Симметрирование напряжения в электрических сетях

Показана возможность снижения несимметрии напряжения в электрических сетях с помощью тиристорного регулятора, выполненного на базе «автотрансформатор — вольтодобавочный трансформатор». Получен ряд расчетных параметров такого способа симметрирования.

В электрических системах практически всегда имеет место некоторая несимметрия параметров режима. Несимметричный режим может быть вызван как несимметрией источников напряжения, так и несимметрией потребителей электроэнергии.

В первом случае симметрирование сводится к обеспечению симметрии напряжений на зажимах потребителей. Во втором случае задача заключается в равномерном распределении несимметричной нагрузки по фазам, которое достигается применением специальных мер по симметрированию, в том числе симметрирующих устройств. Последний вариант имеет широкое практическое значение, так как в настоящее время наблюдается значительный рост числа и мощности несимметричных нагрузок, т.е. таких потребителей, симметричное исполнение которых невозможно либо нецелесообразно (индукционные печи, установки электрошлакового переплава, тяговые нагрузки железных дорог и т.д.). Подключение таких нагрузок к сети вызывает длительный несимметричный режим, характеризующийся несимметрией напряжения и тока. Несимметрия также обусловливается широким применением неполнофазных режимов работы электрической сети и наличием нетранспонированных линий, а также линий с удлиненным циклом транспозиций.

Несимметричные и неполнофаэные режимы работы электрических систем в настоящее время приходится рассматривать как нормальные. Соответственно, симметрирующие устройства должны рассматриваться как нормальные, полноценные элементы электрической системы, которые выбираются при ее проектировании и используются в процессе эксплуатации. Естественно, что симметрирующие устройства должны выбираться с таким расчетом, чтобы они по возможности могли быть использованы в различных несимметричных режимах работы электрических сетей.

Для симметрирования режимов работы электрических сетей применяется ряд устройств, основные из которых рассмотрены ниже.

Так, с помощью пофазно регулируемого трансформатора (рис. 1) за счет небаланса ЭДС: ΔЕ можно получить задающий ток нулевой последовательности

ΔЕ = Е_А + Е_В + Е_С = е^j120 (ΔЕ_Ве^j120 + ΔЕ_С);

где: Е_В = Е_А + ΔЕ_В; Е_С = Е_А + ΔЕ_С.

Под действием этой ЭДС во вторичной обмотке трансформатора, замкнутой в «треугольник», возникает ток, которому в первичной обмотке будет соответствовать система токов нулевой последовательности. Значение и фаза этого тока определяются значениямии ΔЕ_В и ΔЕ_С сопротивлением нулевой последовательности вторичной обмотки трансформатора.

Задающий ток обратной последовательности можно получить с помощью линейного регулятора (вольтодобавочного трансформатора, регулируемого под нагрузкой) и синхронного компенсатора. Включив третичную обмотку такого регулятора с перекрещенными фазами в цепь синхронного компенсатора, можно изменять ЭДС обратной последовательности в этой цепи, а следовательно, и ток обратной последовательности в ней. Поскольку сопротивление обратной последовательности синхронного компенсатора велико, то необходимая ЭДС обратной последовательности оказывается небольшой.

Задающий ток обратной последовательности также можно получить с помощью реактивных сопротивлений, включенных несимметричным треугольником. Однако более целесообразным оказывается применение конденсаторов, которые одновременно выполняют и функции компенсации реактивной мощности. Этот способ в последнее время получил широкое распространение в связи с созданием статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности.

Наиболее эффективной мерой снижения несимметрии является введение системы добавочных ЭДС за счет использования различных коэффициентов трансформации в разных фазах. Необходимо отметить, что несимметрия в системе непрерывно изменяется как за счет изменения нагрузок во времени, так и за счет случайных причин несимметричного режима, а симметрирующие устройства наиболее действенны при наличии регулирования под нагрузкой.

В связи с вышеизложенным представляет интерес применение тиристорного регулятора напряжения на базе АТ-ВДТ (автотрансформатор — вольтодобавочный трансформатор) в качестве автоматического симметрирующего устройства в электрических сетях, преимущественно высокого напряжения (рис. 2).

Тиристорный регулятор выполнен на базе трех однофазных автотрансформаторов, в нейтраль которых включен трехфазный вольтодобавочный трансформатор, питание которого осуществляется от замкнутой в треугольник третичной обмотки АТ через тиристорные регуляторы фаз А, В и С (ТРА, ТРВ, ТРС). За счет независимого изменения углов управления α_А, α_В, α_С, достигается регулирование выходного напряжения в соответствующей фазе автотрансформатора под нагрузкой в пределах ±10% от номинального напряжения. Наличие замкнутых в треугольник обмоток АТ позволяет такому регулятору генерировать в сеть токи нулевой последовательности аналогично схеме, изображенной на рис. 1. 

Генерация токов обратной последовательности обеспечивается за счет изменения выходного напряжения в соответствии с заданным углом управления. Таким образом, данный регулятор обеспечивает возможность регулирования токов как обратной, так и нулевой последовательностей, причем следует отметить, что

I₀ = Е₁ (α_В, α_С); I₂ = Е₂ (α_В, α_С).

Независимость токов обратной и нулевой последовательностей от угла управления в фазе А позволяет устанавливать под нагрузкой с помощью такого регулятора необходимый уровень напряжения, а также обеспечивать функции симметрирующего устройства.

При этом возможны следующие режимы работы симметрирующего устройства:

• режим подавления токов нулевой последовательности;
• режим подавления токов обратной последовательности;
• режим одновременного снижения токов как нулевой, так к обратной последовательностей.

Выбор того или иного режима работы производится в зависимости от характера несимметрии в сети и задается блоками КА, КВ, КС, образующими оптимизационную часть автоматического симметрирующего устройства. Информация о токах в фазах линии поступает на входы КВ и КВ от измерительной части устройства, включающей в себя блоки А, В, С и трансформаторы напряжения ТНI-ТНЗ. На вход блока КА подается информация об уровне напряжения в контрольной точке линии или сети, а с выхода снимается напряжение, пропорциональное углу управления αА и корректирующее управление фазами В и С. Здесь, как и ранее, фаза А выделена условно. Как показывают расчеты, максимальные значения токов обратной и нулевой последовательностей, поддающихся симметрированию с помощью рассмотренного устройства, составляют соответственно 7 и 11% при принятом 10%-ном диапазоне регулирования выходного напряжения.

Литература

1. В. Н. Крысанов. О возможности применения тиристор-ного регулятора напряжения в электрических сетях класса 6-1150 кВ/ В. Н. Крысанов // Электротехнические комплексы и системы управления. — 2008. — № 2. С. 9-12.
2. В. Н. Крысанов. Компенсация реактивной мощности линий электропередач высокого напряжения регулятором напряжения / В. Н. Крысанов // Электротехнические комплексы и системы управления. — 2008. — № 3. С. 24-27.

В. Н. КРЫСАНОВ,
доцент Воронежского государственного
технического университета
«Электротехнические комплексы и системы управления»