CC BY
3УДК 621.3
Сотников Е.А.
магистрант Волжский филиал Московский энергетический институт (г. Волжский, Россия)
НЕСИММЕТРИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ: АСПЕКТЫ ВЫБОРА И ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ СИММЕТРИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Аннотация: в работе приведены причины и последствия возникновения несимметрии в электрических сетях, способы снижения коэффициента несимметрии. Рассмотрены принципы управления параметрами симметрирующих устройств.
Ключевые слова: несимметрия напряжений, глубина изменения мощности, управляемые симметрирующие устройства, качество электроэнергии.
В настоящий момент можно говорить о строгом контроле и соблюдении требований к обеспечению качества электроэнергии на генерирующих и распределительных объектах энергетики. И в то же время, изучение публикаций за последние 4 года свидетельствует об актуальности анализа существующих методов измерения показателей качества электрического напряжения, разработки новых способов повышения точности этих измерений. Особенность такого изъяна электрического сигнала, как его несимметричности, заключается в том, что его проявление возможно не только в результате некорректной работы оборудования на подстанции, но и при совокупности факторов на стороне потребителя. Обычно к этому приводит неравномерная нагрузка в фазах, и ее различающийся характер. В сетях высокого напряжения несимметрия может проявляться из-за неравенства сопротивлений по фазам
конструкций линий электропередачи. Другой причиной несимметрии являются неполнофазные режимы в сетях с изолированной нейтралью.
При нессиметрии в трехфазных системах возникают токи обратной и нулевой последовательностей, что приводит к ухудшению работы вращающихся агрегатов, к их нагреву. В синхронных машинах, помимо тепловых потерь, могут возникать вибрации. Также токи обратной последовательности пагубно влияют на состояние изоляции трансформаторов, на конденсаторные батареи. При величине коэффициента несимметрии около 10%, срок службы сокращается на 16% [3]. Таким образом, при снижении качества электроэнергии может пострадать как оборудование энергоснабжающих компаний, так и электроприемники потребителей.
Более детальный анализ результатов мониторинга качества электроэнергии в реальной трехфазной электрической сети показывает, что коэффициент несимметрии, как правило, превышает допустимые значения только для нулевой последовательности [1]. Рациональное перераспределение нагрузок не всегда позволяет снизить коэффициент несимметрии напряжений до допустимого значения. Распространенными техническими решениями для снижения коэффициента несимметрии являются:
-изменение сопротивления нулевого провода путем увеличения его сечения;
-применение замкнутых и полузамкнутых схем сети 380 В; - метод поперечной компенсации реактивной мощности (несимметричное распределение по фазам мощностей конденсаторных батарей);
-применение симметрирующих устройств (СУ) в силовых трансформаторах или непосредственно в электрических сетях. Это могут быть симметрирующие трансформаторы Вудбриджа, схема Скотта и т.п.
Все симметрирующие устройства разделяются на управляемые и неуправляемые. Выбор типа устройства зависит от характера технологического процесса, глубины возможного изменения мощности нагрузки X:
Р Я
Г0тах -'Отах = = ' (1)
г0тт -'Отт
где Р0тах и Р0т1П- максимум и минимум активной мощности нагрузки, $0тах и $0т.т~ максимум и минимум реактивной мощности нагрузки.
Так как допустимый коэффициент несимметрии напряжений составляет 2%, условие допустимости глубины изменения мощности будет выглядеть следующим образом:
2,67 • 53 + 5кз
Л< 1+---3---, (2)
50 • Бо — 2,67 • — Бкз
где 53- мощность трехфазной нагрузки, 5кз - мощность короткого замыкания в точке подключения нагрузки.
В случае выполнения условия (2), допустимо применение статичных параметров симметрирующего устройства. В противном случае, параметры должны изменяться динамически.
Рассмотрим актуальные аспекты динамического управления симметрирующими устройствами. В качестве органов управления могут выступать программируемые логические реле (ПЛР). Их применение позволяет задавать параметры управления объектами, оперативно реагировать на изменение величин входных сигналов, автоматически отстроить параметры СУ. Преимуществом является простота использования, низкая стоимость по сравнению с программируемыми логическими контроллерами. Выбор оптимального количества ступеней мощности должен производиться при проектировании, в зависимости от потенциально возможного уровня несимметрии, в балансе с пониманием того, что увеличение числа ступеней СУ приводит к росту капитальных затрат на устройство и пуско-наладочные работы. Обычно, оптимальное количество ступеней составляет 2-3.
Если же управляющий орган проектируется на базе микроконтроллеров, для повышения эффективности систем управления СУ, то в таком случае прибегают к разносу функций управления устройством по уровням и к оцифровке аналоговых сигналов: тока нагрузки, тока преобразователя, фазных напряжений. Эти показатели используются на нижнем уровне управления симметрирующей части. Система управления верхнего уровня, контролирующая в целом работу устройства, осуществляет мониторинг коэффициента несимметрии и уровня фазных входных напряжений, определяя, является ли текущий режим работы симметричным. Если режим работы не симметричный, то система управления верхнего уровня рассчитывает уставки СУ, а также передает данные о состоянии участка системы оператору. Для оценки эффективности системы, в каждом конкретном проектном случае, целесообразно прибегать к математическому моделированию.
Таким образом, применение симметрирующих устройств на стороне генерации и распределения необходимо для повышения качества поставляемой энергии, а на стороне потребителя-для предотвращения потерь и неполадок в работе оборудования. Детальное исследование быстродействия и корректности работы управляющих органов СУ, в том числе методами математического моделирования, несет прежде всего положительный экономический эффект за счет снижения затрат на оборудование, пуско-наладочные работы, а также за счет минимизации потерь электроэнергии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Бирюлин В.И., Куделина Д.В. Разработка модели для анализа способов снижения несимметрии напряжений в системах электроснабжения. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022;24(2):72-85;
2. Степанов В. М., Базыль И. М., Ключникова А. Ю. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ЗА СЧЕТ
СНИЖЕНИЯ НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЯ // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. №12;
3. Дулепов Д. Е., Кондраненкова Т. Е., Чесноков А. Д., Толикина М. Ю. Автоматизация системы управления симметрирующим устройством // Вестник НГИЭИ. 2022. №8 (135)
Sotnikov E.A.
Moscow Power Engineering Institute (Volzhsky, Russia)
ASYMMETRY IN ELECTRICAL NETWORKS: ASPECTS OF SELECTING AND EVALUATING EFFECTIVENESS OF PARAMETER CONTROL OF SYMMETRICAL DEVICES
Abstract: the paper presents the causes and consequences of the occurrence of asymmetry in electrical networks, ways to reduce the coefficient of asymmetry. The principles of controlling the parameters of symmetrical devices are considered.
Keywords: voltage asymmetry, depth of power change, controlled balancing devices, power quality.
