В разомкнутом режиме эксплуатируются практически все сети 6–35 кВ и большая часть сетей 110 кВ. На шинах 6–10 кВ подстан 2 – ций 35–110 кВ необходимо поддерживать напряжение, компенсирующее потери напряжения в сети 10 кВ и обеспечивающее необходимые отклонения напряжения на шинах 0,4 кВ распределительных трансформаторов (РТ) 10/0,4 кВ. Регулирование напряжения при изменении нагрузки необходимо производить таким образом, чтобы напряжение было наиболее высоким в период больших нагрузок и наиболее низким в период малых нагрузок. Такое регулирование называют встречным (рис. 6.2). При изменении нагрузки от Рмин до Рмакс отклонение напряжения шинах 10 кВ изменяется по линейному закону от δU ЦП до δU ЦП . Разность dрн = δU ЦП – δU ЦП называют диапазоном РН в ЦП. Такое регулирование осуществляется трансформаторами с РПН. Более подробно вопросы РН в сетях 10 и 0,4 кВ рассмотрены в гл. 8.
Закон регулирования напряжения в центре питания сети 10 кВ
Если все трансформаторы, присоединенные к сети 35–110 кВ, имеют РПН, то напряжение в сети 35–110 кВ с целью снижения нагрузочных потерь поддерживают на верхнем допустимом уровне. Располагаемый диапазон РН устройств РПН трансформаторов 35–110/6–10 кВ позволит им самостоятельно справиться с поддержанием требуемых режимов напряжения шинах 6–10 кВ при практически любом напряжении на высокой стороне.
Многие эксплуатируемые трансформаторы 35–110/6–10 кВ не имеют РПН. Одна из схем такой радиальной сети 35 кВ приведена на рис. 6.3. На подстанциях ПС-2 и ПС-4 установлены трансформаторы с РПН. Они обеспечивают необходимые режимы напряжения на шинах 10 кВ независимо от режимов напряжения в сети 35 кВ.
На подстанциях ПС-1, ПС-3 и ПС-5 установлены трансформаторы с ПБВ со ступенью РН, равной 1,5 %.
Встречное РН на шинах 10 кВ подстанций с ПБВ может быть осуществлено только с помощью центральной подстанции 110 кВ. Так как она регулирует напряжение по общему закону, то осуществить с ее помощью РН на шинах 10 кВ каждой из трех подстанций так, как это могло быть выполнено индивидуальными трансформаторами с РПН, в полной мере невозможно. В этом случае решают задачу минимизации количества электроэнергии, отпускаемой потребителям с отклонениями, превышающими нормированные. Результатом решения должен стать оптимальный закон РН в ЦП 110 кВ и оптимальные ответвления трансформаторов с ПБВ. При наличии определенной степени свободы (одинакового качества электроэнергии при различных ответвлениях) необходимо выбрать закон РН в ЦП 110 кВ и ответвления трансформаторов с ПБВ, обеспечивающие минимум потерь электроэнергии в сети 35 кВ. Такой выбор осуществляют с помощью расчета напряжений в сети в режимах максимальной и минимальной нагрузок. Порядок расчета проиллюстрируем на примере сети, изображенной на рис. 6.3.
Отклонения напряжения на шинах 35 кВ ЦП 110 кВ в режимах максимальной и минимальной нагрузок составляют 2 % и –1 % (диапазон РН равен 3 %). Требуемый закон РН на шинах 10 кВ подстанций приведен на рис. 6.2 (δU ЦП т = +1 %; δU ЦП т = +6 %). Ему соответствует диапазон РН dрн. т = 6 – 1 = 5 %. Полученные в результате расчета отклонения напряжения на шинах 10 кВ подстанций, соответствующие им фактические диапазоны РН dрн ф и потребляемая от шин подстанций электроэнергия составляют:
Фактические законы РН на шинах 10 кВ подстанций приведены на рис. 6.4, а. Требуемый закон регулирования выделен жирной линией. Из рисунка видно, что фактические законы регулирования существенно не соответствуют требуемому закону. На ПС-1 напряжение слишком низкое в обоих режимах, на ПС-3 напряжение слишком высокое в режиме минимальной нагрузки, а на ПС-5 наклон прямой вообще обратный требуемому. На всех подстанциях диапазон РН гораздо меньше требуемых 5 %.
Увеличение диапазона регулирования может быть осуществлено только с помощью трансформатора в ЦП 110 кВ. Так как изменением
Законы регулирования напряжения на шинах в центре питания сети 35 кВ и подстанций 35/10 кВ без РПН
напряжения на ЦП 110 кВ обеспечить разные изменения на подстанциях невозможно, необходимо определить компромиссное изменение. Изменение диапазона регулирования на ЦП 110 кВ на ∆d, обеспечивающее минимальное количество электроэнергии, отпускаемой потребителям с отклонениями от норм стандарта, определяют по формуле
Для рассматриваемого примера
Следовательно, диапазон РН в ЦП 110 кВ должен быть увеличен до (3 + 4,7) = 7,7 %. Для снижения потерь в сети 35 кВ увеличим напряжение в ЦП 110 кВ в режиме максимальной нагрузки на 4,7 %.
Если поднять на 4,7 % напряжения в ЦП 110 кВ в режиме максимальной нагрузки, а в режиме минимальной нагрузки оставить прежним, законы РН на шинах 10 кВ подстанций будут характеризоваться следующими параметрами, %, (рис. 6.4, б):
Изменение ответвления трансформатора 35/10 кВ одинаково изменяет напряжение в максимум и минимум нагрузки, однако в этих режимах потребляется разное количество энергии: Wмакс и Wмин. Если использовать представление графика в виде двух ступеней с использованием формулы (2.23), то:
Считая одинаково некачественной электроэнергию при выходе напряжения на одну и ту же величину за нижнюю или верхнюю границу нормируемого диапазона, можно записать выражение, значение 213 которого требуется минимизировать за счет изменения напряжения на величину ∆E с помощью ответвления трансформатора с ПБВ:
Взяв производную (6.7) по ∆E, получим формулу для оптимального значения ∆E:
Примем для примера kз = 0,6 и kмин = 0,3. Для графика с такими параметрами по формуле (2.23) t макс = 0,43. Подставив это значение и значения δU и δU для каждого трансформатора в формулу (6.8), получим: ∆E1 = +1,3 %; ∆E2 = –3,3 % и ∆E3 = –1 %. В связи с дискретностью ступеней РН на трансформаторах 35/10 кВ, равной 1,5 %, ответвление трансформатора на ПС-1 снижаем на одну ступень (повышаем напряжение на 1,5 %), на ПС-3 повышаем ответвление на две ступени (снижаем напряжение на 3 %), а на ПС-5 повышаем ответвление на одну ступень (снижаем напряжение на 1,5 %). При этом законы РН на шинах 10 кВ подстанций будут характеризоваться следующими параметрами, %:
Законы РН приобретают вид, изображенный на рис. 6.4, в, из которого видно, что соответствие фактических и требуемых законов РН на шинах 10 кВ ПС 1, 3, 5 существенно возросло.
Так как напряжение в сети 35 кВ в режиме минимальной нагрузки не изменилось, то общее снижение нагрузочных потерь электроэнергии в этой сети определяется повышением напряжения на 4,7 % в режиме максимальной нагрузки с эквивалентной продолжительностью t макс = 0,43. Нагрузочные потери мощности в этом режиме снизятся на 100 (1 – 1/1,0472 ) = 8,8 %. Снижение нагрузочных потерь электроэнергии составит 8,8 × 0,43 = 3,8 %.
Дополнительное снижение нагрузочных потерь может быть достигнуто повышением напряжения в ЦП 110/35 кВ во всех режимах на 1,8 % (одна ступень РН для трансформаторов напряжением 110 кВ) с одновременным изменением на одну ступень ответвлений на ПС-1, ПС-3 и ПС-5 в обратную сторону (снижение напряжения на 1,5 %). При этом напряжения на шинах 10 кВ повысятся на 1,8 – 1,5 = 0,3 %. Снижение потерь в сети 35 кВ составит 100 (1 – 1/1,0182 ) = 3,5 %. 214 Это значение не надо умножать на t макс , так как повышение напряжения происходит во всех режимах. Общее снижение потерь составит 3,8 + 3,5 = 7,3 % от их первоначального значения.
Потери холостого хода при повышении напряжения в сети на первом этапе расчета увеличатся на 100 (1,0472 – 1) 0,43 = 4,1 %, а на втором – на 100 (1,0182 – 1) = 3,6 %, то есть в сумме на 7,7 % от их первоначального значения. Общее снижение/увеличение потерь зависит от соотношения нагрузочных потерь и потерь холостого хода. Если нагрузочные потери составляют больше 7,7 / (7,7 + 7,3) = 51,4 % от суммарных потерь, то изменение законов РН приведет к снижению суммарных потерь.
В противном случае на втором этапе надо изменять ступени РН в ЦП и на подстанциях в обратную сторону, снижая напряжение в сети 35 кВ. Этот вывод не касается действий на первом этапе, так как они предприняты для нормализации отклонений напряжения в сетях 10 кВ (а впоследствии – и 0,4 кВ) и должны выполняться и при неблагоприятном изменении потерь.
