Soovitava võrgutehnoloogia rakendamine alampingvõrgu kahjustuste haldamisel madalpingelistes transformatori piirkondades

Kui oluline komponent tarbimisvõrgus, mõjutavad vooluahela kahjud (edaspidi nimetatud "madalpinge transformaatorpiirkonnad") otse elektrifirmade majanduslikku kasumit ja lõppkasutajate elektritarbimise kvaliteeti. Kuid traditsioonilised haldamismeetodid on selgelt ebatõhusad selle osas, mis puudutab täpsust ja efektiivsust. Selles kontekstis pakuvad intelligentsed võrgutehnoloogiad uusi lahendusi vooluahela kahjude haldamiseks. Täpsemate tehniliste meetodite rakendamisel saab mitte ainult tõhusalt parandada vooluahela kahjude haldamise tarkuse tasemelt, vaid toetada ka energiasäästlikkuse ja heitkoguste vähendamise eesmärke, mis on oluline samm elektrienergia sektori kõrgekvaliteedilise arengu suunas.

1. Vooluahela kahjud madalpinge transformaatorpiirkondades
Vooluahela kahjud madalpinge transformaatorpiirkondades jagunevad peamiselt tehnilisteks kahjudeks ja halduslikeks kahjudeks. Tehnilised kahjud tulenevad esitatavast varustuse kahjustest ja operatsioonide piirangutest – näiteks rauda ja veekulma kahjud transformaatorites ning vooluahela vastuse tõttu tekkinud energia kahjud. Kui võtta üheks näiteks tavalise madalpinge tarbimisvõrgu, siis juhul, kui juhe läbilõike pindala on 50 mm² ja töölaadi vool 200 A, on vooluahela kahju umbes 4 kW kilomeetri kohta.

Kui sama tingimustel suurendada juhe läbilõike pindala 70 mm²-ks, siis kahju vähenekse ligikaudu 30%. Halduslikud kahjud, teiseks, tulenevad tavaliselt mõõtmisvigadetest, elektriviimistele või ebatäpsetest operatsioonidest ja hooldusest. Näiteks traditsiooniliste mehaaniliste arvutamismõõduri täpsus kehvad töölaadadel on ainult umbes 85%, mis on palju madalam kui intelligentsed arvutamismõõduri, mille täpsus ületab 99%. Lisaks suurendab kolmefaasi ebavõrdne laadimine oluliselt vooluahela kahju; kui kolmefaasi voolu ebavõrdsus ületab transformaatorpiirkonnas 15%, siis vooluahela kahju suhe kasvab 2%–5%. Nende probleemide olemasolu viitab sellele, et inimeste poolt tehtud kontrollid ei saa enam rahuldada tiheda haldamise nõudmist, ja on vaja kiiresti tuua välja intelligentsed meetodid, et tõsta valitsemise efektiivsust.

2. Intelligentsed võrgutehnoloogiad madalpinge transformaatorpiirkondade vooluahela kahjude haldamisel

2.1 HPLC (Kiirvooluahela Side) Tehnoloogia
HPLC tehnoloogia põhiline printsiip on kasutada olemasolevaid madalpinge tarbimisvõrku sidekanalina, kombineerides süsteemi kõrge sagedusega moduleeritud signaale elektroonika abil, et saavutada kiire andmetransmisjon. See tehnoloogia on peamiselt kasutatud skenaariumides nagu transformaatorpiirkonna vooluahela reaalajas jälgimine, elektriaenergy andmete kogumine ja kasutajate elektritargija info interaktsioon.

Rakendamise ajal on esimene samm teha paigalis vaatlus transformaatorpiirkonna vooluahela keskkonnast, hindama kanali omadusi ja segasuremi taseme, et määrata parima kandlik sagedus (tavaliselt 1,7–30 MHz) ja kombineerimismeetod. Järgmiseks installitakse spetsiaalsed kombineerijad ja HPLC side moodulid madalpinge poolt transformaatorile, harujateks ja kasutajate elektritargijatele, et luua sidevõrk üle kogu transformaatorpiirkonna. Samuti paigutatakse pärisüsteem, mis integreeritakse ülemisse rakendussüsteemidesse protokolli konverteerimise kaudu.

Operatsiooni ja hoolduse faasis peaks regulaarselt kontrollima ja kalibreerima seadmeid, jälgima side signaali kvaliteeti ja lahendama igasugused erakorralised olukorrad kohe. Näiteks, kui kandlik signaali suurenemine ületab 30 dB või biti veaprotsent kasvab üle 1×10⁻⁴, tuleks uurida vooluahela vigu või elektromagnetilisi segasuurusi. Vajaliku korral tuleks kohandada edastusvõimu (tavaliselt -10 dBm kuni 30 dBm) või asendada kombineerijaid, et tagada stabiilne süsteemi töö. 

Side staabilsuse tõstmiseks kasutavad HPLC süsteemid tavaliselt adaptiivseid modulatsioonimeetodeid, valides modulatsioonimeetodid dinamiliselt kanali kvaliteedi alusel. Eri modulatsioonimeetodid variieeruvad andmesaadavuses, müra vastupidavuses ja katväljal, nõudes optimiseeritud seadistust transformaatorpiirkonna töölaadu lülitustele ja mürasuhtlusele. Näiteks, öös, kui töölaad on väiksem ja müra tasemed on madalamad, võib lubada suuremat järjestust, et tõsta andmesaadavust, samas kui päevaraamatlikuks aeguks liigutatakse kindlamasse režiimi, tagades side usaldusväärsuse. Tabel 1 loetleb kolme tavaliselt kasutatavat HPLC süsteemides modulatsioonimeetodit koos nende tehniliste omadustega, andes viitetehnikat väliskontrolli jaoks.

Tabel 1 Tehniliste Omaduste Võrdlus Tavaliste Modulatsioonimeetodite Vahel HPLC Süsteemides

2.2 Intellektne faasi-ühestusseade
Intellektse faasi-ühestuse seadme põhimõte on mõõta kolmefaseid voolu ja pingvi, arvutada koormuse ebavõrdsust reaalajas ning juhul, kui ebavõrdus ületab eelnevalt määratud limiidi (tavaliselt 10%–20%), juhtida koormuste ühestamist, et taasjääda kolmefaseid koormusi. See seade kasutatakse peamiselt transformatoone piiravates piirkondades, eriti aladel, kus on suurel hulgal ühefaseid koormusi.

Rakendamise käigus:
Esiteks tuleb valida sobiv paigaldamiskoht – näiteks sõlmkastides või jaotustransformatooriga madalpingevoolu pool – et tagada ehitus- ja hoolduse lihtsus.
Teiseks tuleks läbi viia asukoha uurimine, et mõista koormuse levikut ja mõõdikult õigedult seadet kapasitati (vt tabel 2). Paigaldamise ja sisselaskmise faasis tuleks teha koormuse simulatsioonitestide, et optimiseerida juhtimisstrateegiat ja kaitseparameetreid; näiteks üleliikmelise kaitse parameeter konfigureeritakse tavaliselt 1.2 korda suuremaks kui niminaalvool.
Kolmandaks tuleb tugevdada transformatoone piirava piirkonna tööjõudluse jälgimissüsteemi, et lubada informatsiooni vahetust ja kaugjuhtimist ühestusseadmega.
Neljandaks tuleks operatsioonide ja hoolduse faasis regulaarselt läbi viia ennetavad testid seadmes, et ajakohaselt tuvastada ja lahendada potentsiaalsed tõrked, nagu mehaaniline nöörikumine või halb kontakt, tagades ohutu ja usaldusväärse töö. Lisaks tuleks perioodiliselt analüüsida transformatoone piirava piirkonna koormuse muutumistrende, et vajadusel korrigeerida seadme juhtimisloogikat ja parameetreid.

Tabel 2 Intelaktsete lülitiühendite kapasitati konfigureerimise viide

2.3 Madalpingeline automaatne pingeregulaator
Madalpingeline automaatne pingeregulaatori põhiline printsiip on mõõta rea pinget ja voolu reaalajas, arvutada parameetreid nagu rea impedants ja võimsustegur ning automaatselt korrigeerida transformatooriga seotud tap-changeri asukohta selle alusel, et väljundpinged jääksid vastuvõetava limiidi sees. See seade kasutatakse peamiselt madalpingelises jaotusvõrgus, eriti piirkondades, kus rea lõpus pinged kandevad endast kinni liiga kõrge või liiga madala.

Esiteks tuleb valida sobiv paigalduskoht – näiteks jaotustransformatori madalpingeline külg või ringmainunit – ja läbi viia kohtupäring, et mõista toite raadius ja kasutajate levik reas.
Teiseks tuleb määrata regulaatori võime (vt tabel 3) ja juhtimisstrateegia. Paigalduse ja kommisjonierakorra käigus peaksid toimuma tühi- ja laadimistestid, et kontrollida pingekorrektsiooni täpsust (tavaliselt nõutav ±1,5% piirides) ja vastuse aega (tavaliselt mitte üle 30 sekundit), samuti tuleb kinnitada kaitsfunktsioone nagu liiga kõrge pinge ja liiga madal pinge.
Kolmandaks tuleb kommisjonierakorra järel luua täielik töökorraldussüsteem, selgitades inspekteerimise, töötlemise ja hoolduse nõuded, et tagada regulaatori ohutu ja stabiilne töö. Näiteks, kui ühefaasi pinge jätkuvalt kandub endast kinni üle ±7% niminaalsest väärtusest 5 minutit või kui kolmefaasi pingevõrdetuse ületab 2%, tuleb kiiresti tuvastada põhjus ja rakendada parandusmeetmeid. Tööandmete analüüs näitab, et õigesti konfigureeritud automaatsete pingeregulaatorite abil saab suurendada rea pingekonformiteedi määra 5%–15% võrra, oluliselt vähendades pingerikkumiste tekitatud võrgukahju.

Tabel 3 Valikuteenetus madalpingeliste automaatsete pingeregulaatorite jaoks

3.Technoloogia rakendamine

3.1 Juhtumite taust ja liinikahju küsimused
Transformeri ala A asub vanas linnakesklinnas, energiatarbimisring on 1,5 km suuruseline, teenitakse 712 elamukliendit ja 86 ärikliendit. Alal asuv jaotussüsteem koosneb peamiselt ühest S11-M.RL-400/10 tüübi jaotustransformatorist, mille nimiajastatud võimsus on 400 kVA; kuuest madala pingega väljundjoonest—kahega JKLGYJ-120 mm² juhtmete ja neljaga JKLGYJ-70 mm² juhtmetega—keskmine joone pikkus on 510 meetrit üheks ringiks; lisaks on neli HXGN-12 ringmõõdut ja 18 madala pingega integreeritud jaotiskappi.

Viimastel aastatel on selle transformeri ala laeng kasvanud pidevalt, kuna piirkonnas on toimunud linnarekonstruktsioon ja kaupluseid on avatud rohkem. Näiteks aastal 2018 saavutas maksimaalne laeng 285 kW, elektri tarbimine kasvas aastas 7,6% võrreldes eelmise aasta võrra, kuid liinikahju tase oli 9,7%, mis oluliselt ületas sama perioodi haldusmeetodile seatud sihikohut 6,5%.

Paikanägemiste käigus leiti järgnevad peamised probleemid:

• Halvad kontaktid jaotustransformatori ja juhtmete ühenduspunktides tekitasid paiklikku soojenemist ja lisakahjusid;

• Ebavõrdne kolme faasi laengu jaotus, maksimaalne ebavõrdsus jõudis 18,2%;

• Mõned kasutajad tegid ebaseaduslikke ühendusi ja varastasid elektrit;

• Vaned mõõtmisseadmed, mille mõõtevigad ületasid ±5%.

Need tegurid koguuma panid ala liinikahjud pidevalt kõrgeks, lootes tõsise haldusprobleemi.

3.2 Tehnoloogia valik ja rakendamine
Transformeri ala A liinikahju küsimuste lahendamiseks rakendati pärast täpset hindamist kompleksne lahendus, mis sisaldab HPLC-sidet, intelligentsed faasisüsteemid ning automaatilisi pingeregulaatoreid.

Esiteks, transformaatori madala pingega poolele paigaldati HPLC-koppeldid ja sidetehnika, samuti vastav seade igasse haarapakkis ja kasutaja arvestuses, luues kiiret võrgutingiliini sidetekompleksi, mis hõlmab kogu transformeri ala. See võrk lubab reaalajas jälgida töötingimusi, sealhulgas voolu, voltaget, energia joontel ja haaradel, kui ka olulisi näitajaid, nagu seadmete temperatuur ja harmonikade moonutus. Seega võivad hooldustööd teostavad inimesed kiiresti tuvastada erandlikke olukordi. Lisaks pakub kõrgetäpne energiaarvestuse andmed kindla aluse liinikahju analüüsile ja haldamisele.

Teiseks, peamistes haarapakkides ja olulistel laengukohtadel paigaldati kuus intelligentsed faasisüsteeme (maksimaalne töövool 250 A). Need süsteemid mõõtavad pidevalt kolme faasi ebavõrdsust ja uuesti jaotavad laengud, kui ebavõrdsus ületab 15%, tõhusalt tasakaalustades kolme faasi. Testid näitasid, et ühendamisoperatsioonid viiakse läbi 30 ms jooksul, üleminek on sujuv ja ei sega kasutajaid. Kolm kuud pärast käivitamist vähendas faaside ebavõrdsus alalt 18,2% kuni 6,5% ja liinikahju tase langes 1,7%.

Kolmandaks, et lahendada lõpusirgel esinenud pingurikkumusi, paigaldati 710 meetri kaugusel transformaatorist 200 kVA intelligentsne pinguregulaator. Regulaator aktsepteerib sisendi pinguvahemiku 210–430 V ja säilitab väljundi 220 V ±2%. See muudab oma spiraalide suhte reaalajas pingumõõtmiste põhjal, hoides terminalpingu pidevalt lubatud vahemikus. Käivitamisest alates on regulaator reageerinud kiiresti erinevatel laengupiki ja -laevadel, tõstes üheksa olulist kontrollpunkti pinguhoidmise protsendi 87%lt üle 98,5%.

Nendele meetmetele järgnes "jälitus–kontroll–optimeerimine" sulglikult haldamise lähenemisviis, mis on oluliselt parandanud Transformeri ala A liinikahju jõudlust, saavutades ligikaudu 120 000 kWh aastane energiasääst, millel on märkimisväärne majanduslik kasu. Oluliste näitajate võrdlus tabelis 4.

Tabel 4. Põhiline näitajavõrdlus ala A enne ja pärast kogumikuhaldust

Tegelikus rakendamisel tuleks tähele panna järgmisi punkte:
Esiteks, HPLC-side usaldusväärsuse, edastusvõimu, kanalkoodimise ja muude parameetrite kohta peaksid konfigureerima vastavalt etteantud transformatorpiirkonna konkreetsetele tingimustele; vajaliku korral võib kasutada relvarakendusi sidekauguse pikendamiseks.
Teiseks, faasisüsteemi lülitite ajastuse ja lokeerimisloogika seadistamisel tuleb hoolikalt läheneda, et vältida ülemäärast või eksitaval viisil toimivaid lülitetoiminguid – näiteks võib lülitit seadistada nii, et see tegutaks ainult siis, kui ebavõrdne taastamine ületab 15% ja jääb sellel tasemel 3 minutit.
Kolmandaks, automaatse pingeregulaatori sobiva valiku ja võimsuse määramisel tuleks arvesse võtta teatavat varu, et vältida sagedaseid reguleerimistoiminguid, mis võivad põhjustada mehaanilist kaotust; vaata tabelit 5 soovitusi automaatse pingeregulaatori valiku ja seadistamise kohta.

Tabel 5 Automaatse pingeregulaatori mudeli valiku viide

Lisaks on kõrgekvaliteediline töö- ja hooldustiim ka oluline tagamaks süsteemi pikaajaline stabiilne toimimine. Vaid lähedaseks sidumiseks tegelike vajadustega, valikuga ja optimeerimisega tehnilisi lahendusi kohaliku olukorra järgi ning nende toetamisega tugeva juhtimismehhanismiga saab täielikult saavutada pidevat parandust joonkahju halduses.

4. Järeldus
Joonekahjude haldus madalpinge tranformatorpiirkondades on suure tähtsusega elektrivari kvaliteedi ja majandusliku efektiivsuse parandamisel, ja tehisvõrgutehnoloogiate kasutamine pakub selles osas tugevat toetust. Praktilises töös on tehnoloogiad nagu HPLC (High-Speed Power Line Communication), intelligentsed faasi-vahetuse seadmed ja madalpingejoone automaatsete pingeregulaatorid muutunud keskpunktina uurimiseks ja rakendamiseks. Nende tehnoloogiate abil saab realiseerida tranformatorpiirkonna toimimise reaalajas jälitamise, kolme-faasi laadide dünaamilise tasakaalu ja terminalpinge täpse reguleerimise.

Näiteks ühe maakonnalinna Tranformatorpiirkonda A puhul vähendas täieliku korralduse järel joonekahjuprotsent 9,7%st 6,1%ni ja pingekonformiteedi määr paranedes 11,5%, saavutades olulisi majanduslikke ja sotsiaalseid eeliseid.

Siiski on praegustes tehnoloogiate rakendustes veel alade, mida tuleb parandada - näiteks suurendada kommunikatsiooni vastupidavust segaduse vastu ja täpsustada seadmete enda kohanemise juhtimisstrateegiaid. Tulevikus peaks rõhku panema intelligentssete seadmete integreeritud disainile ja kooskõlastatud kontrollile ning sügavama uurimisele joonekahjude ennustamismudeleid andmeteaduse ja tehisintellekti alusel. Lisaks on vaja tugevdada operatsioonide ja hoolduse töötajate tehnilist koolitust, et tagada süsteemi pikaajaline stabiilne toimimine. Need meetmed toovad paremat ja jätkusuutlikumat lahendust joonkahjude halduseks madalpinge tranformatorpiirkondades.