Penerapan Regulator Tegangan Otomatis Dua Arah dalam Jaringan Distribusi Pegunungan

1. Tinjauan Umum

Jaringan distribusi pegunungan dilengkapi dengan banyak pembangkit listrik tenaga air (PLTA) kecil, sebagian besar di antaranya adalah stasiun aliran sungai tanpa kapasitas regulasi. Stasiun-stasiun ini terhubung ke garis yang sama dengan beban listrik, yang membawa dampak negatif tertentu pada operasi jaringan listrik. Masalah paling menonjol di antaranya adalah masalah kualitas tegangan. Selama musim hujan, PLTA kecil menghasilkan listrik ke jaringan, dan gagalnya pencapaian keseimbangan daya lokal menyebabkan kenaikan tegangan garis. 

Selama musim kemarau, karena panjang garis yang lama, diameter kawat kecil, dan beban rendah, tegangan di pengguna akhir garis sangat rendah. Sebagai hasil dari integrasi pembangkitan dan penyediaan daya dalam satu garis yang sama, arah aliran daya garis berubah-ubah, mengakibatkan tegangan yang sangat tidak stabil. Pemasangan regulator tegangan otomatis dua arah dalam garis distribusi panjang dapat memecahkan masalah kualitas tegangan. Fokus pada masalah kualitas tegangan jaringan distribusi pegunungan dengan PLTA kecil, makalah ini mengambil contoh Garis Bibei 10kV dari suatu Biro Penyediaan Listrik dan mengusulkan solusi baru untuk regulator tegangan otomatis dua arah.

1.1 Informasi Dasar Garis Bibei 10kV

Sebagai perwakilan yang typikal dari garis jaringan distribusi pegunungan, informasi dasar Garis Bibei 10kV ditunjukkan dalam Tabel 1 di bawah ini. 

Statistik tentang indikator kualifikasi tegangan pada tahun 2012 untuk 39 transformator distribusi di area pasokan menunjukkan bahwa tingkat maksimum adalah 99,8%, minimum adalah 54,4%, dan hanya 6 transformator distribusi yang memenuhi standar persyaratan kualifikasi tegangan, atau sekitar 15,3%. Nilai tegangan tertinggi yang tercatat adalah 337V, melebihi nilai yang diperbolehkan sebesar 43%. Masalah tegangan sangat menonjol, dengan seringnya kerusakan peralatan listrik pengguna dan banyaknya keluhan mengenai tegangan.

1.2 Analisis Anomali Tegangan

Alasan utama yang menyebabkan masalah kualitas tegangan pada Jalur Bibei adalah sebagai berikut:

(1) Kontradiksi yang mencolok antara musim hujan dan kemarau. Mode operasi unit hidro pembangkit aliran sungai berkaitan erat dengan aliran air. Karena kapasitas terpasang stasiun hidro kecil jauh lebih besar daripada kapasitas beban, maka sejumlah besar energi listrik surplus ditransmisikan ke jaringan selama musim hujan. Selama musim kemarau, beban pasokan listrik lokal sebagian besar bergantung pada suplemen jaringan, yang mengakibatkan perubahan signifikan dalam mode operasi antara musim hujan dan kemarau, sehingga sangat mempengaruhi kualitas daya dan membuat sulit bagi tingkat tegangan di daerah tersebut untuk mencapai level yang memenuhi syarat.

(2) Kurangnya penjadwalan dan pemantauan efektif untuk stasiun hidro kecil. Dikarenakan kapasitas tunggal yang kecil, jumlah yang banyak, penyebaran yang luas, kepemilikan yang beragam, dan dampak musiman yang signifikan terhadap operasi stasiun hidro kecil, sulit untuk mencapai pemantauan dan kontrol yang terpadu. Oleh karena itu, penyesuaian lokal untuk area transformator individu memiliki efek yang tidak signifikan dalam meningkatkan kualitas tegangan.

(3) Sulitnya operasi dan regulasi transformator. Arah arus listrik garis sering berubah. Selama musim hujan, listrik dihasilkan ke jaringan, dan transformator distribusi dioperasikan dengan pengaturan tap changer untuk menurunkan tegangan agar tegangan ujung pengguna tidak merusak peralatan listrik akibat tingginya tingkat. Selama musim kemarau, listrik diserap dari jaringan, dan transformator distribusi dioperasikan dengan pengaturan tap changer untuk menaikkan tegangan agar tegangan ujung pengguna dapat digunakan secara normal tanpa terlalu rendah. Oleh karena itu, persyaratan untuk operasi turun dan naik transformator sering berubah, membuat sulit untuk melakukan penyesuaian operasi yang sinkron dengan perubahan arus listrik.

(4) Transformator utama pasokan atas menggunakan pengaturan tap tanpa beban dengan jumlah tap yang sedikit dan rentang pengaturan yang terbatas.

2. Penerapan Transformator Regulasi Tegangan Dua Arah

2.1 Pemilihan Solusi

Dengan mempelajari karakteristik operasional jaringan distribusi pegunungan dengan sejumlah besar stasiun hidro kecil dan menganalisis kesesuaian metode regulasi tegangan yang ada, makalah ini memilih solusi regulator tegangan otomatis dua arah dengan operabilitas yang kuat dan keterapannya yang baik.

2.2 Prinsip dan Efek Trafo Regulator Tegangan Dua Arah

2.2.1 Prinsip Kerja Regulator Tegangan Otomatis Umpan Dua Arah

Regulator tegangan otomatis umpan dua arah terutama terdiri dari empat bagian: regulator tegangan autotransformator tiga fasa, pemilih tap beban tiga fasa, pengontrol, dan modul identifikasi aliran daya. Modul identifikasi aliran daya mendeteksi arah arus untuk mengidentifikasi arah aliran daya pada garis dan mengirim sinyal ini ke pengontrol. Pengontrol membuat penilaian apakah akan menaikkan atau menurunkan tegangan berdasarkan sinyal tegangan dan arus, kemudian mengendalikan operasi motor di dalam pemilih tap beban untuk mendorong pemilih tap beralih tap. Ini mengubah rasio putaran transformator untuk mencapai regulasi tegangan otomatis dengan beban. Pemilih tap beban tiga fasa menyesuaikan rasio putaran transformator untuk mengubah tegangan outputnya.

2.2.2 Analisis Efek Teoretis

Musim Kemarau:Perubahan tegangan garis sebelum dan setelah pemasangan BSVR ditunjukkan pada Gambar 1.

Selama musim kemarau, setelah pemasangan BSVR regulator tegangan dua arah, tegangan di ujung garis utama dan pada setiap garis cabang meningkat. Ini memecahkan masalah kualifikasi tegangan garis yang tidak memenuhi syarat dan memastikan kualitas konsumsi listrik bagi pengguna pada garis selama musim kemarau.

Musim Hujan:Tegangan pada berbagai titik garis sebelum dan sesudah pemasangan BSVR selama musim hujan ditunjukkan pada Gambar 2.

Selama musim hujan, pemasangan BSVR regulator tegangan dua arah meningkatkan tegangan di ujung garis utama dan pada setiap garis cabang. Ini tidak hanya memastikan transmisi daya normal dari pembangkit listrik tenaga air kecil ke jaringan tetapi juga menjamin kualitas konsumsi listrik pengguna di bagian tengah dan belakang garis.

2.3 Efek Aplikasi

Berdasarkan kondisi aktual garis, regulator tegangan dua arah dipasang pada Tiang 63 garis utama dengan kapasitas 3000kVA. Memperhitungkan kondisi aktual baik musim kemarau maupun musim hujan secara komprehensif, rentang penyesuaian regulator dipilih sebagai -15% hingga +15%.

Kualitas tegangan garis ini telah meningkat signifikan. Ini tidak hanya menurunkan tegangan ambang batas untuk pembangkit listrik tenaga air kecil untuk mentransmisikan daya ke jaringan utama (sehingga pembangkit listrik tenaga air tidak perlu menaikkan tegangan secara berlebihan) tetapi juga meningkatkan tegangan di bagian awal garis melalui regulator. Ini memastikan bahwa pembangkit listrik tenaga air dapat menyuplai daya ke jaringan, sambil juga meningkatkan tingkat kualifikasi tegangan bagi pelanggan pada garis dan menjamin operasi aman dan stabil jaringan listrik.

3. Kesimpulan

Ketika perangkat regulasi tegangan otomatis dua arah diterapkan pada garis yang disuplai oleh pembangkit listrik tenaga air kecil, baik perhitungan teoretis maupun aplikasi praktis menunjukkan bahwa pemasangan regulator tegangan umpan dua arah dapat sangat meningkatkan kualitas tegangan, secara komprehensif menyelesaikan konflik regulasi tegangan antara musim kemarau dan musim hujan.