эксплуатации всей сети в целом.
Использование конденсаторов, включенных последовательно.
Последовательное включение в линию конденсаторов позволяет резко снизить индуктивное сопротивление проводов линии и уменьшить потерю напряжения в ней. Поэтому установки последовательно включенных конденсаторов (сокращенно УПК) применяют для улучшения режимов напряжения в сетях. Схема включения УПК показана на рис. 157. В цепь, состоящую из активного rл и реактивного хл сопротивлений линии, включают последовательно емкостное сопротивление конденсатора хк. Общее реактивное сопротивление цепи будет равно их разности, т. е. хобщ = хл — хк.
Таким образом, за счет введения в цепь емкостного сопротивления общее реактивное сопротивление линии уменьшается, а напряжение повышается. Уменьшение потери напряжения зависит от величины коэффициента мощности нагрузки: чем ниже коэффициент мощности, тем эффективнее применение конденсаторов. Надбавка напряжения, создаваемая конденсаторами, зависит также от величины тока нагрузки и тем выше, чем больше ток. Поэтому с ростом нагрузки эффект компенсации потери напряжения возрастает.
Особенно эффективно применение последовательно включенных конденсаторов в линиях с резкопеременной нагрузкой. В частности, успешно компенсируются потери напряжения при запусках крупных электродвигателей, когда имеет место большой пусковой ток с низким коэффициентом мощности. При установке конденсаторов обеспечивается мгновенное изменение напряжения, что предотвращает и мигание ламп освещения при колебаниях нагрузки. Таким образом, при наличии последовательно включенных конденсаторов питание силовых и осветительных нагрузок может быть выполнено совместно.
Установки последовательно включенных конденсаторов применяют в распределительных сетях напряжением 6—35 кВ. Конденсаторы обладают хорошей перегрузочной способностью. Однако при сквозных коротких замыканиях в линии на их зажимах могут возникнуть значительные по величине перенапряжения. Поэтому их приходится защищать искровыми промежутками или шунтировать специальными контакторами (см. рис. 157).
Устанавливают конденсаторы обычно в конце радиальной воздушной линии, так как при этом уровни напряжения в ней ниже и конденсаторы меньше будут подвержены перенапряжениям, так как большинство коротких замыканий будет до них, а не за ними (ток короткого замыкания при этом через конденсаторы проходить не будет).
Выбирают конденсаторы по рабочему току линии, независимо от номинального напряжения в сети. Их соединяют в батареи отдельными группами и надежно изолируют от земли.
