Обеспечение качества электроэнергии в райлнных распределительных сетях напряжением 10 кВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.313

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В РАЙОННЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 10 кВ

Е.А. ФЕДОТОВ, Р.В. КУЗНЕЦОВ

Казанский государственный энергетический университет

В статье предлагается методика выбора параметров последовательных вольтодобавочных трансформаторов (ВДТ) в дальней воздушной электропередаче напряжением 10 кВ. Показана необходимость учета увеличения потерь напряжения в линии на головном участке после установки ВДТ, а также влияния коэффициента мощности нагрузки на величину желаемого коэффициента трансформации.

Ключевые слова: электрическая сеть, линия электропередачи, качество электроэнергии, вольтодобавочный трансформатор.

Районные распределительные системы электроснабжения напряжением 6 -10 кВ принципиально отличаются от городских своей значительной протяженностью и рассредоточением множества нагрузок. Для ряда фидеров характерно наличие нескольких десятков присоединений при общей длине магистрали до 20 - 30 км. Характерной особенностью перекачивающих станций нефте- и продуктопроводов является их использование для подключения субабонентов, расположенных в труднодоступной местности. В системах электроснабжения этих районов могут применяться линии электропередачи среднего класса напряжений длиной до 40 - 50 км по причине отсутствия сетей более высоких напряжений, что делает практически невозможной передачу электроэнергии с соблюдением нормативных показателей её качества.

Из опыта эксплуатации нефтепромысловых электрических сетей выявлено [1], что основными проблемами нарушения электроснабжения являются КЗ на ВЛ; падение напряжения на ВЛ 6 - 10 кВ, питающих кустовые площадки (их длина может превышать 10 км при нагрузке несколько мегаватт, что обусловливает потери напряжения 15% и более), в результате у конечных потребителей напряжение ниже нормативного уровня, что существенно осложняет пуск и самозапуск электродвигателей.

В электрических сетях напряжением 10 кВ нельзя полагать, что нагрузки носят активный характер. При выполнении нормативных требований по компенсации реактивной мощности тангенс угла нагрузки на шинах напряжением 0,4 кВ не должен превышать 0,35, а на шинах 6 - 10 кВ - значения 0,4 (учитывается вклад индуктивного сопротивления понижающего трансформатора). Таким образом, при компенсации реактивной мощности уже не следует пренебрегать реактивной составляющей нагрузки, и тем более при отсутствии устройств компенсации.

Рассмотрим электропередачу, рис. 1, на которой установлен ВТД с коэффициентом трансформации к. Приведем параметры электропередачи после ВДТ к стороне центра питания (ЦП). Если ВДТ не установлен, то можно принять ' 2

к=1, тогда 12 = ¿2 / к = г2. Данное сопротивление представляет сопротивление нагрузки. Тогда

© Е.А. Федотов, Р.В. Кузнецов

Проблемы энергетики, 2011, № 3-4

и 2=и2/ и! = г 2 /(¿1 + г 2 )=—¡---=в-

* ¿1/ ¿2 +1 (3+1

и-

ЦП

ЛЭП

а)

и- ВДТ

и 2

л, е-►

и-

¿1

г&1

¿2

б)

Рис. 1. Принципиальная схема электропередачи (а) и её схема замещения (б)

Используем формулу (1) для исключения сопротивления электропередачи ¿1 из последующий уравнений. При установке ВДТ имеем

и 2ж=

¿2/ к ж

¿1 + ¿2/ к ж

к ж =

¿2 / кж

( ^ 1 - и 2 V * ; ¿^2/ и 2+ ¿2/ к ж *

кж =

/ N

1 - и 2 / и 2 к ж +1

V * *

(2)

где кж - желаемый коэффициент трансформации.

Формула (2) связывает напряжение на нагрузке до установки ВДТ и2 с коэффициентом трансформации ВДТ при заданном уровне желаемого напряжения и 2ж.

Поскольку в формулу (2) входят комплексные величины, а задается только модуль желаемого напряжения и 2ж, приходим к следующему уравнению

относительно коэффициента трансформации: \

и

2ж

1/и 2-1

к 2 +1

- к = 0.

(3)

Очевидно, что для последующих расчетов необходимо определиться с влиянием фазы напряжения II2 на величину коэффициента трансформации.

к

ж

Положим, что

U 2= U 2e

Ф

где 5 - угол между векторами напряжений в ЦП и на нагрузке. Выражение (3) приобретает следующий вид:

U

2ж

\

1/U 2e~j5 -1 к2 +1

- k = а

ej5 / U 2-1

k2 + 1

- k = 0.

Решая полученное уравнение относительно напряжения, находим

U 2= ак

2 а(к2 -1) cos 5 --Jк2 - а2(1 - cos2 5)(к2 -1)2

, cos

22 (ак + к - а)(ак - к - а)

(4)

На рис. 2 показаны семейства характеристик, построенных по выражению (4), где для удобства построения изменены местами оси абсцисс и ординат:

переменной величиной является напряжение и 2.

*

Угол 5 ограничен значением ^5=0,90. Ему соответствует нагрузка до 4 МВт при длине электропередачи 30 км, чего практически не достигается для

электропередач 10 кВ. 1,1

о.е.

1,0

0,9

0,8

.......................... к,

о.е.

1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

Рис. 2. Требуемый коэффициент трансформации у ВДТ для обеспечения желаемого уровня напряжения на нагрузке при учете фазового сдвига между напряжениями. I, II, Ш - семейства характеристик, соответствующие значениям желаемого уровня напряжения: I - а=1,05; II - а=1,00; Ш - а=0,95; для каждого семейства последовательность кривых одинаковая и соответствует разным значениям угла 5: 1 - cos5=0,90; 2 - cos5=0,93; 3 - cos5=0,95; 3 - cos5=0,98; 5 - cos5=1,00

Из полученных результатов следует, что влиянием фазового сдвига напряжений не следует пренебрегать, так как в противном случае получатся заниженные значения коэффициента трансформации. Так, для семейства I, рис. 2, примем, что cos 5=0,95 (кривая 3). Пусть исходное напряжение составляло 0,94

о.е. Из графиков видно, что требуется коэффициент трансформации k=1,17. В то же время, если пренебречь влиянием фазового сдвига напряжений, т.е. считать, что cos5=1, то получаем k=1,13.

Полученное отличие в значениях коэффициентов трансформации ВДТ является принципиальным. Предельное увеличение напряжения у ВДТ, устанавливаемых в трех фазах, равно 15% [2]. Полученные результаты свидетельствуют, что для достижения требуемого уровня напряжения у потребителя будет необходима установка двух комплектов ВДТ в двух фазах.

Выводы

1. Установка ВДТ на линиях электропередачи в районных электрических сетях способствует обеспечению нормативных показателей качества электроэнергии у потребителей без реконструкции электропередачи.

2. Выбор коэффициента трансформации у ВДТ необходимо производить как с учетом изменения параметров режима электропередачи головного участка, так и с учетом фазового сдвига напряжений по концам электропередачи.

3. Разработанная методика определения желаемого коэффициента трансформации ВДТ позволяет исключить из расчетов сопротивления электропередачи и нагрузки и использовать в качестве определяющего параметра напряжение на нагрузке, имеющее место до установки ВДТ.

Summary

In article the technique of a choice of parameters consecutive booster transformers in a distant air electricity transmission by a voltage 10 kV is offered. Necessity of the account of increase in losses of a voltage for a line on a head site after installation booster transformers, and also influence offactor of capacity of loading on size of desirable factor of transformation is shown.

Key words: an electric network, a transmission line, quality of the electric power, booster transformers.

Литература

1. Барановский И.Д., Хрущев Ю.В., Абеуов Р.Б. О задачах повышения эффективности использования нетрадиционных регулирующих устройств в системах электроснабжения нефтепромыслов / Мат. Всерос. науч.-техн. конф. «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования». Томск, 2008. С. 47-49.

2. Перинский Т.В., Родионов О.С. Опыт эксплуатации пункта автоматического регулирования напряжения в распределительных сетях 6-10 кВ // Электро. №3. 2009. С. 34-35.

Поступила в редакцию 29 октября 2010 года

Федотов Евгений Александрович - доцент кафедры «Электрические станции» Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).

Кузнецов Роман Викторович - соискатель кафедры «Электрические станции» Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ), заместитель директора по финансам ООО «Казанский электропроект». Тел.: 8-905-0202409. E-mail: evfedotov2008@mail.ru.