Anvendelse af tovejs automatiske spændingsregulatører i bjergfordelingsnet

1. Oversigt

Bjergfordelingsnet har mange små vandkraftværker, hvoraf de fleste er strømforbrugsværker uden reguleringsevne. Disse værker er forbundet til samme linje som elektriske forbrugere, hvilket medfører visse negative indvirkninger på drift af strømnettet. Den mest fremherskende problematik heriblandt er spørgsmålet om spændingskvalitet. Under den våde sæson producerer de små vandkraftværker strøm til nettet, og manglen på lokal strømbalance fører til højere linjespænding. 

Under den tørre sæson er spændingen ved slutbrugerne på linjen yderst lav pga. den lange linjelængde, den lille ledningsdiameter og det lave forbrug. Eftersom produktion og forsyning er integreret på samme linje, er retningen af strømføring variabel, hvilket resulterer i en høj grad af ustabilitet i spændingen. Installation af tovejs automatiske spændingsregulatører i lange fordelingslinjer kan løse problemet med spændingskvalitet. Med fokus på spændingskvalitetsproblemer i bjergfordelingslinjer med små vandkraftværker, tager denne artikel Bibei-linjen hos et bestemt Elværksbureau som eksempel og foreslår en ny type løsning med tovejs automatisk spændingsregulatør.

1.1 Grundlæggende information om 10kV Bibei-linjen

Som et typisk repræsentant for bjergfordelingsnetlinjer, vises den grundlæggende information om 10kV Bibei-linjen i nedenstående tabel 1. 

Statistik over spændingskvalitetsprocenten for 39 distributionstransformatorer i leveringsområdet i 2012 viser, at den højeste procent er 99,8%, den laveste er 54,4%, og kun 6 distributionstransformatorer opfylder standardkravene for spændingskvalitet, hvilket udgør 15,3%. Den maksimale registrerede spænding er 337V, hvilket overstiger den tilladte værdi med 43%. Spændingsproblemet er fremherskende, med hyppige forekomster af skade på elektriske apparater hos brugere og mange klager over spændingen.

1.2 Analyse af spændningsanomalier

De vigtigste årsager til spændingskvalitetsproblemer på Bibei-linjen er følgende:

(1) Udgift mellem våd- og tørsæson. Driftsmåden for lastrullekraftværker er tæt forbundet med vandindstrømning. Da den installerede kapacitet af små kraftværker er meget større end lastkapaciteten, sendes en stor mængde overskydende elektrisk energi til nettet under vådsæsonen. Under tørsæsonen afhænger den lokale elforsyningslast hovedsageligt af nettilføjelse, hvilket resulterer i betydelige ændringer i driftsmåde mellem våd- og tørsæson, som alvorligt påvirker el-kvaliteten og gør det svært at nå den godkendte spændingsniveau i området.

(2) Mangel på effektiv planlægning og overvågning for små kraftværker. På grund af den lille enkeltenhedskapacitet, stort antal, bred fordeling, forskellige ejerskaber, og betydelig sæsonpåvirkning på drift af små kraftværker, er det svært at opnå en enhver overvågning og kontrol. Derfor har lokale justeringer for individuelle transformatorområder en ubetydelig effekt på forbedring af spændingskvaliteten.

(3) Besværlig drift og regulering af transformatorer. Retningen af strømlinjen ændres ofte. Under vådsæsonen genereres strøm til nettet, og distributionstransformatorer drives med tap-changere justeret for spændingsnedsættelse for at sikre, at slutbrugerspændingen ikke ødelægger elektriske apparater pga. for høje niveauer. Under tørsæsonen absorberes strøm fra nettet, og distributionstransformatorer drives med tap-changere justeret for spændingsforhøjelse for at sikre, at slutbrugerspændingen kan anvendes normalt uden at være for lav. Derfor ændres kravene til nedsættelse og forhøjelse af transformatorer ofte, hvilket gør det svært at udføre driftsjusteringer i koordinering med ændringer i strømretning.

(4) Den primære transformator i den overordnede elforsyning anvender belastningsfri tapændring med et lille antal taps og en begrænset reguleringsspanne.

2. Anvendelse af tovejssporrende spændingsregulerende transformatorer

2.1 Vælgelse af løsninger

Ved at studere driftsegenskaberne af bjergfordelingsnet med et stort antal små kraftværker og analysere egnetheden af eksisterende spændingsreguleringsmetoder, vælger denne artikel en løsning med tovejssporrende automatisk spændingsregulator, der har stærk operativ evne og god praktisk anvendelse.

2.2 Princippet og effekter af tovejs spændingsregulerende transformatorer

2.2.1 Arbejdsmåde for tovejs automatiske spændingsregulatører i forsyningssystemer

Den tovejs automatiske spændingsregulatør består hovedsageligt af fire dele: en trefase autotransformatorspændingsregulatør, en trefase underbelastnings tap-changer, en styreenhed, og en strømflade identifikationsmodule. Strømflade identifikationsmodulen opdager retningen af strømmen for at identificere retningen af linjens strømflade og sender dette signal til styreenheden. Styreenheden træffer en beslutning om, hvorvidt der skal skiftes til højere eller lavere spænding baseret på spændings- og strømsignaler, og kontrollerer derefter motorens drift indeni underbelastnings tap-changeren for at drive tap-changeren til at skifte tapper. Dette ændrer transformatorens viklingsforhold for at opnå automatisk spændingsregulering under belastning. Den trefase underbelastnings tap-changer justerer transformatorens viklingsforhold for at ændre dens udgangsspænding.

2.2.2 Teoretisk effektanalyse

Tørperiode: Ændringerne i linjens spænding før og efter installation af BSVR er vist i figur 1.

Under tørperioden, efter installation af den tovejs BSVR spændingsregulatør, er spændingerne ved enden af hovedlinjen og på hver grenelinje øget. Dette løser problemet med ikke-kvalificeret linjespænding og sikrer kvaliteten af elektricitetsforbrug for brugerne på linjen under tørperioden.

Vådperiode: Spændingerne ved forskellige punkter på linjen før og efter BSVR-installation under vådperiode er vist i figur 2.

Under vådperiode forbedrer installationen af den tovejs BSVR spændingsregulatør spændingerne ved enden af hovedlinjen og på hver grenelinje. Det sikrer ikke kun normal overførsel af strøm fra små vandkraftværker til nettet, men garanterer også kvaliteten af elektricitetsforbrug for brugerne i midten og bagved på linjen.

2.3 Anvendelseseffekter

I henhold til linjens reelle betingelser er den tovejs spændingsregulatør installeret ved pæl 63 på hovedlinjen med en kapacitet på 3000kVA. Med hensyn til de faktiske forhold både under tør- og vådperiode er regulatoren valgt med en justeringsområde på -15% til +15%.

Linjens spændingskvalitet er blevet markant forbedret. Det nedsætter ikke blot grænsespændingen for små vandkraftværker, der transmitterer strøm til det primære net (så vandkraftværkerne ikke behøver at hæve spændingen for meget), men forhøjer også spændingen i linjens startsektion via regulatoren. Dette sikrer, at vandkraftværkerne kan føde strøm ind i nettet, mens det også forhøjer spændingsgodkendelsesprocenten for kunderne på linjen og garanterer et sikkert og stabilt drift af strømnittet.

3. Konklusion

Når den tovejs automatiske spændingsreguleringsenhed anvendes på linjer, der leveres af små vandkraftværker, viser både teoretiske beregninger og praktiske anvendelser, at installation af en tovejs automatiske spændingsregulatør kan forbedre spændingskvaliteten betydeligt, og løse spændingsreguleringskonflikter mellem tør- og vådperiode på en omfattende måde.