ОСОБЕННОСТИ  ПРИМЕНЕНИЯ  УСТРОЙСТВ  АВТОМАТИЧЕСКОГО  РЕГУЛИРОВАНИЯ  НАПРЯЖЕНИЯ  ТРАНСФОРМАТОРОВ  В  РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ  СЕТЯХ  35—110  КВ

Непша  Федор  Сергеевич

аспирант  Кузбасского  государственного  технического  университета

им.  Т.Ф.  Горбачева,  РФ,  г.  Кемерово

E-mail : 

APPLICATION  FEATURES  AUTOMATIC  VOLTAGE  REGULATORS  TRANSFORMERS  IN  DISTRIBUTION  NETWORKS  35—110  KV

Fedor  Nepsha

post-Graduate  student  of  Kuzbass  State  Technical  University,  Russia,  Kemerovo

АННОТАЦИЯ

В  статье  приведены  особенности  применения  автоматической  системы  регулирования  напряжения  трансформаторов  (АРНТ)  в  распределительных  сетях  35—110  кВ.  Даны  рекомендации  и  сделаны  выводы  о  необходимости  улучшения  алгоритма  работы  АРНТ  в  целях  его  последующей  интеграции  в  состав  интеллектуальной  электроэнергетической  системы  с  активно-адаптивной  сетью.

ABSTRACT

The  article  presents  the  application  features  automatic  voltage  regulator  in  distribution  networks  of  35—110  kV.  The  recommendations  and  conclusions  about  the  need  to  improve  the  algorithm  of  automatic  voltage  regulator  for  its  further  integration  into  the  intellectual  power  system  with  active-adaptive  network.

Ключевые  слова:  оптимизация;  электроснабжение;  электрические  сети;  регулирование  напряжения.

Keywords:  optimization;  electricity;  electrical  networks;  voltage  regulation

Автоматическое  регулирование  напряжения  трансформаторов  (АРНТ)  используется  для  поддержания  напряжений  в  узловых  точках  электрической  системы  в  заданных  пределах,  которое  осуществляется  для  обеспечения  технически  допустимых  условий  работы  потребителей  электрической  энергии  и  собственно  системы,  а  также  для  повышения  экономичности  их  работы. 

Согласно  новому  ГОСТ  32144-2013,  который  с  01.07.2014  [2]  является  единственным  ГОСТ  регламентирующим  нормы  качества  электрической  энергии,  допускаются  длительные  отклонения  напряжения  от  номинального  не  более  чем  на  ±10  %.  При  этом  важно  отметить,  что  согласно  ГОСТ  32144-2013  в  электрической  сети  потребителя  должны  быть  обеспечены  условия,  при  которых  отклонения  напряжения  питания  на  зажимах  электроприемников  не  превышают  установленных  для  них  допустимых  значений  при  условии  соблюдения  нормативных  требований  к  уровню  напряжения  в  точке  передачи  электрической  энергии.  Таким  образом,  задача  регулирования  напряжения  в  большей  степени  возлагается  на  потребителей,  но  при  этом  ответственность  сетевых  организаций  не  снижается,  так  как  большинство  потребителей  не  в  состоянии  самостоятельно  производить  регулировку  напряжения.  Кроме  того,  на  практике  отклонение  напряжения  от  номинального  в  точках  передачи  электрической  энергии  редко  превышает  нормируемую  величину  ±10  %.  При  этом  несмотря  на  вступление  в  полную  силу  ГОСТ  32144-2013,  другие  нормативные  документы  (ПУЭ,  ФЗ  «О  защите  прав  потребителей»)  по  прежнему  ссылаются  на  ГОСТ  13109-97,  что  не  позволяет  полностью  снять  ответственность  с  сетевой  организаций  в  случае  превышения  отклонений  напряжения  на  зажимах  электроприемников  более  чем  на  ±5  %. 

Исходя  из  вышесказанного  использование  устройств  АРНТ  по-прежнему  остается  актуальным,  и  является  необходимым,  в  случае  если  потребитель  не  в  состоянии  обеспечить  нормируемый  уровень  напряжения  на  зажимах  электроприемников.

Несмотря  на  преимущества  использования  устройств  автоматического  регулирования  напряжения,  на  большинстве  подстанций  35—110  кВ  устройства  АРНТ  переведены  в  неавтоматический  режим,  что  связано  со  следующими  причинами:

1.  Различные  дефекты  устройства  РПН  (повреждения  привода,  высокое  сопротивление  контактов,  низкое  сопротивление  изоляции  и  пр.),  которые  не  позволяют  осуществлять  регулирование  напряжения  без  отключения  трансформатора.

2.  Колебания  напряжения  в  сети  6—10  кВ  находятся  в  пределах,  удовлетворяющих  требованиям  потребителей  электроэнергии,  а  следовательно  согласно  пункту  5.3.6  Правил  технической  эксплуатации  электрических  станций  и  сетей  Российской  Федерации  по  решению  технического  руководителя  энергосистемы  допускается  устанавливать  неавтоматический  режим  регулирования  напряжения. 

3.  Алгоритм  работы  устройства  АРНТ  вызывает  быстрый  износ  устройства  РПН,  что  в  конечном  итоге  приводит  к  необходимости  его  замены.

Важно  понимать,  что  регулирование  напряжения  в  сетях  6—110  кВ  должно  производиться  не  только  в  целях  обеспечения  требуемого  качества  электрической  энергии,  но  и  в  целях  снижения  потерь  активной  мощности.  Поэтому  при  разработке  алгоритма  работы  устройств  автоматического  регулирования  напряжения  трансформаторов  необходимо  руководствоваться  двумя  критериями  выбора  оптимального  положения  устройств  РПН: 

·     критерий  обеспечения  нормативного  уровня  напряжения  в  наибольшем  количестве  точек  передачи  электрической  энергии  или  на  наибольшем  количестве  электроприемников:

где:  К_т  —  коэффициент  трансформации  регулируемых  трансформаторов, 

n_гост  —  число  точек  передачи  электрической  энергии  (электроприемников)  на  которых  отклонения  напряжения  соответствует  нормативным  требованиям. 

·     критерий  минимума  потерь  активной  мощности.

где:  К_т  —  коэффициент  трансформации  регулируемых  трансформаторов; 

ΔP_Σ—  суммарные  потери  активной  мощности  сети. 

При  этом  выбор  оптимального  положения  РПН  по  вышеуказанным  критериям  выполняется  в  условиях  ограничений  по  уровням  напряжений  в  узлах  сети  и  по  диапазонам  регулирования  трансформаторов:

Рассмотрим  простейший  алгоритм  работы  устройства  АРНТ  (рисунок  1). 

Рисунок  1.Простейший  алгоритм  работы  устройства  АРНТ

При  получении  возмущающего  воздействия  z  (например,  изменение  токовой  нагрузки  трансформатора)  изменяется  режим  объекта  регулирования  О,  в  результате  изменения  z  меняется  параметр  x  (напряжения  на  шинах  ПС),  контролируемый  измерительным  органом  (ИО)  автоматического  регулятора.  Возмущающее  воздействие  не  измеряется  непосредственно  измерительным  органом,  однако  оно  отражается  на  контролируемой  величине  х,  которая  в  ИО  сравнивается  с  уставкой  автоматического  регулятора.  Если  между  сравниваемыми  величинами,  возникает  рассогласование,  то  на  выходе  ИО  появляется  сигнал,  который  поступает  на  исполнительное  устройство  ИУ,  воздействующее  на  объект  регулирования  для  компенсации  возникшего  возмущения.  Каждое  устройство  АРНТ  имеет  следующие  уставки,  определяющие  его  способность  к  качественному  автоматическому  регулированию  напряжения  [1]:

·напряжение  поддержания  —  оптимальный  уровень  напряжения  на  шинах  подстанции  для  большинства  электроприемников  или  точек  передачи  электрической  энергии.  В  некоторых  моделях  АРНТ  возможна  установка  нескольких  уровней  напряжения  поддержания,  что  позволяет  организовать  многоступенчатый  график  регулирования.

·ширина  зоны  нечувствительности,  если  напряжение  на  шинах  ПС  находится  в  пределах  зоны  нечувствительности,  то  сигнал  не  поступает  ИУ  (РПН)  и  регулирования  напряжения  не  происходит. 

·уставки  U_min,  U_max,  U₃₀,  U₂,  I_ввн,  I_скн  —  осуществляющие  блокировку  управляющего  воздействия  при  недопустимом  отклонении  определенных  параметров.

·временные  уставки,  определяющие  задержку  формирования  управляющего  сигнала  и  обеспечивающие  регулирование  чувствительности  АРНТ  к  изменениям  уровня  напряжения. 

От  правильного  определения  вышеуказанных  уставок  во  многом  зависит  уровень  напряжения  на  зажимах  электроприемников.  Тем  не  менее,  современные  устройства  АРНТ  имеют  следующие  недостатки:

1.  Устройство  АРНТ  осуществляет  контроль  напряжения  только  на  шинах  подстанции,  не  учитывая  при  этом  топологию  сети.  Таким  образом,  на  электрически  близких  ТП  будут  обеспечиваться  нормативные  требования,  а  на  удаленных  нет. 

2.  При  работе  устройство  АРНТ  не  учитывает  ресурс  работы  РПН,  что  вызывает  его  быстрый  износ.

3.  Устройства  АРНТ  подстанций  35—110  кВ  не  связаны  между  собой,  что  не  позволяет  повышать  напряжения  в  сети  35  кВ  и  тем  самым  снизить  потери  в  сети  35  кВ  и  трансформаторах.

Поэтому  используемые  в  настоящее  время  устройства  АРНТ  не  могут  быть  использованы  в  условиях  перспективной  интеллектуальной  электроэнергетической  системы  с  активно-адаптивной  сетью  (ИЭС  ААС),  которая  должна  обладать  следующими  свойствами  [3]:

1.  ИЭС  ААС  должна  используя  достаточное  количество  датчиков  текущих  режимных  параметров  обеспечивать  в  автоматическом  режиме  нормативные  уровни  напряжения  на  зажимах  электроприемников  потребителей. 

2.  ИЭС  ААС  должна  обеспечивать  нормативный  уровень  качества  электрической  энергии  в  ремонтных  режимах,  а  также  в  аварийных  и  послеаварийных  режимах.

3.  В  условиях  ИЭС  ААС  должна  решатся  задача  оптимизации  затрат  на  передачу  электроэнергии.

Учитывая  вышеуказанные  требования,  для  интеграции  в  состав  ИЭС  ААС.  устройства  АРНТ  должны  обладать  следующими  свойствами  и  возможностями:

1.  Осуществлять  выбор  оптимального  положения  устройства  РПН  исходя  из  уровня  напряжения  на  наиболее  электрически  близких  и  электрических  удаленных  электроприемниках. 

2.  Учитывать  ресурс  РПН  при  определении  целесообразности  регулирования  напряжения.

3.  При  необходимости  иметь  связи  с  другими  устройствами  АРНТ  для  улучшения  системы  регулирования  в  целом.

4.  Осуществлять  непрерывный  контроль  за  нормальным  функционированием  цепей,  автоматики  и  электропривода  РПН.

Выводы:

1.  Действующий  ГОСТ  32144-2013  не  применим  для  определения  допустимого  диапазона  отклонения  напряжения  в  точках  передачи  электрической  энергии,  т.к.  большинство  потребителей  не  имеет  возможности  использовать  устройства  регулирования  напряжения.  Поэтому  для  определения  допустимых  отклонений  напряжения  в  распределительной  сети  целесообразней  руководствоваться  нормативными  требованиями  к  уровню  напряжения  на  зажимах  электроприемников.

2.  Для  выполнения  требований  предъявляемых  ИЭС  ААС  необходимо  разработать  активно-адаптивную  систему  централизованного  регулирования  напряжения  на  основе  фактических  уровней  напряжения  в  распределительных  сетях  на  базе  РПН  силовых  трансформаторов,  которая  позволит  обеспечить  качество  электрической  энергии  у  наибольшего  возможного  числа  потребителей.

3.  При  разработке  активно-адаптивной  системы  централизованного  регулирования  напряжения  необходимо  учитывать  критерий  минимума  затрат  на  передачу  электрической  энергии.

Список  литературы:

1.Веников  В.А.  Электрические  системы.  М.:  Высшая  школа,  1973.  —  320  с. 

2.ГОСТ  32144-2013.  Электрическая  энергия.  Совместимость  технических  средств  электромагнитная.  Нормы  качества  электрической  энергии  в  системах  электроснабжения  общего  назначения.  Взамен  ГОСТ  13109-97.  Введ.  01.07.2014.  М:  Стандартинформ,  2014.  —  20  с.  (Государственный  стандарт  Российской  Федерации).

3. Дорофеев  В.В.,  Макаров  А.А.  Активно-адаптивная  сеть  —  новое  качество  ЕЭС  России.  //Журнал  «Энергоэксперт».  —  2009  —  №  4  —  с.  28—34.