Нормы основных показателей качества электроэнергии

В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ

И УРОВЕНЬ ЧАСТОТЫ И НАПРЯЖЕНИЯ

АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ. БАЛАНС

ЛЕКЦИЯ 16. ПОКАЗАТЕЛИ И НОРМЫ

План

1. Нормы основных показателей качества электроэнергии.

2. Влияние частоты на работу оборудования.

3. Первичное регулирование частоты.

4. Вторичное регулирование частоты.

5. Выбор станций для регулирования частоты.

6. Регулирование частоты в послеаварийных режимах.

Формирование принципов регулирования режимов основывается на определенных требованиях к качеству электрической энергии. Такие требования сформулированы в межгосударственном стандарте.

Для большинства нормированных показателей качества электроэнергии установлены нормально допустимые и предельно допустимые значения. При этом за интервал времени измерений не менее 24 ч значения показателя не должны выходить за предельно допустимые значения и с вероятностью 0,95 должны находиться в пределах нормально допустимого значения. Данные требования должны соблюдаться во всех нормальных, ремонтных и послеаварийных режимах, кроме режимов, обусловленных стихийными бедствиями и непредвиденными ситуациями (ураган, землетрясение, наводнение, пожар и т. п.).

Качество электроэнергии характеризуется качеством частоты напряжения переменного тока и качеством напряжения. Для оценки качества частоты установлен один показатель – отклонение частоты, под которой понимают медленные плавные изменения частоты (менее одного процента в секунду) относительно ее номинального значения:

Причина появления отклонения частоты заключается в нарушении баланса генерируемой и потребляемой активной мощности в электроэнергетической системе. Действующим стандартом установлено нормально допустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты соответственно

δf_норм = ± 0,2 Гц и δf_пред = ± 0,4 Гц.

Качество напряжения оценивают несколькими показателями, большинство из которых также характеризуется допустимыми значениями (см. таблицу). Рассмотрим основные из них.

К повсеместно используемым показателям относится отклонение напряжения в данной точке сети, под которым понимают медленные плавные изменения напряжения относительно его номинального значения. Они вызываются изменением режима работы подключенных к сети потребителей, включением (отключением) дополнительных потребителей и, как следствие, изменением при этом падения напряжения в элементах сети. Другая причина появления отклонений напряжения заключается в изменении напряжения в центрах питания, т. е. на шинах электростанций или шинах вторичного напряжения понижающих подстанций, к которым присоединены распределительные сети.

Отклонение напряжения влияет на работу как непосредственно электроприемников, так и элементов электрической сети. Например, такие наиболее распространенные электроприемники, как асинхронные электродвигатели при отклонении напряжения изменяют скорость вращения, что в ряде случаев может приводить к изменению производительности механизмов, которые приводятся в движение этими электродвигателями. Отрицательные оклонения напряжения приводят к снижению освещенности, что может быть причиной уменьшения производительности труда на ряде предприятий, требующих зрительного напряжения. Отклонения напряжения влияют на потери холостого хода и нагрузочные потери в трансформаторах и линиях электропередачи, на зарядную мощность линий.

Количественно отклонение напряжения оценивают значением установившегося отклонения напряжения:

Действующим стандартом допустимые отклонения напряжения нормируются на выводах приемников электроэнергии (табл. 16.1), которые могут быть присоединены к сетям до 1000 В, а также непосредственно к сети 6−10 кВ. При этом полагается, что в распределительных сетях 6–110 кВ, в сетях районного и системного значения отклонения напряжения допускаются такими, при которых на выводах электроприемников соблюдаются требования стандарта. Вместе с тем по условию работы изоляции ограничиваются верхние пределы допустимых отклонений напряжения, которые равны: при номинальных напряжениях 6–20 кВ – 20 %, 35–220 кВ – 15 %, 330 кВ – 10 %, 500–750 кВ – 5 %.

В условиях эксплуатации невозможно постоянно контролировать отклонения напряжения у каждого электроприемника. Поэтому в системах передачи и распределения электроэнергии устанавливают так называемые контрольные точки, для которых путем расчета устанавливаются допустимые отклонения напряжения. Если в этих наиболее характерных точках напряжения находятся в допустимых пределах, то значит, у большинства потребителей оно также не выходит за допустимые пределы. Контрольные точки обычно выбираются на шинах вторичного напряжения в основных узлах нагрузки, а также на шинах электростанций.

Под колебаниями напряжения понимают резкие кратковременные изменения напряжения (со скоростью свыше 1 % в секунду) относительно значения напряжения до наступления изменения. Они вызываются внезапными достаточно большими изменениями нагрузки потребителей, например, пусковыми токами электродвигателей. Колебания напряжения в сети появляются также при питании нагрузки с повторно-кратковременным режимом работы, например сварочных агрегатов (рис. 16.1). При этом из-за изменения тока в сети изменяется падение напряжения и, как следствие, напряжение в узлах сети. Колебания напряжения вызывают мигания ламп и другие нежелательные явления, что в ряде случаев может приводить к повышенной утомляемости людей, снижению производительности труда и др. Они возникают, как правило, в электрических сетях до 1000 В.

Количественно колебания напряжения оцениваются размахом изменения напряжения

где U_i, U_i+1 – значения следующих один за другим экстремумов огибающей амплитудных значений напряжения.

Допустимые значения размаха изменения напряжения установлены в зависимости от частоты его появления. С увеличением частоты изменения напряжения допустимое значение размаха уменьшается.

Для оценки колебания напряжения используется также такое понятие, как доза фликера, которая характеризуется мерой восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени. При этом под фликером понимается субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения.

Несинусоидальность напряжения характеризуется отличием формы кривой напряжения от синусоидальной (рис. 16.2). Ее появление связано с наличием в сети нелинейных элементов. К ним относится перегруженное электромагнитное оборудование (от катушки магнитного пускателя до силового трансформатора), работающее на нелинейной части кривой намагничивания и потребляющее из сети несинусоидальный ток, а также выпрямительные установки промышленных предприятий, электрифицированного железнодорожного транспорта и другие, работающие с другой частотой переменного тока. При наличии несинусоидальности напряжения по элементам сетей протекают токи высших гармоник, которые приводят к ряду отрицательных последствий: дополнительному нагреву проводников линий, генераторов, трансформаторов, двигателей; повреждению силовых конденсаторных батарей; ложным срабатываниям ряда релейных зашит и автоматики и др

Несинусоидальность напряжения количественно оценивается коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения (табл. 16.1), как результат i-го наблюдения, по формуле

где U_(n)i – действующее значение напряжения n -й гармоники для i -го наблюдения.

Кроме тока, нормируется коэффициент n -й гармонической составляющей напряжения (табл.):

Нормально допустимые значения k_U(n)норм устанавливаются в зависимости от номинального напряжения сети, исполнения сети (трехфазная или однофазная) и номера гармоники (нечетные, в т. ч. кратные 3 и не кратные 3 или четные) (см. таблицу). Чем выше номинальное напряжение, тем меньше допустимый уровень гармоник. Допустимый уровень гармоник находят по формуле

Несимметрия напряжений характеризуется различием значений напряжения в разных фазах. Она обусловлена неравномерным присоединением однофазных электроприемников по фазам и случайным одновременным включением и отключением некоторой части однофазного электроприемника (вероятностная симметрия). В результате подключения неодинаковой нагрузки к разным фазам в какой-то момент времени падения напряжения в фазах оказываются различными. Следствием этого являются различия напряжений фаз в узлах сети (рис. 16.3). Несимметрия значительна в сетях, имеющих крупные однофазные электроприемники, например, электровозы в сетях с тяговыми подстанциями, а также в сетях до 1000 В с коммунально-бытовой нагрузкой.

Несимметрия напряжения вызывает появление токов обратной и нулевой последовательности. Эти токи создают дополнительные потери мощности в элементах сети (линиях, трансформаторах) и асинхронных электродвигателях, вызывая их дополнительный нагрев. Несимметрия нагрузок может приводить к недопустимым отклонениям напряжения в отдельных фазах.

Несимметрия напряжений количественно характеризуется следующими показателями:

коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности при i -м наблюдении:

коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности при i -м наблюдении:

где U_2(1)i – действующее междуфазное значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений в i -м наблюдении; U_0(1)i – действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты; U_ном – номинальное междуфазное напряжение.

Упомянем также некоторые другие показатели качества напряжения.

Провал напряжения – резкое снижение напряжения ниже уровня 0,9U_ном с последующим восстановлением до этого уровня. Причина появления провалов напряжения заключается в электрической сети. Ясно, что продолжительные короткие замыкания недопустимы из-за чрезмерных токов по элементам сети, невозможности нормального функционирования электроприемников при сниженном напряжении. Поэтому провал количественно оценивается длительностью провала напряжения (рис. 16.4):

где t _н и t _к – начальный и конечный моменты времени провала напряжения.

Нормами устанавливается предельно допустимое значение длительности провала напряжения. При этом длительность автоматически устраняемого провала напряжения не нормируется и определяется выдержками времени релейной защиты и автоматики.

Глубина провала напряжения (рис. 16.4)

также не нормируется.

Качество напряжения рекомендуется также оценивать импульсным напряжением, которое связано с грозовыми и коммутационными импульсами, а также коэффициентом временного перенапряжения, оценивающим временные перенапряжения, возникающие при различных нарушениях в сетях. Предельно допустимые значения указанных показателей не нормируются.