Primjena dvosmjernih automatskih regulatora napona u mrežama za distribuciju struje na području planina

1. Pregled

Gorske distribucijske mreže su opremljene brojnim malim hidroelektranama, većina kojih su staze s toka bez mogućnosti regulacije. Ove stanice su spojene na isti vod kao električne opterećenja, što donosi određene negativne uticaje na operaciju mreže. Najistaknutiji problem među njima je kvaliteta napona. Tijekom kišnate sezone male hidroelektrane generiraju struja u mrežu, a neuspjeh u postizanju lokalne ravnoteže snaga dovodi do povišenog naponskog nivoa na vodu.

Tijekom suhoj sezone, zbog duge duljine voda, tanke šipke i niskog opterećenja, napon na kraju voda kod korisnika je ekstremno nizak. Budući da su proizvodnja i isporuka energije integrirani na istoj vodi, smjer toka snage na vodi varira, što rezultira vrlo nestabilnim naponom. Instalacija dvosmjernih automatiziranih regulatora napona na dugo distribucijskim vodovima može riješiti problem kvalitete napona. Fokusirajući se na probleme kvalitete napona gorskih distribucijskih voda sa malim hidroelektranama, ovaj rad uzima za primjer Bibei liniju određene Elektroprivrede i predlaže novu vrstu rješenja dvosmjernog automatskog regulatora napona.

1.1 Osnovne informacije o 10kV Bibei liniji

Kao tipični predstavnik gorskog distribucijskog mrežnog voda, osnovne informacije o 10kV Bibei liniji prikazane su u tablici 1 ispod. 

Statistike o indikatorima kvalifikacije napona za 2012. godinu za 39 distribucijskih transformatora u području snabdevanja pokazuju da je najveća stopa 99,8%, najmanja 54,4%, a samo 6 distribucijskih transformatora ispunjavaju standardne zahtjeve za stopu kvalifikacije napona, što čini 15,3%. Najveća zabilježena vrijednost napona iznosi 337V, što je 43% više od dopuštenog. Problem s naponom je izražen, s čestim pojavama oštećenja električnih uređaja kod korisnika i brojnim prigovorima vezanim uz napon.

1.2 Analiza anomalija napona

Glavni razlozi koji dovode do problema s kvalitetom napona na Bibei liniji su sljedeći:

(1) Izraženi kontrast između mokre i suhe sezone. Način rada hidroelektrana na toku je blisko povezan s protokom vode. Budući da je instalirana snaga malih hidroelektrana puno veća od kapaciteta opterećenja, tijekom mokre sezone velika količina prekomjernog električnog energije šalje se u mrežu. Tijekom suhe sezone lokalno opterećenje uglavnom ovisi o dopunskoj snabi iz mreže, što rezultira značajnim promjenama u načinu rada između mokre i suhe sezone, te ozbiljno utječe na kvalitet energije te teško je dosegnuti kvalificirani nivo napona u području.

(2) Nedostatak učinkovite raspodjele i nadzora malih hidroelektrana. Zbog male pojedinosti kapaciteta, velikog broja, širokog rasipanja, različitih vrsta vlasništva i značajnog sezonskog utjecaja na rad malih hidroelektrana, teško je postići unificiran nadzor i kontrolu. Stoga lokalne prilagodbe pojedinih transformatorskih područja imaju neznatni učinak na poboljšanje kvalitete napona.

(3) Teško upravljanje i regulacija transformatora. Smjer strujnog toka često mijenja. Tijekom mokre sezone proizvedena energija šalje se u mrežu, a distribucijski transformatori se operiraju s tap changerima podešenim za snižavanje napona kako bi se osiguralo da korisnički napon ne spali uređaje zbog prevelikih razina. Tijekom suhe sezone energija se apsorbira iz mreže, a distribucijski transformatori se operiraju s tap changerima podešenim za podizanje napona kako bi se osiguralo da korisnički napon može normalno koristiti bez da bude prenisak. Stoga se zahtjevi za snižavanjem i podizanjem napona na transformatorima često mijenjaju, što teško učinjava operativne prilagodbe u koordinaciji s promjenama strujnog toka.

(4) Glavni transformator gornjeg stupnja snabdevanja koristi tap changing bez opterećenja s malim brojem stupnjeva i ograničenim opsegom regulacije.

2. Primjena dvosmjernih transformatora za regulaciju napona

2.1 Odabir rješenja

Kroz studiju karakteristika rada distribucijskih mreža u planinskom području sa velikim brojem malih hidroelektrana i analizu primjenjivosti postojećih metoda regulacije napona, ovaj rad bira rješenje dvosmjerne automatske regulatorice napona s jakom operativnosti i dobrom praktičnošću.

2.2 Princip i učinci dvosmjernog uređaja za regulaciju napona

2.2.1 Radni princip dvosmjernog automatskog regulatora napon na vodovodu

Dvosmjerni automatski regulator napon na vodovodu glavno se sastoji od četiri dijela: trofaznog samopreključivog transformatora za regulaciju napona, trofaznog preključivača pod opterećenjem, kontrolera i modula za prepoznavanje toka snage. Modul za prepoznavanje toka snage otkriva smjer struje kako bi identificirao smjer toka snage na liniji i šalje taj signal kontroleru. Kontroler donosi odluku o povećanju ili smanjenju napona temeljem signala napona i struje, zatim upravlja radom motora unutar preključivača pod opterećenjem kako bi pokrenuo promjenu stupnjeva preključivanja. To mijenja omjer zavojnica transformatora kako bi se postigla automatska regulacija napona pod opterećenjem. Trofazni preključivač pod opterećenjem prilagođava omjer zavojnica transformatora kako bi se promijenio njegov izlazni napon.

2.2.2 Analiza teorijskih učinaka

Suha sezona: Promjene napona na liniji prije i poslije instalacije BSVR prikazane su na slici 1.

Tijekom suhe sezone, nakon instalacije dvosmjernog regulatora napon BSVR, naponi na kraju glavne linije i na svakoj graničnoj liniji povećani su. To rješava problem neispravnog napona na liniji i osigurava kvalitetu potrošnje elektriciteta korisnicima na liniji tijekom suhe sezone.

Kisa: Naponi na različitim mjestima linije prije i poslije instalacije BSVR tijekom kiše prikazani su na slici 2.

Tijekom kišne sezone, instalacija dvosmjernog regulatora napon BSVR poboljšava napone na kraju glavne linije i na svakoj graničnoj liniji. Ne samo što osigurava normalnu prenos snage malih hidroelektranama na mrežu, već također jamči kvalitetu potrošnje elektriciteta korisnicima u srednjem i zadnjem dijelu linije.

2.3 Učinci primjene

S obzirom na stvarne uvjete na liniji, dvosmjerni regulator napon je instaliran na stubu 63 glavne linije s kapacitetom od 3000 kVA. Uzimajući u obzir stvarne uvjete i suhe i kišne sezone, raspon prilagodbe regulatora odabran je kao -15% do +15%.

Kvaliteta napona na ovoj liniji značajno je poboljšana. Ne samo što snižava prag napon za prenos snage malih hidroelektranama na glavnu mrežu (tako da hidroelektrane ne moraju previše povećavati napon), već pomoću regulatora povećava napon na početnom dijelu linije. To osigurava da hidroelektrane mogu prenositi snagu u mrežu, a istodobno povećava stopu ispravnosti napona za korisnike na liniji i jamči sigurno i stabilno funkcioniranje elektroenergetske mreže.

3. Zaključak

Kada se dvosmjerni uređaj za automatsku regulaciju napona primijeni na linije opskrbljive male hidroelektrane, teoretski izračuni i praktične primjene pokazuju da instalacija dvosmjernog automatskog regulatora napon na vodovodu može značajno poboljšati kvalitetu napona, kompjelativno rješavajući sukob u regulaciji napona između suhe i kišne sezone.