Документ Microsoft Office Word

Аналогічно працює й активний фільтр струму. Якщо нелінійне навантаження споживає несинусоїдальний струм, то компенсатор генерує струм, який у протифазі дорівнює різниці миттєвої кривої струму нелінійного навантаження та її першої гармоніки.

Схеми активних фільтрів напруги й струму звичайно виконують на базі інверторів напруги із ШІМ. З огляду на лінійність регулювальної характеристики ШІП, можна відтворити на виході інвертора будь-яку криву завдання струму або напруги шляхом апроксимації її середніми значеннями за інтервалами тактів комутації при ШІМ. Більш радикальним способом поліпшення якості електропостачання та усунення зворотного впливу нелінійного споживача на живильну мережу є сумісне використання активного фільтра напруги й струму. Можливі два варіанти їхнього об'єднання: паралельно-послідовне й послідовно-паралельне включення (рис. 11).

Рис. 11 Паралельно-послідовне (а) і послідовно-паралельне (б)

вмикання активних фільтрів напруги і струму

Якщо на таку структуру покласти ще й функцію регулювання величини реактивної потужності та її знака, то можна буде підтримувати синусоїдальну напругу стабільної величини при коливаннях напруги в мережі, викликаних, насамперед, коливаннями навантаження. Якщо в графіку споживання реактивної потужності є не тільки динамічна,

але й статична складова, то її можна компенсувати пасивними реактивними елементами, які зможуть фільтрувати і частину гармонік струму. У цих випадках використовують якби комбінований фільтр, що складається із сукупності активного й пасивного фільтрів.

1.7

Шунтуючі реактори використовуються для компенсації ємнісної реактивної потужності, що генерується протяжними слабонагруженими лініями передач. Увімкнення та вимкнення шунтуючих реакторів виконується вимикачами, а підключення зазвичай виконується до третинної обмотки трансформатора.

Керовані шунтуючі реактори відносяться до класу пристроїв, зміна індуктивності в яких здійснюється насиченням магнітного ланцюга потоками підмагнічування.

Реактори призначені для автоматичної стабілізації напруги у вузлах навантаження, компенсації надлишкової зарядної потужності і зниження втрат електроенергії в електричній мережі, що дозволяє: нормалізувати рівні напруг до 1-2%, обмежити коливання напруги в електричній мережі; на 15-20% знизити втрати при транспортуванні і розподілі електроенергії споживачам; в десятки разів зменшити інтенсивність експлуатації комутаційного обладнання. В основі їх створення покладені дві оригінальні ідеї: збудження і управління потоками підмагнічування шляхом послідовного, періодично повторюваного замикання частини витків обмоток реактора напівпровідниковими ключами; сильне насичення магнітного ланцюга реактора в номінальному режимі, коли робоча точка магнітного потоку не менше половини періоду частоти мережі, знаходиться в області технічного насичення кривої намагнічування.

У тих випадках, коли в мережах або лініях електропередачі потрібна компенсація ємнісних струмів, використовують компенсатор індуктивної реактивної потужності у вигляді реактора, регульованого зустрічно- паралельними тиристорами. Схема такого компенсатора зображена на рис. 12. При регулюванні кута α плавно, але нелінійно від α, змінюється величина першої гармоніки струму компенсатора, але з'являються вищі гармоніки струму непарного порядку.

Рис. 12 Реактор керований тиристорами

На основі викладених принципів, протягом більше 10 років розроблявся і виготовлявся на різних електротехнічних фірмах широкий ряд конструкцій керованих реакторів магнітно-вентильного типу, а саме:

• керовані дугогасильного реактори типу РУОМ для мереж 6-10 кВ з ізольованою нейтраллю;

• шунтуючі керовані реактори типу РТУ для розподільних мереж 35-220 кВ;

• шунтуючі керовані реактори типу РУОДЦ для ліній передач СВН і УВН.

Для всіх варіантів виконання реакторів характерне застосування плоскошихтованної магнітної системи і циліндричних обмоток трансформаторного типу. У результаті за конструкцією і експлуатаційними характеристиками вони мало чим відрізняються від звичайних силових трансформаторів загального призначення. У той же час у функціональному відношенні керовані підмагнічуючі реактори є потужними малоінерційними індуктивностями електронного типу з широким діапазоном регулювання, за сукупністю технічних характеристик не мають аналогів у вітчизняному і світовому електромашинобудуванні.

Керовані дугогасильного реактори РУОМ з 1995 року виробляються Раменським електротехнічним заводом “Енергія”. Реактори цього типу забезпечують безперервне безінерційне автоматичне налаштування у режимі компенсації ємнісних струмів при замикання на землю мережі з ізольованою нейтраллю. По ефективності експлуатації в багато разів перевершують відомі дугогасильного реактори електромеханічного типу, принаймні втричі зменшують кількість замикань на землю і запобігають їх перехід у короткі замикання мережі.

Шунтуючі керовані реактори для розподільних електричних мереж 35-220 кВ потужністю від 25 до 100 МВА виробляються ВАТ “Запоріжтрансформатор” і ВАТ “Раменський електротехнічний завод ”Енергія “. Головний зразок номінальною потужністю 25000 кВ-А, напругою 110 кВ і діапазоном зміни потужності від 250 до 30000 кВ-А виготовлений в 1997 р. Введення в експлуатацію реактора забезпечує автоматичну стабілізацію напруги на шинах підстанції й в прилеглій мережі, зменшує втрати від перетоків реактивної потужності між центром живлення й підстанцією (до 2,5 МВт), виключає необхідність оперативних перемикань, пов’язаних з регулюванням напруги.

1.8

Однією з відмінних рис електричних систем є нерозривність процесу генерації і споживання електричної енергії. Електроенергія практично миттєво передається від джерел до споживачів у кількостях, необхідних у даний момент часу споживачами. В даний час не вирішена проблема накопичення виробленої електроенергії в кількостях, необхідних для промисловості. Єдність виробництва і споживання електроенергії потребує забезпечення балансів активних і реактивних потужностей:

(1.8.1)

Де і - генерація активної та реактивної потужності; і - втрати потужності в мережі; і - споживання навантаженням активної та реактивної потужності.

Потужності, що генеруються і споживаються є функціями частоти змінного струму і напруги. Відповідні залежності подають за допомогою статичних характеристик по частоті і напрузі. На рис. 13 приведені статичні характеристики споживаної потужності.

Рис. 13 Статичні характеристики

споживаної потужності

Математично доведено, що баланс активних потужностей у більшій мірі впливає на частоту змінного струму і в меншій мірі впливає на значення напруг у вузлах електричної системи, а баланс реактивних потужностей у більшій мірі впливає на значення напруг у вузлах мережі.

Задачею системи автоматизованого оперативного керування, робота якої заснована на використанні оперативного персоналу електричної системи, є забезпечення балансу потужностей при підтримані значень частоти і напруги, відповідно до нормативних показників якості електроенергії.

Напруга є локальним параметром. У кожному вузлі електричної системи значення напруги різна. При порушенні де-якого вихідного балансу реактивних потужностей для будь-якого вузла, через якийсь час установлюється новий режим, але при іншому значенні напруги.

Зниження згенерованої реактивної потужності, або ріст спожитої реактивної потужності призводить до небалансу виду:

<

При такому небалансі напруга у вузлі електричної системи зменшується (рис. 14; штриховою лінією показане споживання реактивної потужності, у новому режимі, що більше чим у попередньому режимі). Як випливає з рис. 14 значення U₁<U_ном.

Рис. 14 Баланс реактивної потужності 1

Збільшення реактивної потужності що генерується, або зниження споживаної реактивної потужності призводить до небалансу виду:

>

При такому небалансі частота змінного струму в електричній системі росте (рис. 15; штриховою лінією показане споживання реактивної потужності, у новому режимі, що менше ніж у попередньому режимі). Як випливає з рис. 15 значення U₂>U_ном.

Рис. 15 Баланс реактивної потужності 2

До споживачів реактивної потужності відносяться асинхронні двигуни, трансформатори, різноманітні електричні печі і т.д., тобто устрої, що потребують для своєї роботи створення магнітних потоків. Для створення магнітних потоків потрібна реактивна потужність. Сумарні втрати реактивної потужності в елементах мережі великі і досягають 50 % потужності, що надходить у мережу. Основні втрати припадають на трансформатори.

До джерел реактивної потужності відносять:

1. Синхронні генератори електричних станцій.

2. Синхронні компенсатори - СК.

3. Статичні тиристорні компенсатори - СТК.

4. Батареї конденсаторів - БК.

5. Синхронні двигуни в режимі перезбудження - СД.

6. Повітряні лінії електропередач (зарядна потужність).

Пристрої 2-5 називаються компенсуючими пристроями чи установками – КП чи КУ.

Таким чином, існують декілька типів КП, кожне з яких може бути встановлене в будь-якому місці електричної системи. Вплив КП на режим роботи електричної системи залежить від місця установки пристрою. Тому існує проблема вибору типу, кількості і місця установки КП в електричній системі. Ефективне рішення проблеми неможливо без порівнянного аналізу визначених характеристик джерел реактивної потужності.

1.9

2.1

При централізованому виробництві електричної енергії в об'єднаній енергетичній системі можна значно зменшити необхідний резерв потужності й сумарну встановлену потужність електростанцій, сумарні капіталовкладення на їх спорудження й витрати на експлуатацію, а також підвищити надійність електропостачання споживачів і техніко-економічні показники роботи об'єднаної енергосистеми порівняно з ізольованою роботою окремих електростанцій. Електричні станції в енергетичній системі можна розташовувати незалежно від вузлів навантаження, що дає змогу використовувати місцеві енергетичні ресурси й забезпечує економічно доцільний розподіл потужності між електростанціями з позицій найменшої собівартості електричної енергії в системі.

Електричні мережі призначені для передавання електричної енергії від джерел живлення до споживачів і розподілу її між ними, а також для об'єднання окремих електростанцій для паралельної роботи і створення об'єднаних енергосистем.

Електрична мережа складається з повітряних і кабельних ліній електропередачі (ЛЕП), підстанцій (ПС) та розподільних пунктів. Передавання електричної енергії на значні відстані здійснюють при підвищеній напрузі. При цьому зменшуються струми, що протікають по лініях, а також втрати напруги й потужності. Для підвищення напруги використовують трансформатори, які встановлюють на підвищувальних трансформаторних підстанціях. На знижувальних трансформаторних підстанціях (ТП) напругу знижують до рівня, за якого здійснюється споживання електричної енергії. На шляху передавання електричної енергії зазвичай відбувається кілька трансформацій напруги. Підстанції, на яких здійснюється перетворення змінного струму в постійний чи навпаки, називаються перетворювальними підстанціями (ПП).

Розподіл електричної енергії на підстанціях здійснюють за допомогою розподільних пристроїв високої та низької напруги, які включають збірні шини, комутаційні апарати, електровимірювальні прилади, а також пристрої релейного захисту та автоматики. У розподільних пунктах електрична енергія розподіляється на одній напрузі (без трансформації й перетворення).

Основні елементи підстанцій:

• Силові трансформатори, автотрансформатори.

• Вступні конструкції для повітряних і кабельних ліній електропередачі.

• Відкриті (ОРУ) і закриті (ЗРП) розподільні пристрої, включаючи:

  • Системи і секції шин;

  • Силові вимикачі;

  • Роз'єднувачі;

  • Вимірювальне обладнання (вимірювальні трансформатори струму і напруги, вимірювальні прилади);

  • Обладнання ВЧ-зв'язку між підстанціями (конденсатори зв'язку, фільтри приєднання);

  • Струмообмежуючі, регулюючі пристрої (конденсаторні батареї, реактори, фазообертачі і пр.).

  • Перетворювачі частоти, роду струму ( випрямлячі).

• Система живлення власних потреб підстанції:

  • Трансформатори власних потреб;

  • Щит змінного струму;

  • Акумуляторні батареї;

  • Щит постійного (оперативного) струму;

  • Дизельні генератори та інші аварійні джерела енергії (на великих та особливо важливих підстанціях).

• Системи захисту і автоматики:

  • Пристрій релейного захисту та протиаварійної автоматики для силових ліній, трансформаторів, шин.

  • Автоматична система управління.

  • Система телемеханічного управління.

  • Система технічного та комерційного обліку електроенергії.

  • Система технологічного зв'язку енергосистеми і внутрішнього зв'язку підстанції.

• Система заземлення, включаючи заземлювачі і контур заземлення.

• Блискавкозахисні споруди.

• Допоміжні системи:

  • Система вентиляції, кондиціонування, обігріву.

  • Система автоматичного пожежогасіння.

  • Система освітлення території.

  • Система охоронної та пожежної сигналізації, управління доступом.

  • Система технологічного і охоронного відеоспостереження.

  • Пристрої плавлення ожеледі на повітряних лініях.

  • Системи аварійного збору масла.

  • Системи живлення маслонаповнених кабелів.

  • Побутова, зливова каналізація, водопровід.

• Побутові приміщення, склади, майстерні та ін.

Класифікація підстанцій:

Функціонально підстанції діляться на:

• Трансформаторні підстанції - підстанції, призначені для перетворення електричної енергії однієї напруги в енергію іншої напруги за допомогою трансформаторів.

• Перетворювальні підстанції - підстанції, призначені для перетворення роду струму або його частоти.

Електричний розподільний пристрій, що не входить до складу підстанції, називається розподільчим пунктом. Перетворювальна підстанція, призначена для перетворення змінного струму в постійний і наступного перетворення постійного струму в змінний вихідної чи іншої частоти, називається вставкою постійного струму.

За значенням у системі електропостачання:

• Головні знижувальні підстанції (ГПП);

• Підстанції глибокого вводу (ПГВ);

• Тягові підстанції для потреб електричного транспорту, часто такі підстанції бувають трансформаторно-перетворювальними для живлення тягової мережі постійним струмом;

• Комплектні трансформаторні підстанції 10 (6) / 0,4 кВ (КТП). Останні називаються цеховими підстанціями в промислових мережах, міськими - у міських мережах.

В залежності від місця і способу приєднання підстанції до електричної мережі нормативні документи не встановлюють класифікації підстанцій за місцем і способом приєднання до електричної мережі. Однак ряд джерел дає класифікацію виходячи з типів конфігурації мережі та можливих схем приєднання підстанцій^[2].

• Тупикові - живляться по одній або двом радіальним лініям

• Відгалужувальні - приєднуються до однієї, а відходять де-кілька ліній

• Прохідні - підключаються до мережі шляхом заходу однієї лінії з двостороннім живленням

• Вузлові - підключаються до мережі не менше, ніж трьома живлячим лініями

Відгалужувальні та прохідні підстанції об'єднують поняттям проміжні, яке визначає розміщення підстанції між двома центрами живлення або вузловими підстанціями. Прохідні і вузлові підстанції, через шини яких здійснюються перетоки потужності між вузлами мережі, називають транзитними. Також використовується термін "опорна підстанція", який, як правило, позначає підстанцію більш високого класу напруги по відношенню до розглянутої підстанції або мережі.

У зв'язку з тим, що ГОСТ 24291-90 визначає опорну підстанцію як "підстанцію, з якою дистанційно управляються інші підстанції електричної мережі і контролюється їх робота", для зазначеного вище значення, доцільніше використовувати термін "центр живлення".

За місцем розміщення підстанції діляться на:

• Відкриті – обладнання якої розташоване на відкритому повітрі.

• Закриті - підстанції, обладнання яких розташоване в будівлі.

Електропідстанції можуть розташовуватися на відкритих майданчиках, у закритих приміщеннях , під землею і на опорах, в спеціальних приміщеннях будівель-споживачів. Вбудовані підстанції - типова риса великих будівель і хмарочосів. Підстанція, в якій стоять підвищувальні трансформатори, підвищує електричну напругу при відповідному зниженні значення сили струму, в той час як знижувальна підстанція зменшує вихідну напругу при пропорційному збільшенні сили струму.

Необхідність у підвищенні переданого напруги виникає в цілях багатократної економії металу, використовуваного в проводах ЛЕП, і зменшення втрат на активному опорі. Дійсно, необхідна площа перерізу проводів визначається тільки силою струму і відсутністю виникнення коронного розряду. Також зменшення сили струму спричиняє зменшення втрати енергії, яка знаходиться в прямій квадратичній залежності від значення сили струму. З іншого боку, щоб уникнути високовольтного електричного пробою, застосовуються спеціальні заходи: використовуються спеціальні ізолятори, дроти розносяться на достатню відстань і т. д. Основна ж причина підвищення напруги полягає в тому, що чим вище напруга, тим більшу потужність і на більшу відстань можна передати по лінії електропередачі енергію.

2.2

У дипломному проекті буда досліджена підстанція 35/10кВ «Печерська». На підстанції передбачено встановлення двох силових трансформаторів напругою 35/10кВ потужністю по 25 МВА кожний, з розщепленою обмоткою НН. У 2012 році була проведена реконструкція. Робочий проект об’єкту «Реконструкція ПС 35/10 кВ «Печерська» розроблено на підставі завдання на проектування, виданого та затвердженого ПАТ «Київенерго» та інвестиційної програми ПАТ «Київенерго» на період з 2008 до 2012 рр.

Площадка підстанції (ПС) знаходиться в Печерському районі м. Києва, по вул. Лейпцизька і призначена для надійного електропостачання споживачів Печерського району. Підстанція введена в експлуатацію в 1961 році. Живлення ПС здійснюється по двох кабельних лініях 35 кВ:

• КЛ «ПС Печерська – ТЕЦ-5 (А)» довжиною 0,027 км (NA2XS2Y-1x150); 0,85 км (АПвЭгаП-1х185); 0,391 км (ОСБу-150); 0,505 км (АОСБ-150); 3,532 км (ОСБ-150); 0,914 км (ЦААШВ-1х240);

• КЛ «ПС Печерська – ТЕЦ-5 (Б)» довжиною 0,065 км (NA2XS2Y-1x150); 0,828 (ЦААШВ-1х240); 0,401 км (ОСБу-150); 0,85 км (АПвЭгаП-1х185); 1,262 км (АОСБ-150); 2,877 км (ОСБ-150).

Згідно до «Норм технологічного проектування підстанцій змінного струму з високою напругою 6-750 кВ» (ГКД 341.004.001-94) прийняті наступні схеми розподільчих установок:

• ВРУ-35 кВ – нетипова за схемою – два блоки лінія-трансформатор з вимикачами;

• ЗРУ-10 кВ – за схемою 10-1 – одна секціонована вимикачем система шин.

Розподільча установка 35 кВ – відкритого типу. Силовий трансформатор та трансформатори власних потреб встановлюються, також, відкрито. Високовольтне обладнання відкритої розподільчої установки (ВРУ) 35 кВ монтується на стояках із збірного залізобетону, на уніфікованих транспортабельних блоках заводського виготовлення (лежні). Блоки складаються із опорних металоконструкцій, на яких змонтоване обладнання 35 кВ, елементи жорсткої та гнучкої ошиновки, елементи допоміжних ланцюгів.

В існуючому приміщенні ЗРУ-10 кВ встановлюються шафи 10 кВ типу КУ-10Ц з вакуумними вимикачами типу ВР1 та ВР2. В приміщенні ЗПК встановлюються панелі керування, захисту та автоматики, щит власних потреб змінного струму 0,4 кВ, шафа оперативного струму типу ШОТ з номінальною ємністю акумуляторною батареєю 100 А/год. Передбачається реконструкція існуючої мережі освітлення ЗРУ-10 кВ та ЗПК.

Поставка основного обладнання передбачається вітчизняними та іноземними заводами-виробниками:

• силовий трансформатор потужністю 25 МВА, напругою 35/10кВ вітчизняного виробництва ПАТ «Запоріжтрансформатор» (м. Запоріжжя);

• вакуумний вимикач 35 кВ вітчизняного виробництва РЗВА (м. Рівне);

• трансформатори струму та напруги 35 кВ фірми «АВВ»;

• роз’эднувачі 35 кВ ЗАО «ЗЭТО» (м. Великі Луки, Росія);

• обмежувачі перенапруги на стороні 35 кВ фірми «Tyco Electronics»;

• ізолятор полімерний опорно-штирьовий на напругу 20 кВ вітчизняного виробництва ПАТ «ПТК»Енергомаш» (м. Славянськ);

• обмежувачі перенапруги на стороні 10 кВ фірми «Tyco Electronics»;

• трансформатори власних потреб потужністю 160, напругою 10/0,4кВ вітчизняного виробництва ПАТ «Укрелектроапарат» (м. Хмельницький);

• комбінований дугогасний масляний реактор потужністю 480 кВА, напругою 10 кВ виробництва ТОВ «Енерган» (м. Санкт-Петербург);

• розподільчий пристрій 10 кВ закритий з комірками вітчизняного виробництва РЗВА (м. Рівне) типу КУ-10Ц;

• низьковольтний комплектний пристрій (НКП) та щит власних потреб змінного струму 0,4 кВ вітчизняного виробництва «Харківський електрощитів завод» (м. Харків);

• шафа оперативного струму (ШОТ) фірми «EXIDE».

Розміщення високовольтного обладнання забезпечує можливість під’їздів до нього для виконання монтажних або ремонтних робіт.

Всі нові силові та контрольні кабелі, прокладені в нових кабельних каналах, трубах та існуючих кабельних лотках.

2.3 Силові трансформатори підстанції

На підстанції встановлено два силових трансформатора ТРДНС-25000/35-У1 напругою 35/10кВ потужністю по 25 МВА кожний, з розщепленою обмоткою НН.

Структура умовного позначення ТРДНС-25000/35-У1:

Т – трьохфазний трансформатор;

Р – з розщепленою обмоткою НН;

Д – виконаний з природнім масляним охолодженням і примусовою циркуляцією повітря;

Н – регулювання напруги під навантаженням;

С – використовується для власних потреб електростанцій;

25000 – номінальна потужність трансформатора, кВ*А;

35 – клас напруги обмотки ВН, кВ;

У1 – кліматичне виконання та категорія розміщення.

Остов трансформаторів стрижневої конструкції, виготовлений з холоднокатаної електротехнічної сталі з жаростійким покриттям. Конструкція остова шихтована без отворів в активній сталі. Стяжка стрижнів виконується стелобандажами, ярем - металевими полубандажами. Розташування обмоток НН-ВН-РО концентричне. Ізоляція між обмотками маслобар’єрного типу. Обмотка НН - гвинтова. Частини обмотки НН розташовані по висоті стрижня остова і мають ізоляцію, відповідно їх класу напруги. Обмотка ВН безперервна. Обмотка РО-спіральна, виконана окремим концентром. Обмотки виконані з мідного прямокутного проводу з паперовою ізоляцією.

Відводи НН виконані прямокутними мідними шинами, відводи ВН ізольованим гнучким кабелем.

Умови експлуатації:

• висота над рівнем моря: не більше 1000 м;

• температура повітря: від -45^О до +40^О С;

• вимоги по техніці безпеки ГОСТ 11677-85.

Номінальна потужність, кВА	Напруга, кВ			Схема і група приєднань		Втрати, кВТ			Струм ХХ, %		Маса, кг
	ВН	НН	КЗ			ХХ
25000	36, 75	10,5	Yн/Δ-Δ-11-11		115		16	0,35		46000

Виробник: ВАТ «Запоріжтрансформатор», Україна, м. Запоріжжя.