Anvendelse av smarte nettverksteknologier i linjeforlustbehandling for lavspennings-transformatorsoner

Som et viktig del av distribusjonsnettverket, har lavspændingsdistribusjonsområder (heretter referert til som "lavspændingstransformatorsoner") direkte innvirkning på strømselskapenes økonomiske fordel og kvaliteten på elektrisitetsforbruket for sluttkundene gjennom deres linjetapproblemer. Imidlertid har tradisjonelle forvaltningsmetoder tydelige mangler i nøyaktighet og effektivitet. I denne sammenheng gir anvendelsen av smart grid-teknologier nye løsninger for linjetapforvaltning. Ved å introdusere avanserte tekniske midler, kan ikke bare finhetnivået i linjetapforvaltning effektivt forbedres, men også energibesparelse- og utslippsmål støttes, noe som er av stor betydning for å fremme høykvalitativ utvikling i strømbransjen.

1.Linjetapproblemer i lavspændingstransformatorsoner
Linjetapproblemer i lavspændingstransformatorsoner deles hovedsakelig inn i tekniske tap og forvaltningsmessige tap. Tekniske tap oppstår av innebygde utstyrsforskytninger og driftsbegrensninger – for eksempel jern- og kobbertap i transformatorer og effekttap forårsaket av linjeimpedans. Med en typisk lavspændingsdistribusjonslinje, når lederens tverrsnittareal er 50 mm² og belastningsstrømmen når 200 A, er effekttapet per kilometer av linjen omtrent 4 kW.

Når lederens tverrsnittareal økes til 70 mm² under samme forhold, kan tapet reduseres med omtrent 30%. Forvaltningsmessige tap, på den andre siden, skyldes ofte målingsfeil, strømtyveri eller upassende drift og vedlikehold. For eksempel er målnøyaktigheten til tradisjonelle mekaniske strømmålere under lettlastede forhold bare omtrent 85%, langt lavere enn smartmålere, som overstiger 99%. I tillegg kan trefas ubalansering betydelig øke linjetap; hvis trefasstrømubalansen i en transformatorson overgår 15%, vil linjetaptallet øke med 2% til 5%. Eksistensen av disse problemene indikerer at manuell inspeksjon alene lenger kan møte behovene for finmessig forvaltning, og intelligente metoder er akutt nødvendige for å forbedre styreffektiviteten.

2.Smart grid-teknologier anvendt i linjetapforvaltning av lavspændingstransformatorsoner

2.1 HPLC (Høyhastighets strømledningskommunikasjon) teknologi
Grunnleggende prinsipp for HPLC-teknologi er å bruke eksisterende lavspændingsdistribusjonslinjer som kommunikasjonsmedium, ved å kopple høyfrekvensmodulerte signaler til strømledninger via koplingskretser for å oppnå høyhastighets dataoverføring. Denne teknologien brukes hovedsakelig i scenarier som sanntidskontroll av linjeoperasjonsforhold i transformatorsoner, elektrisitetsdatainnsamling, og brukerstrøminformasjonsinteraksjon.

Under implementering, er det første skrittet å foreta en feltundersøkelse av transformatorsonens linjeområde for å evaluere kanalens egenskaper og støyinnivå, for dermed å bestemme den optimale bærebølgefrekvensen (typisk innen 1,7–30 MHz) og koplingsmetoden. Deretter installeres dedikerte kopplinger og HPLC-kommunikasjonsmoduler på lavspændingsiden av distribusjons-transformator, grenseskriner, og brukerstrømmålere for å etablere et kommunikasjonsnettverk over hele transformatorsonen. Samtidig settes en hovedstasjonssystem inn for å integrere nahturløst med øvre applikasjonssystemer gjennom protokollkonvertering.

Under drift og vedlikehold, bør regelmessige inspeksjoner og kalibreringer av utstyr utføres, kommunikasjonssignal kvalitet må overvåkes, og eventuelle unormaliteter må håndteres umiddelbart. For eksempel, hvis bærebølgesignalettenking overstiger 30 dB eller bitfeilrate øker over 1×10⁻⁴, bør linjeavvik eller elektromagnetiske støykilder undersøkes. Hvis nødvendig, bør sendestyrken (typisk fra –10 dBm til 30 dBm) justeres eller kopplinger erstattes for å sikre stabil systemdrift. 

For å forbedre kommunikasjonsstabiliteten, bruker HPLC-systemer vanligvis adaptive modulasjonskjeder, dynamisk valg av modulasjonsmodus basert på kanalkvalitet. Forskjellige modulasjonskjeder varierer i datahastighet, støyresistens og dekkingsområde, og krever optimal konfigurasjon etter lastfluktuerasjoner og støyforhold i transformatorsonen. For eksempel kan høyere ordens modulasjon aktiveres om natten når lasten er lettere og støy nivået er lavere for å forbedre datagjennomstrømning, mens overgang til en robust modus under dags tiders spissbelastede perioder sikrer kommunikasjonens pålitelighet. Tabell 1 viser en sammenligning av tre vanlige modulasjonsmetoder i HPLC-systemer sammen med deres tekniske egenskaper, som gir referanse for feltparameterkonfigurering.

Tabell 1 Tekniske egenskapsjammenligning av vanlige modulasjonsmetoder for HPLC

2.2 Intelligent faseskiftende spenningsveksler
Prinsippet for den intelligente faseskiftende spenningsveksleren er å måle trefasstrømmer og spenninger, beregne lastubalansen i sanntid, og når ubalansen overstiger en forhåndsbestemt terskel (typisk 10%–20%), styre skifting av laster for å gjenopprette balansen mellom trefaslastene. Dette enheten brukes hovedsakelig ved slutten av transformatorsoner, spesielt i områder med kraftige enefaslast.

Under implementering:
Først må det velges et passende installasjonssted—som ved grenseskriner eller på lavspenningsiden av distribusjonstransformatorer—for å sikre lett konstruksjon og vedlikehold.
Deretter bør det gjennomføres en stedssurvey for å forstå lastdistribusjonen og konfigurere vekslerkapasiteten fornuftig (se Tabell 2). Under installasjon og innstillingsfasen, bør lastsimuleringstester utføres for å optimalisere kontrollstrategien og beskyttelsesinnstillingene; for eksempel er overstrømningbeskyttelsen generelt konfigurert til 1.2 ganger den nominelle strømmen.
Tredje, må driftsbevakingssystemet for transformatorsonen forbedres for å muliggjøre informasjonsoverføring og fjernkontroll med veksleren.
Fjerde, under drifts- og vedlikeholdsfasen, bør forebyggende tester regelbundet utføres på veksleren for å raskt identifisere og rette opp potensielle feil som mekanisk slitasje eller dårlig kontakt, for å sikre trygg og pålitelig drift. I tillegg bør analyse av variasjonstrender for lasten i transformatorsonen gjennomføres regelmessig for å justere vekslerens kontrolllogikk og parameterinnstillinger etter behov.

Tabell 2 Referanse for kapasitetskonfigurasjon for smarte spenningsvekslere

2.3 Lavspenningslinje automatisk spenningregulator
Grunnprinsippet for lavspenningslinjeautomatisk spenningregulator er å måle linjespenning og -strøm i sanntid, beregne parametre som linjeimpedans og effektivitetsfaktor, og automatisk justere posisjonen til transformatorens tapendring basert på avviket, for å opprettholde utgående spenning innen en akseptabel grense. Dette enheten brukes hovedsakelig i lavspenningsfordelningsnett, spesielt i områder ved linjens ende der spenningen har tendens til å bli for høy eller for lav.

Først må et passende installasjonssted velges—som for eksempel lavspenningsiden av en fordelingstransformator eller en ringhovedenhet—and en stedsundersøkelse bør gjennomføres for å forstå leveringsradiusen og brukerfordelingen langs linjen.
For det andre, må regulatorkapasiteten (se Tabell 3) og kontrollstrategien bestemmes. Under installasjon og innstillingsfasen, bør lastfrie og belasted tester utføres for å verifisere spenningstilpasningsnøyaktigheten (vanligvis kreves at den skal være innen ±1,5%) og responstiden (vanligvis ikke mer enn 30 sekunder), samt for å validere beskyttelsesfunksjoner som over- og undervoltage.
Tredje, etter innsetting, bør et omfattende driftsledningssystem etableres, med klare krav til inspeksjon, drift og vedlikehold for å sikre trygg og stabil drift av regulator. For eksempel, hvis en enkelfase spenning konsekvent avviker mer enn ±7% av nominellverdien i 5 minutter, eller hvis tre-fase spenning ujevnhet overstiger 2%, må årsaken umiddelbart identifiseres og korrigerende tiltak truffet. Driftsdataanalyse viser at riktig konfigurerte automatiske spenningregulatorer kan forbedre linjespenningsoverholdelsen med 5% til 15%, noe som betydelig reduserer linjeforbruk grunnet spenningsovertredelser.

Tabell 3 Velger referanse for lavspenningslinjeautomatisk spenningregulator

3.Teknologi Anvendelse

3.1 Saksområde og Linjeforbrukproblemer
Transformatorsonen A ligger i sentrum av en eldre bydel, med et strømforsyningsradius på 1,5 km, og serverer 712 boligkunder og 86 virksomhetskunder. Distribusjonsinfrastrukturen i sonen består hovedsakelig av en S11-M.RL-400/10 type distributransformator med en nominell kapasitet på 400 kVA; seks lavspenningsutgående føder—to med JKLGYJ-120 mm² ledere og fire med JKLGYJ-70 mm² ledere—med en gjennomsnittlig linjelengde på 510 meter per krets; i tillegg er det fire HXGN-12 ringenheter og 18 lavspenningsintegrasjerte distribusjonsskap.

I løpet av de siste årene har lasten i denne transformatorsonen vist en kontinuerlig vekst på grunn av lokal byomforming og utvidelse av kommersielle etableringer. For eksempel nådde topplasten 285 kW i 2018, med et strømforbruk som økte med 7,6% fra år til år, mens linjeforbruket var så høyt som 9,7%, noe som betydelig overgikk forvaltningsmålet på 6,5% for samme periode.

På stedets inspeksjoner avdekket følgende nøkkelproblemer:

• Dårlig kontakt ved koblingspunktene mellom distributransformator og linjer forårsaket lokal oppvarming og ekstra tap;

• Ujevn tre-fase lastdistribusjon, med maksimal ubalans på 18,2%;

• Uautorisert kabling og strømtyveri av visse brukere;

• Aldrende måleenheter med målefeil som overstiger ±5%.

Disse faktorene bidro til konstant høyt linjeforbruk i sonen, skapte et alvorlig forvaltningsutfordring.

3.2 Teknologiutvelgelse og Implementering
For å løse linjeforbrukproblemet i Transformatorsonen A, ble en omfattende løsning som integrerer HPLC-kommunikasjon, intelligente fasebytteswitcher, og automatiske spenningsregulatorer implementert etter grundig evaluering.

Først ble HPLC-kobler og kommunikasjonsmoduler installert på lavspenningsiden av transformator, og tilsvarende utstyr ble installert i hver grendeskapp og brukermåler, etablerte et hurtigt strømkabelbasert kommunikasjonsnettverk som dekker hele transformatorsonen. Dette nettverket muliggjorde sanntidsovervåking av driftsstatus, inkludert spenning, strøm, effekt på busser og grender, samt kritiske indikatorer som utstyrs temperatur og harmonisk deformasjon. Drifts- og vedlikeholdspersonell kunne dermed raskt oppdage anomalier. I tillegg ga høypræsise energimålinger solid støtte for linjeforbrukanalyse og -forvaltning.

Deretter ble seks intelligente fasebytteswitcher (opp til maksimal driftsstrøm på 250 A) installert i hovedgrendeskapper og nøkkelbelasted lokasjoner. Disse switchene målte jevnlig tre-fase strømubalans og omdistribuerte last automatisk når ubalansen overskred 15%, effektivt balanserte tre fasene. Felttester bekreftet at switchhandlinger fullføres innen 30 ms, med jevne overganger som ikke forstyrte brukerne. Tre måneder etter tjenesteinnsetting, sank tre-fase ubalansen i sonen fra 18,2% til 6,5%, og linjeforbruket falt med 1,7%.

Til slutt, for å håndtere spenningskrangler ved linjeslutt, ble en 200 kVA intelligent spenningsregulator installert 710 meter unna transformator. Regulatoren aksepterer inngangsspenningsområde på 210–430 V og beholder en utgang på 220 V ±2%. Den justerer automatisk sin viktlighet basert på sanntidsspenningsmålinger ved linjeslutt, holder terminalspenning konsekvent innen akseptabelt område. Siden tjenesteinnsetting, har regulatoren reagert raskt gjennom ulike belastningstopper og daler, hevet spenningskonformiteten ved ni nøkkelovervåkningspunkter fra 87% til over 98,5%.

Gjennom en lukket sløyfe forvaltning tilnærming av “overvåking–kontroll–optimalisering,” har disse tiltakene markant forbedret linjeforbrukytelsen i Transformatorsonen A, oppnådd en estimert årlig energibesparing på ca. 120 000 kWh, med merkbare økonomiske fordeler. En sammenligning av nøkkelindikatorer vises i Tabell 4.

Tabell 4 Nøkkelindeks Sammenligning av Område A Før og Etter Helhetlig Forvaltning

I den faktiske implementeringen bør følgende punkter også merkes:
Først, angående HPLC-kommunikasjonens pålitelighet, bør overføringskraft, kanalkoding og andre parametere konfigureres fornuftig ut fra de spesifikke forholdene i transformatorområdet; hvis nødvendig, kan relémetoder brukes for å utvide kommunikasjonsavstanden.
Andre, tidsstyringen og svingningssperrens logikk for fasevekslingsbrytere bør innstilles nøyaktig for å unngå for mye eller feilaktig svinging – for eksempel, kan bryteren konfigureres til å virke bare når ubalansen overstiger 15% og vedvarer i 3 minutter.
Tredje, riktig valg og kapasitetskonfigurasjon av spenningsregulator bør inkludere en vis margin for å unngå hyppige justeringer som kan føre til mekanisk slitasje; se Tabell 5 for retningslinjer for automatiske spenningsregulatorers valg og konfigurering.

Tabell 5 Modellvalgsreferanse for automatiske spenningsregulatorer

I tillegg er et høykvalitets drifts- og vedlikeholds team også viktig for å sikre langvarig stabil operasjon av systemet. Kun ved å nøye tilpasse seg de faktiske behov, velge og optimalisere tekniske løsninger etter lokale forhold, og støtte dem med et godt administrativt system, kan det virkelig oppnås en kontinuerlig forbedring i linjeforluststyring.

4. Konklusjon
Styring av linjeforlust i lavspændings transformatorområder har stor betydning for å forbedre strømleveransens kvalitet og økonomisk effektivitet, og bruk av smart nett-teknologi gir sterk støtte i denne henseende. I praksis har teknologier som HPLC (Høyhastighets strømledningskommunikasjon), intelligente fasebyttesvekker og automatiske spændingsregulatoren for lavspændingslinjer blitt sentrale fokusområder for forskning og implementering. Med disse teknologiene kan sanntidsovervåking av transformatorområde, dynamisk balantering av trefaselast, og nøyaktig regulering av terminalspenning realiseres.

Som eksempel kan nevnes Transformatorområde A i en bestemt by, der den totale linjeforlustprosenten reduseres fra 9.7% til 6.1%, og spenningskonformiteten økte med 11.5%, noe som førte til betydelige økonomiske og samfunnsøkonomiske gevinst.

Imidlertid er det fortsatt områder som trenger forbedring i dagens teknologi-applikasjoner – for eksempel å forbedre kommunikasjonens motstandsdyktighet overfor støy og finjustere utstyrs selvlærende kontrollstrategier. Fremover bør fokuset være på integrert design og koordinert kontroll av intelligente enheter, samt dypere utforskning av linjeforlust prediksjonsmodeller basert på store data og kunstig intelligens. I tillegg er det nødvendig med forsterket teknisk trening for drifts- og vedlikeholds personell for å sikre systemets langvarige stabile operasjon. Disse tiltakene vil bidra til mer effektive og bærekraftige løsninger for linjeforluststyring i lavspændings transformatorområder.