CC BY
164
УДК 621.311
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В РАЙОННЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 10 кВ
Р.В. Кузнецов
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, качество электроэнергии, вольтодобавочный трансформатор
Повышение качества электроэнергии в районных распределительных электрических сетях - актуальная задача сегодняшнего дня. Рост нагрузок промышленного и бытового сектора привел к необходимости реконструкции многих систем электроснабжения в силу снижения напряжения у потребителей за пределы нормативных значений.
Известен способ повышения напряжения на конце длинной электропередачи в распределительной сети 6 - 10 кВ за счет установки последовательных вольтодобавочных автотрансформаторов (ВДТ) [1, 2]. Он используется, когда не иной возможности для обеспечения нормативных показателей качества электроэнергии в части отклонений напряжения. Обычно в распределительных сетях способ повышения напряжения за счет вольтодобавочных трансформаторов рассматривается в отрыве от режима всей системы электроснабжения. При этом не учитывается фактор увеличения тока в электропередаче до места установки ВДТ, что приводит к увеличению потерь напряжения на начальном участке электропередачи и соответственно сказывается на необходимости дополнительного увеличения коэффициента трансформации ВДТ.
Необходима разработка методики выбора требуемого значения коэффициента трансформации по величине исходного напряжения до применения устройства его повышения, в которой сразу бы учитывался эффект воздействия ВДТ на головной участок сети.
Рассмотрим электропередачу, рис. 1, на которой установлен ВТД с коэффициентом трансформации к. Приведем параметры второго участка электропередачи к её началу. Согласно схеме замещения, рис. 2.1г, имеем:
2
2 2 = 2 2!
/к
Сопротивление нагрузки 2 ~ при этом включе-
но последовательно с сопротивлением линии 2 2 :
2 2! = 2 в + 2 2.
Общее сопротивление электропередачи равно
Кузнецов Роман Викторович (843) 519-42-70
КГЭУ, соискатель, тел.
2! = 21 + 2 2.
Напряжение на конце первого участка электропередачи:
*
. " . и 1 .2 2
и 1 = и 1 - 1121 = и 1-г1&1 = и 1 Ч2 .
2 ! 2 !
Напряжение в начале второго участка электро-*
передачи 2 повышается за счет использования ВТД. Его сопротивление можно включить в сопротивление 21. Тогда
и 2 = Щ1 = и :-і
-к.
(1)
Если ВТД отсутствует, т.е. коэффициент трансформации к=1, то получаем:
2т
(2)
2
и 2 = и 12 !
Сформулируем задачу следующим образом: при каком коэффициенте трансформации напряжения по формулам (1) и (2) одинаковые:
• 2 2 и 1-т2к
и
2 1 •
2 !
Отсюда получаем:
2 2/к 2 2
2 21 + 2 2/к 21 + 2 2
Тогда критическое значение коэффициента трансформации находится из уравнения
2
2^ + 2 2
= к 21 + 2 2 .
Отсюда находим критическое значение коэффициента трансформации ВДТ:
к кр =
2
(3)
Из формулы (3) следует, что смещение ВТД к началу электропередачи приводит к повышению критического значения коэффициента трансформации.
1
и, лэп
ЦП І12
г1
лэп
Р-: Оі
ЦП
т-\
Г)
Рис. 1. Электропередача распределительной электрической сети
а - принципиальная схема электропередачи без
ВДТ;
б - схема замещения электропередачи без ВДТ; в - принципиальная схема электропередачи с ВДТ; г - схема замещения электропередачи с ВДТ.
Выполним оценку параметров системы электроснабжения в соответствии с полученной формулой (3).
Найдем остаточное напряжение при отсутствии ВДТ:
и2 =
и122
21 + 22
и
1
и
8
21 +
и
2
Отсюда получаем:
* 2 к * И- 4 - И 2 Р- * И-. И2 82 И
где обозначено *2= *2^ .
21 = I1 **2^2 *
(4)
Если теперь принять, что ВДТ установлен, то используя формулы (1) и (4), а также схему замещения на рис. 1г, получаем следующее выражение
2
к
™ (5)
И 2ж
Гк2
кж
21 +
\2
кж
к ж =Г
1 - И
2
-^к2 +1 И 2 ж 2
где к ж - желаемый коэффициент трансформации.
К полученной формуле (5) необходим следующий комментарий: при исключении сопротивления 21 считалось, что ВДТ не установлен, поэтому в формуле (5) используется напряжение ,
имевшее место до установки ВДТ. Это сделано для того, что именно исходное напряжение всегда рас-
сматривается при оценке необходимости установки ВДТ и расчете его необходимого коэффициента трансформации.
Если рассмотреть электрическую сеть напряжением 0,4 кВ, то её сопротивление носит преимущественно активный характер. А для непромышленных потребителей и сопротивление 22 также преимущественно активное. Учитывая эти обстоятельства, положим, что 21/21 = в - действительная
величина. Тогда представим выражение (5) в следующем виде
2
И2ж = а =
\2
кж
21 +
\2
кж
к д =
кж
ркк;+1
Отсюда получаем, что
в =
к ж - а
акк
(6)
Возвращаясь к формуле (3), имеем
в = К|/|22| = 1/ккр . (7)
На рис. 2 построены графики согласно формулам (6) и (7).
(3, о.е
Рис. 2. Определение граничного коэффициента трансформации
Кривые под номерами 1-6 соответствуют формуле (6) при вариации параметра а: 1 - а=1; 2 -а=0,9; 3 - а=0,8; 4 - а=0,7; 5 - а=0,6; 6 - а=0,5; кривая 7 построена по формуле (7); кривая 8 ограничивает возможное изменение коэффициента транс-
2
формации, соответствует уравнению в = 1/к .
Проанализируем приведенные на рис. 2. зависимости. Функция, задаваемая выражением (6),
достигает максимального значения при к=2а, и при этом само максимальное значение функции равно в=1/4а2. Отсюда следует, что максимальные значения в описываются выражением в=1/4а2=1/ к2 (график 8, рис. 2).
По рис. 2 видно, что при к>2а функция (7) становится убывающей. Очевидно, что рабочей областью изменения коэффициента трансформации у ВДТ является область 1<к<2а. Спад характеристик
*
*
8
2
для к>2а объясняется тем, что при дальнейшем увеличении нагрузки в заданный уровень желаемого напряжения а на нагрузке уже не может быть обеспечен при увеличении коэффициента трансформации к. Таким образом, кривая 8, рис. 2, может быть названа граничной нагрузочной характеристикой: дальнейшее увеличение нагрузки не может
быть скомпенсировано увеличением коэффициента трансформации для сохранения заданного уровня напряжения.
Представим выражение (6) в ином виде: к ж
а = 2ж . (8)
вккж + 1
На рис. 3 приведены соответствующие формуле (6) графики при вариации параметра (3.
изменении коэффициента трансформации 1 - в=0,1; 2 - в=0,2; 3 - в=0,25; 4 - в=0,3; 5 - в=0,4;
6 - в=0,5; 7 - б = 1; 8 - в=0,5к.
Рассмотрим в качестве примера кривую 2, рис 3. Значению в=0,2 соответствует напряжение на нагрузке до установке ВДТ а = Ц 2= 0,83 о.е. (на оси
абсцисс точка к=1). Т.е. для сети 0,4 кВ это напря-
жение у бытовых потребителей составляет 183 В. Из графика, рис. 3, видно, что за счет установки ВДТ и повышения его коэффициента трансформации до £=1,37 может быть достигнуто желаемое напряжение а = И о = 1. Важным обстоятельном здесь явля-* 2
ется именно значение желаемого коэффициента трансформации. Если же при выборе ВДТ исходить из привычных приёмов, когда не учитывается влияние установки ВДТ на изменение потерь напряжения, то был бы выбран ВДТ с расчетным коэффициентом трансформации к=220/183=1,20 с ошибкой в выборе диапазона регулирования почти в 2 раза.
Рассматривая кривую 4, рис. 3, видим, что
подъем напряжения до уровня ИИ 2= 1 после установки ВДТ при данной нагрузке в принципе недостижим.
Выводы
Применение вольтодобавочных трансформаторов позволяет решить проблему повышения уровня напряжения удаленных потребителей до нормативного в сельских распределительных электрических сетях. При выборе требуемого коэффициента трансформации у вольтодобавочных устройств необходимого учитывать их влияние на увеличение потерь напряжения в питающей сети.
Литература
1. Родионов О.С., Перинский Т.В. Проект с применением пунктов автоматического регулирования напряжения. - Новости электротехники, №4, 2007. - С.
2. Перинский Т. В., Родионов О. С. Опыт эксплуатации пункта автомтического регулирования напряжения в распределительных сетях 6 - 10 кВ. - Электро, №3, 2009. - С. 34-35.
Казанский государственный энергетический университет
MAINTENANCE OF QUALITY OF THE ELECTRIC POWER IN REGIONAL DISTRIBUTIVE NETWORKS THE VOLTAGE 10 kV R.V. Kuznetsov
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 of factor 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
