CC BY
85
УДК 621.311
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ ПРОДОЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ Э.Ю. Абдуллазянов, Р.В. Кузнецов, Е.А. Федотов
В статье рассматривается применение вольтодобавочных трансформаторов, которые позволяют решить проблему повышения уровня напряжения удаленных потребителей в сельских распределительных электрических сетях до нормативного значения. Показана методика выбора требуемого коэффициента трансформации у вольтодобавочных устройств, которая учитывает их влияние на увеличение потерь напряжения в питающей сети
Ключевые слова: вольтодобавочный трансформатор, коэффициент трансформации
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 (ВДГ) [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 ВДГ, что приводит к увеличению потерь напряжения на начальном участке электропередачи и соответственно сказывается на необходимости дополнительного увеличения коэффициента трансформации ВДГ.
Необходима разработка методики выбора требуемого значения коэффициента трансформации по величине исходного напряжения до применения устройства его повышения, в которой сразу бы учитывался эффект воздействия ВДГ на головной участок сети.
Рассмотрим электропередачу, рис. 1, на которой установлен ВГД с коэффициентом трансформации к. Приведем параметры второго участка электропередачи к её началу. Согласно схеме замещения, рис. 2.1г, имеем:
' 2 22 = 22! /к .
Абдуллазянов Эдвард Юнусович - ОАО «Сетевая компания», канд. техн. наук, профессор, тел. (843) 544-48-89 Кузнецов Роман Викторович - КГЭУ, соискатель, тел. (843) 519-42-70
Федотов Евгений Александровивч - КГЭУ, канд техн. наук, доцент, e-mail: [email protected]
Сопротивление нагрузки 2 8 при этом включено последовательно с сопротивлением линии 2 2 :
2 2! = 2 в + 2 2.
Общее сопротивление электропередачи равно
I I
2 ! = 21 + 2 2.
Напряжение на конце первого участка электропередачи:
*
. " . и 1 .2 2
и1 = и 1 - ¥1 = и 1 21 = и 1 -4- .
2 ! 2 !
Напряжение в начале второго участка электро-*
передачи 1} 2 повышается за счет использования ВГД. Его сопротивление можно включить в сопротивление 21. Гогда
*
и 2 = ки 1 = и 1-2^к. (1)
2 !
Если ВГД 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:
• z 2
U 1-T2k
• z 2
U1 — z I
Отсюда получаем:
Z 2/k Z 2
• • Л 2 Zl + Z 2/k Z1 + Z 2
Тогда критическое значение коэффициента трансформации находится из уравнения
2
Zlk + z 2
= kZl + Z2 .
Отсюда находим критическое значение коэффициента трансформации ВДТ:
к — Ккр _
(3)
Из формулы (3) следует, что смещение ВГД к началу электропередачи приводит к повышению критического значения коэффициента трансформации.
Пі лэп и2
ЦП І12
г1
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:
2 •
21 — I1 У 2 Я 2 х
(4)
2
где обозначено II2= и 2^1.
Если теперь принять, что ВДГ установлен, то используя формулы (1) и (4), а также схему замещения на рис. 1г, получаем следующее выражение
2-1/
к
У 2ж
кж
21 +
\2
кж
к ж —
Л
1 - и.
-^к2 +1 и 2 ж 2
(5)
где к ж - желаемый коэффициент трансформации.
К полученной формуле (5) необходим следующий комментарий: при исключении сопротивления 21 считалось, что ВДГ не установлен, поэтому в формуле (5) используется напряжение и2 ,
имевшее место до установки ВДГ. Это сделано для того, что именно исходное напряжение всегда рассматривается при оценке необходимости установки ВДГ 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 2 2 также преимущественно активное. Учитывая эти обстоятельства, положим, что 21/21 = в - действительная
величина. Гогда представим выражение (5) в следующем виде
2п
У2ж— а —
кж
21 +
7к2
кж
к д —
кж
РккІ +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).
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 .
1
*
ж
Проанализируем приведенные на рис. 2. зависимости. Функция, задаваемая выражением (6), достигает максимального значения при к=2а, и при этом само максимальное значение функции равно Р=1/4а2. Отсюда следует, что максимальные значения в описываются выражением р=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 ВДГ является область 1<к<2а. Спад характеристик 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. Гаким 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 =-------ж— . (8)
вккж +1
На рис. 3 приведены соответствующие формуле (6) графики при вариации параметра (3.
изменении коэффициента трансформации Р=0,1; 2 - р=0,2; 3 - Р=0,25; 4 - р=0,3; 5 - р=0,4; 6 - р=0,5; 7 - б = 1; 8 - p=0,5k.
Рассмотрим в качестве примера кривую 2, рис 3. Значению в=0,2 соответствует напряжение на нагрузке до установке ВДГ а = и 2= 0,83 о.е. (на оси
абсцисс точка к=1). Г.е. для сети 0,4 кВ это напряжение у бытовых потребителей составляет 183 В. Из графика, рис. 3, видно, что за счет установки ВДГ и повышения его коэффициента трансформации до к=1,37 может быть достигнуто желаемое напряжение а = и = 1 . Важным обстоятельном здесь явля-* 2
ется именно значение желаемого коэффициента трансформации. Если же при выборе ВДГ исходить из привычных приёмов, когда не учитывается влияние установки ВДГ на изменение потерь напряжения, то был бы выбран ВДГ 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 и 2= 1 после установки ВДГ 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 Г.В. Проект с применением пунктов автоматического регулирования напряжения. - Новости электротехники, №4, 2007. - С.
2. Перинский Г. В., Родионов О. С. Опыт эксплуатации пункта автомтического регулирования напряжения в распределительных сетях 6 - 10 кВ. - Электро, №3, 2009. - С. 34-35.
1
Казанский государственный энергетический университет ОАО «Сетевая компания» (г. Казань)
CHOICE OF PARAMETERS OF DEVICES PRESSURE IN-PHASE CONTROL E.Ju. Abdullazjanov, R.V. Kuznetsov, E.A. Fedotov
In article application of booster transformers which allow to solve a problem of increase of a voltage level of remote consumers in rural distributive electrical networks to standard meaning is considered. The technique of a choice of demanded transformation ratio at booster devices which considers their influence on increase in losses of pressure in a power line is shown
Key words: the booster transformer, transformation ratio
