Приложение на двупосочни автоматични регулатори на напрежението в планински разпределителни мрежи

1. Преглед

Горските разпределителни мрежи са оборудвани с множество малки хидроелектрични централи, повечето от които са дължинни станции без регулационна способност. Тези станции са свързани към една и съща линия като електрически потребители, което води до определени неблагоприятни въздействия върху операцията на електрическата мрежа. Най-изразената проблемна зона сред тях е качеството на напрежението. През влажния сезон малките хидроелектрични централи генерират електроенергия за мрежата, а неуспехът да се постигне местно баланс на мощността води до повишаване на напрежението в линията. 

През сухия сезон, поради дългата дължина на линията, малкия диаметър на жицата и ниската потребност, напрежението при крайните потребители на линията е изключително ниско. Тъй като генерирането и доставката на енергия са интегрирани в една и съща линия, посоката на потока на мощността в линията е променлива, което води до много нестабилно напрежение. Установяването на двупосочни автоматични регулатори на напрежението в дълги разпределителни линии може да реши проблема с качеството на напрежението. Фокусирайки се върху проблемите с качеството на напрежението в горските разпределителни линии с малки хидроелектрични централи, настоящата работа взема за пример Линия Бибей на определено Електроразпределително управление и предлага нов тип решение с двупосочен автоматичен регулатор на напрежението.

1.1 Основна информация за 10кВ Линия Бибей

Като типичен представител на горските разпределителни мрежи, основната информация за 10кВ Линия Бибей е показана в Таблица 1 по-долу. 

Статистиката за показателите на квалификацията на напрежението през 2012 г. за 39 разпределителни трансформатора в зоната на доставка показва, че максималната стойност е 99,8%, минималната - 54,4% и само 6 разпределителни трансформатора отговарят на стандартните изисквания за квалификация на напрежението, което представлява 15,3%. Максималната регистрирана стойност на напрежението е 337V, което надхвърля допустимата стойност с 43%. Проблемът с напрежението е изразен, с често срещани повреди на електрическите прибори сред потребителите и много жалби свързани с напрежението.

1.2 Анализ на аномалии в напрежението

Основните причини, довели до проблема с качеството на напрежението на линията Bibei, са следните:

(1) Изразено противоречие между влажния и сухия сезон. Режимът на работа на хидроагрегати, функциониращи по принципа на протичане, е тясно свързан с притока на вода. Тъй като инсталацията на малки хидроелектроцентрали е много по-голяма от капацитета за приемане, през влажния сезон значително количество излишна електрическа енергия се предава в мрежата. През сухия сезон местната електрическа нагрузка основно зависи от допълнителното подхранване от мрежата, което води до значителни промени в режима на работа между влажния и сухия сезон, което сериозно влияе на качеството на електроенергията и затруднява достигането на необходимото ниво на напрежението в района.

(2) Липса на ефективно управление и мониторинг на малките хидроелектроцентрали. В резултат на малкия единичен капацитет, големия брой, широкото разпространение, разнообразието на собствеността и значителното сезонно влияние върху операциите на малките хидроелектроцентрали, е трудно да се постигне централизиран мониторинг и контрол. Следователно, локалните корекции за отделни трансформаторни области имат незначителен ефект върху подобряването на качеството на напрежението.

(3) Трудности в управлението и регулирането на трансформаторите. Постоянно се изменя посоката на потока на мощността. През влажния сезон се генерира енергия за мрежата, а разпределителните трансформатори работят с регулиране на напрежението за намаляване, за да се гарантира, че напрежението на потребителя не ще повреди електрическите прибори поради прекомерно високо ниво. През сухия сезон се абсорбира енергия от мрежата, а разпределителните трансформатори работят с регулиране на напрежението за увеличаване, за да се гарантира, че напрежението на потребителя може да бъде използвано нормално без да е твърде ниско. Следователно, изискванията за намаляване и увеличаване на напрежението на трансформаторите се изменят често, което затруднява съгласуването на операционните регулировки с промените в потока на мощността.

(4) Главният трансформатор на горното равнище на доставката на електроенергия използва регулиране на напрежението без отключване с малко число позиции и ограничен диапазон на регулиране.

2. Приложение на двупосочни регулиращи трансформатори

2.1 Избор на решения

Чрез изучаване на операционните характеристики на планинските разпределителни мрежи с голям брой малки хидроелектроцентрали и анализ на приложимостта на съществуващите методи за регулиране на напрежението, настоящата работа избира решение с двупосочен автоматичен регулятор на напрежението, обладаващо силна операбилност и добра практически употреба.

2.2 Принцип и ефекти на двупосочните трансформатори за регулиране на напрежението

2.2.1 Работен принцип на автоматичния регулатор на напрежението за двупосочна линия

Автоматичният регулатор на напрежението за двупосочна линия се състои главно от четири части: тримерен автоматичен трансформатор за регулиране на напрежението, тримерен наляганков превключвател, контролер и модул за идентификация на потока на мощността. Модулът за идентификация на потока на мощността детектира посоката на тока, за да определи посоката на потока на мощността в линията, и изпраща този сигнал към контролера. Контролерът прави преценка дали да повиши или понижи напрежението, основавайки се на сигнали за напрежение и ток, след което контролира работата на мотора във вътрешността на наляганковия превключвател, за да задейства превключването на контакти. Това изменя соотношението на обиколките на трансформатора, за да се постигне автоматично регулиране на напрежението при наляганко. Тримерният наляганков превключвател коригира соотношението на обиколките на трансформатора, за да промени неговото изходно напрежение.

2.2.2 Теоретичен анализ на ефектите

Сух период:Промените в напрежението на линията преди и след инсталирането на BSVR са показани на фигура 1.

В сухия период, след инсталирането на двупосочния регулатор на напрежението BSVR, напреженията в края на главната линия и на всеки разклонителен път се увеличават. Това решава проблема с несоответстващото напрежение на линията и осигурява качеството на потреблението на електроенергия от потребителите по линията в сухия период.

Дъждовен период:Напреженията в различни точки на линията преди и след инсталирането на BSVR в дъждовния период са показани на фигура 2.

В дъждовния период, инсталирането на двупосочния регулатор на напрежението BSVR подобрява напреженията в края на главната линия и на всеки разклонителен път. Това не само гарантира нормалната передача на енергия от малките водни електроцентрали към мрежата, но и осигурява качеството на потреблението на електроенергия от потребителите в средната и задната част на линията.

2.3 Приложни ефекти

Според реалните условия на линията, двупосочният регулатор на напрежението е инсталиран на опора 63 на главната линия с капацитет 3000кВА. С оглед на реалните условия както в сух, така и в дъждовен период, диапазонът на регулиране на регулатора е избран като -15% до +15%.

Качеството на напрежението в тази линия е значително подобрено. Това не само намалява пороговото напрежение за малките водни електроцентрали, за да предадат енергия към основната мрежа (така че електроцентралините не трябва да повишават напрежението прекомерно), но и увеличава напрежението в началната част на линията чрез регулатора. Това гарантира, че електроцентралините могат да предават енергия към мрежата, а също така увеличава процентът на съответствие на напрежението за клиентите по линията и гарантира безопасна и стабилна работа на електрическата мрежа.

3. Заключение

При приложение на устройството за двупосочно автоматично регулиране на напрежението към линии, обслужвани от малки водни електроцентрали, както теоретичните изчисления, така и практическият приложение показват, че инсталирането на двупосочен автоматичен регулатор на напрежението може значително да подобри качеството на напрежението, решавайки комплексно конфликта при регулирането на напрежението между дъждовен и сух период.