ЭлектрО

Регулирование напряжения и реактивной мощности

Основным потребителем реактив­ной мощности в электрической системе являются асинхронные электродвигатели и трансформаторы. При номинальном напряже­нии на зажимах электродвигателей только намагничивающая их мощность составляет примерно две трети всей реактивной мощности системы; остальная часть расходуется в реактивных сопротивле­ниях линий электропередачи, трансформаторов, электродвигателей и других приемников электрической энергии.

Величина потребляемой реактивной мощности зависит от уровня напряжения в электрических сетях. При снижении напряжения в каком-либо пункте сети реактивная мощность, потребляемая нагрузкой, вначале уменьшается главным образом ввиду уменьшения намагничивающей мощности асинхронных двигателей и трансфор­маторов. Но дальнейшее снижение напряжения (на 20% и более) приводит к тому, что сильнее начинают сказываться возрастание потерь реактивной мощности в ре­активных сопротивлениях асин­хронных электродвигателей, трансформаторов и линий передачи, а также снижение зарядной мощно­сти последних. А это влечет за собой еще большее увеличение по­терь напряжения в сети и, как следствие, остановку электродви­гателей и нарушение нормального электроснабжения. Этот процесс, носит название лавины на­пряжения.

С изменением напряжения, хо­тя и в меньшей степени, изменя­ется и активная мощность нагруз­ки, главным образом, за счет изменения потребления ее бытовы­ми приборами и дуговыми печами.

 

Рис. 2. Зависимость активной Р и реактивной Q мощностей нагруз­ки от напряжения

Р/Р_Н для сети 110 кВ; 2 и 3 —Q/Qн соответственно для сетей  110 и 6 кВ

 

На рис. 2 приведены кри­вые, характеризующие изменение активной Р и реактивной Q мощностей в зависимости от величины напряжения U в сетях с преимущественно промышленной нагруз­кой.

Снижение напряжения может быть как общее по системе из-за недостатка реактивной мощности (например, при перегрузке гене­раторов по активной мощности), так и местное, в отдельных пунктах электрических сетей (например, при отключении одной из парал­лельно работающих линий, или при питании потребителей по линиям с малой пропускной способностью, не соответствующей при­соединенной к ним нагрузке).

Из рассмотрения зависимости Q = f (U) рис. 2 видно, что для восстановления исходного уровня напряжения после его сни­жения потребуется передача к потребителям дополнительной реактивной мощности, с доведением ее величины до уровня, соответ­ствующего  потреблению электроприемниками  при  нормальном (исходном) напряжении. Дополнительная реактивная мощность должна быть получена за счет повышения ее генерации на генераторах электростанций и синхронных компенсаторах. Очевидно, что при общем снижении напряжения в системе его восстановление возможно только при наличии достаточного резерва реактивной мощности в генераторах, синхронных компенсаторах и других источниках реактивной мощности. Повышение напряжения у потре­бителей при местном его снижении осуществимо при наличии средств регулирования напряжения па приемных подстанциях или на пере­дающем конце питающих нагрузку линий. Дополнительная реак­тивная мощность, необходимая электроприемникам при повышении напряжения, в этом случае будет получена путем перераспределе­ния ее в системе за счет некоторого общего снижения напряжения в сетях или за счет использования резерва реактивной мощности генераторов электростанций.

Для поддержания надлежащего уровня напряжения в электри­ческих сетях осуществляется систематический контроль за напря­жением. На электростанциях и в узловых точках питающих сетей контроль осуществляет диспетчерский персонал системы. Регулиро­вание напряжения в этих пунктах обеспечивается перераспреде­лением выработки реактивной мощности и изменением коэффици­ентов трансформации автотрансформаторов связи. Напряжение на шинах подстанций, питающих распределитель­ные сети, контролируется диспетчерским персоналом сетей. Регу­лируют напряжение изменением коэффициента трансформации трансформаторов с РПН, устанавливая постоянный или изменяю­щийся во времени общий уровень напряжения для всех потреби­телей, присоединенных к шинам данной подстанции. Такой способ регулирования называется централизованным.

Суточный график регулируемого напряжения при централизо­ванном регулировании задают с таким расчетом, чтобы отклонение напряжения у приемников в любое время суток находилось в пре­делах допустимых значений. Это приводит к необходимости осуще­ствлять так называемое встречное регулирование напряжения, при котором на шинах электростанции и на вторич­ных шинах подстанций с первичным напряжением 35 кВ и выше в часы максимума нагрузки поддерживают повышенное, а в часы минимума нагрузки — пониженное напряжение. Это компенсирует увеличение потери напряжения в сети при максимальных нагруз­ках и уменьшение — при минимальных.

В нормальном режиме работы энергосистемы на шинах электро­станций и на шинах вторичного напряжения подстанций должно быть обеспечено встречное регулирование напряжения в пределах от 0 до +5% от номинального напряжения сети. Отнесение этих величин к номинальному напряжению шин U_н.ш., которое прини­мается на 5% выше номинального напряжения питаемой сети, Номинального, а в режиме минимальных нагрузок — до 5% ниже номинального напряжения шин (рис. 3).

Рис. 3. Двухступенчатый суточный график напряже­ний на шинах центра пита­ния при встречном регулиро­вании напряжения

 

В тех случаях, когда на центре питания (ЦП) находится дежур­ный персонал или имеется автоматическое устройство для регули­рования напряжения с компенсацией потери напряжения в сети в зависимо­сти от величины нагрузки, график на­пряжения на шинах ЦП будет, изме­няясь ступенями, непрерывно следо­вать за изменениями графика нагрузки.

Естественно, что централизованное регулирование напряжения может быть эффективным только в том случае, если все потребители, регулируемых шин ЦП имеют идентичные суточные графики нагрузки. Поэтому потребите­ли с отличным от общего графиком на­грузки должны иметь, кроме того, местное регулирование напряжения.