Принципы и средства регулирования напряжения

В электроэнергетических системах для регулирования напряжения используют следующие способы: регулирование возбуждения генераторов электростанций и синхронных компенсаторов, изменение коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов, введение дополнительной ЭДС с помощью специальных вольтодобавочных трансформаторов и линейных регуляторов, изменение потоков мощности по сети, прежде всего за счет регулирования мощности поперечных компенсирующих устройств, изменение параметров сети, в том числе с помощью устройств продольной компенсации (УПК).

Генераторы электрических станций.

Изменяя ток возбуждения генератора, можно изменять его ЭДС. Напряжение на зажимах генератора при наличии нагрузки

где I ‑ ток статора;

Z‑ полное сопротивление генератора.

При увеличении тока возбуждения будет происходить увеличение ЭДС Е. Одновременно увеличивается выдаваемая реактивная мощность, что приводит к увеличению тока статора I и падению напряжения в генераторе. Если в этом процессе преобладает повышение ЭДС, то напряжение на зажимах генератора будет повышаться.

Достоинством регулирования напряжения генераторами является плавность регулирования.

2. Трансформаторы и автотрансформаторы.

Регулирование напряжения трансформаторами и автотрансформаторами осуществляется посредством изменения коэффициентов трансформации. Для этого на всех трансформаторах выполняют специальные ответвления, которые соответствуют различному числу витков обмоток и, следовательно, различным коэффициентам трансформации.

Напряжение на шинах низшего напряжения двухобмоточного трансформатора можно записать в виде

где , ‑ напряжение на шинах низшего напряжения, приведенное к шинам высшего напряжения;

n – коэффициент трансформации, выражаемый через номинальные напряжения обмоток высшего U_ВН и низшего U_НН напряжений.

При изменении числа витков в обмотке высшего напряжения будет изменяться U_в.ном и, следовательно, напряжение на вторичной стороне трансформатора т. е. при переходе с одного ответвления на другое будет происходить регулирование напряжения.

На двухобмоточных трансформаторах ответвления выполняют на обмотке высшего напряжения (ВН), а на трехобмоточных трансформаторах со стороны ВН и среднего напряжения (СН). На обмотке низшего напряжения (НН) ответвления не делают, так как этот вариант по конструкции сложнее из-за большого тока в обмотке НН при одинаковой мощности обмоток ВН, СН и НН.

Трансформаторы выпускают со ступенями регулирования от 1,25 до 1,78% и диапазонами регулирования от ±10 до ±16%. Такие большие диапазоны позволяют регулировать напряжение в широких пределах, а малые ступени ‑ устранить недостаток, связанный с дискретностью регулирования.

Вольтодобавочные трансформаторы и линейные регуляторы.

Воздействие на режим напряжений с помощью этих устройств осуществляется путем введения соответствующей дополнительной ЭДС. Их принцип действия одинаков. Если на подстанции для какого‑то потребителя требуется регулировать напряжение по закону, отличному от принципов регулирования для всех остальных потребителей, то только для одной линии может быть установлен линейный регулятор.

Поперечные компенсирующие устройства.

Применение поперечных компенсирующих устройств для воздействия на режим напряжения основывается на способе регулирования за счет изменения потоков мощности в сети.

Изменяя мощность Q_к компенсирующего устройства в процессе управления режимом, можно изменять потерю напряжения. Увеличивая выдаваемую компенсирующим устройством реактивную мощность, можно достигнуть такого положения, когда напряжение в конце линии станет больше, чем в начале, хотя активная мощность будет передаваться от начала к концу. Очевидно, это наступит тогда, когда потеря напряжения станет отрицательной:

Отсюда необходимая для этого мощность компенсирующего устройства

Способ регулирования напряжения с помощью поперечных компенсирующих устройств широко применяется в электрических сетях.

Устройства продольной компенсации.

Изменить потерю напряжения можно, изменяя сопротивления R и X. Активное сопротивление можно изменять за счет сечения проводов, но они выбираются исходя из экономических соображений. Реактивное сопротивление можно изменять, в частности, путем расщепления фаз линии. Но для регулирования напряжения этот путь также экономически нецелесообразен. Изменить реактивное сопротивление можно путем включения в рассечку линии устройства продольной компенсации, представляющего собой БК, подключаемую последовательно с сопротивлениями линии. Тогда потерю напряжения можно записать в виде

Эффективность продольной компенсации повышается при больших реактивных сопротивлениях и малых коэффициентах мощности нагрузки. К достоинствам этого способа регулирования напряжения относится мгновенное, непрерывное и автоматическое действие, что особенно важно при наличии колебаний напряжения.