Aplicación de tecnoloxías de rede intelixente na xestión da perda de liña en zonas de transformadores de baixa tensión

Como un compoñente esencial da rede de distribución, as zonas de distribución de baixa tensión (en loitante denominadas "zonas de transformadores de baixa tensión") afectan directamente aos beneficios económicos das empresas de suministro eléctrico e á calidade do consumo de enerxía para os usuarios finais a través dos seus problemas de perdas na liña. No entanto, as aproximacións de xestión tradicionais teñen obvias carencias en termos de precisión e eficiencia. Neste contexto, a aplicación de tecnoloxías de redes inteligentes ofrece novas solucións para a xestión de perdas na liña. A introdución de medios técnicos avanzados non só pode mellorar efectivamente o nivel de refinamento na xestión de perdas na liña, senón que tamén pode apoiar os obxectivos de aforro de enerxía e redución de emisións, o que é de gran significado para promover o desenvolvemento de alta calidade na industria eléctrica.

1.Problemas de Perdas na Liña nas Zonas de Transformadores de Baixa Tensión
Os problemas de perdas na liña nas zonas de transformadores de baixa tensión dividíronse principalmente en perdas técnicas e perdas de xestión. As perdas técnicas proceden de perdas inerentes ao equipo e restricións operativas, por exemplo, as perdas de ferro e cobre nos transformadores e as perdas de potencia causadas pola resistencia da liña. Tomando como exemplo unha liña de distribución de baixa tensión típica, cando a sección transversal do conductor é de 50 mm² e a corrente de carga alcanza 200 A, a perda de potencia por kilómetro da liña é aproximadamente de 4 kW.

Cando a sección transversal do conductor aumenta a 70 mm² nas mesmas condicións, a perda pode reducirse aproximadamente un 30%. As perdas de xestión, por outro lado, suelen ser causadas por erros de medida, hurto de electricidade ou operación e mantemento incorrectos. Por exemplo, a precisión de medida dos contadores eléctricos mecánicos tradicionais en condicións de carga leve é só do 85%, moito máis baixa que a dos contadores inteligentes, que supera o 99%. Ademais, o desequilibrio trifásico pode aumentar significativamente as perdas na liña; se o desequilibrio de corrente trifásico nunha zona de transformador supera o 15%, a taxa de perda na liña aumentará entre o 2% e o 5%. A existencia destes problemas indica que a inspección manual xa non pode satisfacer as demandas da xestión refinada, sendo necesarios métodos inteligentes para aumentar a eficiencia da gobernanza.

2.Tecnoloxías de Redes Inteligentes Aplicadas na Xestión de Perdas na Liña nas Zonas de Transformadores de Baixa Tensión

2.1 Tecnoloxía HPLC (High-Speed Power Line Communication)
O principio fundamental da tecnoloxía HPLC é usar as liñas de distribución de baixa tensión existentes como medios de comunicación, acoplándolle señales moduladas de alta frecuencia a través de circuitos de acoplamento para lograr a transmisión de datos de alta velocidade. Esta tecnoloxía aplícase principalmente en escenarios como a monitorización en tempo real das condicións de operación da liña nas zonas de transformadores, a recollida de datos de enerxía eléctrica e a interacción de información sobre o consumo de electricidade dos usuarios.

Durante a implementación, o primeiro paso é realizar unha inspección no terreo do ambiente de liña da zona de transformador para avaliar as características do canal e os niveis de interferencia, determinando así a frecuencia portadora óptima (xeralmente dentro de 1,7-30 MHz) e o método de acoplamento. A continuación, instálanse acopladores específicos e módulos de comunicación HPLC no lado de baixa tensión do transformador de distribución, caixas de ramificación e contadores de electricidade dos usuarios para establecer unha rede de comunicación a través da zona de transformador. Ao mesmo tempo, implántase un sistema de estación principal para integrarse de forma transparente con os sistemas de aplicación superior mediante a conversión de protocolos.

Na fase de operación e mantemento, deben realizarse inspeccións e calibracións regulares do equipo, monitorizar a calidade da señal de comunicación e abordar de inmediato calquera anomalia. Por exemplo, se a atenuación da sinal portadora supera os 30 dB ou a tasa de erro de bits sobrepasa 1×10⁻⁴, deben investigarse fallos na liña ou fuentes de interferencia electromagnética. Se é necesario, debe axustarse a potencia de transmisión (xeralmente entre -10 dBm e 30 dBm) ou substituír os acopladores para asegurar o funcionamento estable do sistema. 

Para mellorar a estabilidade da comunicación, os sistemas HPLC adoitan adoptar esquemas de modulación adaptativa, seleccionando dinamicamente os modos de modulación en función da calidade do canal. Os diferentes esquemas de modulación varían en taxa de datos, resistencia ao ruido e alcance, requirindo unha configuración optimizada segundo as fluctuacións de carga e as condicións de ruido na zona de transformador. Por exemplo, pode activarse unha modulación de orde superior durante a noite, cando as cargas son menores e os niveis de ruido son menores, para mellorar o tráfico de datos, mentres que o cambio a un modo robusto durante as horas pico diurnas asegura a fiabilidade da comunicación. A táboa 1 lista tres métodos de modulación comúnmente utilizados nos sistemas HPLC xunto coas súas características técnicas, proporcionando referencia para a configuración de parámetros no terreo.

Táboa 1 Comparación de Características Técnicas de Métodos de Modulación Comúns para HPLC

2.2 Dispositivo de conmutación inteligente de fases
O principio do dispositivo de conmutación inteligente de fases é medir as correntes e voltaxes trifásicas, calcular o desequilibrio da carga en tempo real e, cando o desequilibrio supere un umbral preestablecido (xeralmente entre o 10% e o 20%), controlar a conmutación das cargas para reequilibrar as cargas trifásicas. Este dispositivo aplica-se principalmente no final das zonas de transformadores, especialmente en áreas con cargas monofásicas pesadas.

Durante a implementación:
Primeiro, debe seleccionarse unha localización de instalación adecuada, como nas caixas de ramificación ou no lado de baixa tensión dos transformadores de distribución, para asegurar a facilidade de construción e mantemento.
Segundo, debe realizarse unha inspección no terreo para comprender a distribución da carga e configurar de maneira razonable a capacidade do interruptor (ver Táboa 2). Durante a fase de instalación e puesta en marcha, deben realizarse pruebas de simulación de carga para optimizar a estratexia de control e as configuracións de protección; por exemplo, a configuración de protección contra sobrecorrente xeralmente está configurada en 1,2 veces a corrente nominal.
Terceiro, debe mellorarse o sistema de monitorización da operación da zona de transformador para permitir o intercambio de información e o control remoto co dispositivo de conmutación.
Cuarto, durante a fase de operación e mantemento, deben realizarse regularmente probas preventivas no interruptor para identificar e abordar oportunamente posibles fallos, como o desgaste mecánico ou o mal contacto, asegurando así unha operación segura e fiable. Ademais, debe realizarse unha análise periódica das tendencias de variación da carga na zona de transformador para axustar a lóxica de control e as configuracións de parámetros do interruptor segundo sexa necesario.

Táboa 2 Referencia de configuración de capacidade para equipamentos de conmutación intelixentes

2.3 Regulador automático de voltaxe para liñas de baixa tensión
O principio básico do regulador automático de voltaxe para liñas de baixa tensión é medir a voltaxe e a corrente da liña en tempo real, calcular parámetros como a impedancia da liña e o factor de potencia, e axustar automaticamente a posición do conmutador de grifos do transformador en función da desviación, para manter a voltaxe de saída dentro dun rango aceptable. Este dispositivo aplica-se principalmente en redes de distribución de baixa tensión, especialmente en zonas ao final das liñas onde a voltaxe tiende a ser excesivamente alta ou baixa.

En primeiro lugar, debe seleccionarse unha localización de instalación adecuada, como o lado de baixa tensión dun transformador de distribución ou unha unidade de anel principal, e realizar unha inspección no terreo para entender o raio de suministro e a distribución de usuarios ao longo da liña.
En segundo lugar, debe determinarse a capacidade do regulador (ver Táboa 3) e a estratexia de control. Durante a fase de instalación e puesta en marcha, deben realizarse probas sen carga e con carga para verificar a precisión do rexulaxe de voltaxe (xeralmente se require que sexa dentro de ±1,5%) e o tempo de resposta (xeralmente non debe superar os 30 segundos), así como validar as funcións de protección como sobre-tensión e sub-tensión.
En terceiro lugar, despois da puesta en marcha, debe establecerse un sistema integral de xestión operativa, definindo claramente os requisitos de inspección, operación e mantemento para garantir a seguridade e estabilidade da operación do regulador. Por exemplo, se a voltaxe monofásica se desvia continuamente máis allá de ±7% do valor nominal durante 5 minutos, ou se a descompensación de voltaxe trifásica supera o 2%, debe identificarse rapidamente a causa e tomar medidas correctivas. A análise de datos operativos indica que os reguladores automáticos de voltaxe debidamente configurados poden mellorar as taxas de conformidade da voltaxe da liña entre o 5% e o 15%, reducindo significativamente as perdas na liña causadas por incumprimentos de voltaxe.

Táboa 3 Referencia de selección para reguladores automáticos de voltaxe en liñas de baixa tensión

3. Aplicación da Tecnoloxía

3.1 Contexto do Caso e Problemas de Perdas na Línea
A Zona de Transformador A está situada no centro dunha zona urbana antiga, cun raio de abastecemento de enerxía de 1,5 km, servindo a 712 clientes residenciais e 86 clientes comerciais. A infraestrutura de distribución da zona inclúe principalmente un transformador de distribución S11-M.RL-400/10 con capacidade nominal de 400 kVA; seis alimentadores en baixa tensión—dois con conductores JKLGYJ-120 mm² e catro con conductores JKLGYJ-70 mm²—cunha lonxitude media de liña de 510 metros por circuito; ademais, hai catro unidades de anel HXGN-12 e 18 armarios de distribución integrados en baixa tensión.

Nos últimos anos, debido á renovación urbana localizada e á expansión dos establecementos comerciais, a carga nesta zona de transformador mostrou un crecemento continuo. Por exemplo, en 2018, a carga pico alcanzou os 285 kW, co consumo de electricidade aumentando un 7,6% ao ano, pero a taxa de perdas na liña foi tan alta como o 9,7%, superando significativamente o obxectivo de xestión do 6,5% para o mesmo período.

As inspeccións no terreo revelaron os seguintes problemas clave:

• Contacto deficiente nos puntos de conexión do transformador de distribución e das liñas, causando calentamento localizado e perdas adicionais;

• Distribución desigual da carga en tres fases, con un desequilibrio máximo do 18,2%;

• Conexións ilegais e hurto de electricidade por parte de certos usuarios;

• Envellecemento dos dispositivos de medida, con erros de medida que superan o ±5%.

Estes factores contribuíron colectivamente ás perdas na liña persistentemente altas na zona, creando un desafío grave de xestión.

3.2 Selección e Implementación da Tecnoloxía
Para abordar os problemas de perdas na liña na Zona de Transformador A, despois dunha avaliación exhaustiva, implementouse unha solución integral que integra a comunicación HPLC, interruptores inteligentes de cambio de fase e reguladores automáticos de voltaxe.

Primeiro, instálase acopladores HPLC e módulos de comunicación no lado de baixa tensión do transformador, e desprégase o equipo correspondente en cada caixa de ramificación e contador de usuario, establecendo así unha rede de comunicación de portadora de liña eléctrica de alta velocidade que cubre toda a zona de transformador. Esta rede permitiu a monitorización en tempo real do estado operativo, incluíndo a tensión, corrente, potencia nas barras e ramificaciones, así como indicadores críticos como a temperatura do equipo e a distorsión harmónica. O persoal de operación e mantemento pode así detectar anomalias de forma rápida. Ademais, os datos de medida de enerxía de alta precisión proporcionaron un soporte sólido para a análise e xestión das perdas na liña.

Segundo, instaláronse seis unidades de interruptores inteligentes de cambio de fase (con unha corrente máxima de funcionamento de 250 A) nas principais caixas de ramificación e locais de carga clave. Estes interruptores miden continuamente o desequilibrio de corrente en tres fases e redistribúen automaticamente a carga cando o desequilibrio supere o 15%, equilibrando eficazmente as tres fases. As probas de campo confirmaron que as accións de conmutación se completaron en menos de 30 ms, con transicións suaves sen interrupción para os usuarios. Três meses despois da entrada en servizo, o desequilibrio en tres fases na zona diminuíu do 18,2% ao 6,5%, e a taxa de perdas na liña diminuíu en 1,7%.

Terceiro, para abordar as infraccións de tensión no final das liñas, instalouse un regulador de voltaxe intelixente de 200 kVA a 710 metros do transformador. O regulador acepta un rango de entrada de 210–430 V e manteñese unha saída de 220 V ±2%. Ajusta automaticamente a súa relación de espiras baseándose nas medidas de tensión en tempo real no final da liña, mantendo a tensión terminal consistentemente dentro do rango aceptable. Desde a súa entrada en servizo, o regulador respondeu rapidamente a través de varios picos e valles de carga, elevando a taxa de conformidade da tensión en nove puntos clave de monitorización do 87% a máis do 98,5%.

A través dun enfoque de xestión en bucle pechado de "monitorización-control-optimización", estas medidas melloraron significativamente o rendemento das perdas na liña na Zona de Transformador A, logrando un ahorro estimado de enerxía anual de aproximadamente 120.000 kWh, con beneficios económicos notables. Na Táboa 4 amósanse a comparación de indicadores clave antes e despois da xestión integral.

Táboa 4 Comparación de Indicadores Clave da Área A Antes e Despois da Xestión Integral

Na implementación real, tamén se deben ter en conta os seguintes puntos:
Primeiro, respecto á fiabilidade da comunicación HPLC, a potencia de transmisión, a codificación do canal e outros parámetros deben ser configurados de forma razonable segundo as condicións específicas da zona da transformadora; se é necesario, pódense empregar métodos de repetición para estender a distancia de comunicación.
Segundo, o temporizado e a lóxica de interbloqueo das operacións do conmutador de cambio de fase deben ser configurados con atención para evitar accións de conmutación excesivas ou erróneas—por exemplo, o conmutador pode ser configurado para actuar só cando o desequilibrio supere o 15% e persista durante 3 minutos.
Terceiro, a selección e a configuración da capacidade do regulador de voltaxe deben incluír un certo márcaro para prever axustes frecuentes que poden causar desgaste mecánico; véxase a Táboa 5 para directrices sobre a selección e a configuración do regulador de voltaxe automático.

Táboa 5 Referencia para a Selección do Modelo de Reguladores de Voltaxe Automáticos

Ademais, un equipo de operación e mantemento de alta calidade tamén é crucial para garantir a operación estable a longo prazo do sistema. Só alineándose estreitamente cos necesidades reais, seleccionando e optimizando as solucións técnicas segundo as condicións locais e apoiándoas cun mecanismo de xestión sólido, pode lograrse unha mellora continua no goberno da perda na liña.

4. Conclusión
A xestión da perda na liña nas zonas de transformadores de baixa tensión ten un gran significado para mellorar a calidade do suministro eléctrico e a eficiencia económica, e a aplicación de tecnoloxías de rede inteligente proporciona un forte apoio neste aspecto. No traballo práctico, tecnoloxías como HPLC (Comunicación de Liña Eléctrica de Alta Velocidade), dispositivos de conmutación de fase intelixentes e reguladores automáticos de voltaxe de liña de baixa tensión converteronse en focos clave de investigación e implementación. Coas tecnoloxías, pódese realizar unha monitorización en tempo real das condicións de operación da zona de transformador, un equilibrio dinámico das cargas trifásicas e unha rexulación precisa da voltaxe terminal.

Tomando como exemplo a Zona de Transformador A nunha cidade de condado, despois dunha remediación comprehensiva, a taxa de perda na liña diminuíu do 9,7% ao 6,1%, e a tasa de conformidade da voltaxe mellorou en un 11,5%, logrando beneficios económicos e sociais significativos.

No entanto, aínda hai áreas que requiren melloras nas aplicacións actuais de tecnoloxía—por exemplo, mellorar a capacidade de antinterferencia da comunicación e refinar as estratexias de control autoadaptativo do equipo. Mirando cara ao futuro, o foco debe desprazarse cara ao deseño integrado e o control coordinado de dispositivos intelixentes, e unha exploración máis profunda dos modelos de predicción de perdas na liña baseados en datos grandes e intelixencia artificial. Ademais, é esencial unha formación técnica mellorada para o persoal de operación e mantemento para garantir a operación estable a longo prazo do sistema. Estas medidas proporcionarán solucións máis eficientes e sostenibles para a xestión da perda na liña nas zonas de transformadores de baixa tensión.