Toepassing van tweerichtings automatische spanningregelaars in bergachtige distributienetten

1. Overzicht

Bergachtige distributienetten zijn uitgerust met talrijke kleine waterkrachtcentrales, waarvan de meeste stroomafwaarts werken zonder regelcapaciteit. Deze centrales zijn verbonden aan dezelfde lijn als elektrische belastingen, wat bepaalde negatieve effecten heeft op het netwerkbedrijf. Het meest prominente probleem is dat van de spanningkwaliteit. Tijdens het natte seizoen genereren de kleine waterkrachtcentrales elektriciteit voor het net, en door een gebrek aan lokale energiebalans wordt de lijnspanning verhoogd. 

Tijdens het droge seizoen is, wegens de lange lijnlengte, de kleine draaddiameter en de lage belasting, de spanning bij de eindgebruikers van de lijn extreem laag. Aangezien zowel de energieproductie als de -verdeling op dezelfde lijn geïntegreerd zijn, is de richting van de stroom in de lijn variabel, wat leidt tot een zeer onstabiele spanning. De installatie van bidirectionele automatische spanningregelaars in lange distributielijnen kan het spanningkwaliteitsprobleem oplossen. Met focus op de spanningkwaliteitsproblemen van bergachtige distributielijnen met kleine waterkrachtcentrales, neemt dit artikel de Bibei-lijn van een bepaald Elektriciteitsvoorzieningsbureau als voorbeeld en stelt een nieuw type bidirectionele automatische spanningregelaaroplossing voor.

1.1 Basisinformatie over de 10kV Bibei-lijn

Als een typisch voorbeeld van bergachtige distributienetlijnen, wordt de basisinformatie over de 10kV Bibei-lijn getoond in Tabel 1 hieronder. 

Statistieken over de spanninggehalte-indicatoren van 2012 voor 39 distributietransformatoren in het leveringsgebied laten zien dat het maximumpercentage 99,8% is, het minimum 54,4%, en slechts 6 distributietransformatoren voldoen aan de standaard eisen voor spanninggehalte, wat 15,3% uitmaakt. De hoogste opgenomen spanningwaarde is 337V, wat 43% boven de toegestane waarde ligt. Het spanningprobleem is prominent, met frequente gevallen van schade aan elektrische apparaten bij gebruikers en talrijke klachten over spanning.

1.2 Analyse van spanninganomalieën

De belangrijkste redenen die leiden tot het spanningkwaliteitsprobleem van de Bibei-lijn zijn als volgt:

(1) Opvallende tegenstelling tussen natte en droge seizoenen. De bedrijfsmodus van stuwrivierwaterkrachtinstallaties is nauw verbonden met de waterinvoer. Aangezien de geïnstalleerde capaciteit van kleine waterkrachtcentrales veel groter is dan de belastingscapaciteit, wordt tijdens het natte seizoen een groot overschot aan elektrische energie naar het netwerk getransporteerd. Tijdens het droge seizoen is de lokale stroombelasting voornamelijk afhankelijk van aanvulling door het netwerk, wat resulteert in significante veranderingen in de bedrijfsmodus tussen natte en droge seizoenen, wat de stroomkwaliteit ernstig beïnvloedt en ervoor zorgt dat het spanningsniveau in het gebied moeilijk de gekwalificeerde norm kan halen.

(2) Gebrek aan effectieve planning en monitoring voor kleine waterkrachtcentrales. Vanwege de kleine individuele capaciteit, grote hoeveelheid, wijdverspreide ligging, diverse eigendomsrechten, en aanzienlijke seizoensinvloeden op de operatie van kleine waterkrachtcentrales, is het moeilijk om een uniforme monitoring en controle te realiseren. Daarom hebben lokale aanpassingen voor afzonderlijke transformatorgebieden een onbeduidend effect op de verbetering van de spanningkwaliteit.

(3) Moeilijke bedrijfsregeling van transformatoren. De richting van de lijnstroom verandert vaak. Tijdens het natte seizoen wordt stroom geproduceerd naar het netwerk, en worden distributietransformatoren met tapveranderders aangepast voor spanningverlaging om ervoor te zorgen dat de spanning aan gebruikerszijde niet te hoog is waardoor elektrische apparaten beschadigd raken. Tijdens het droge seizoen wordt stroom uit het netwerk opgenomen, en worden distributietransformatoren met tapveranderders aangepast voor spanningverhoging om ervoor te zorgen dat de spanning aan gebruikerszijde normaal kan worden gebruikt zonder te laag te zijn. Daarom veranderen de eisen voor verminderde en verhoogde werking van transformatoren vaak, waardoor het moeilijk is om de bedrijfsaanpassingen in overeenstemming met de stroomveranderingen uit te voeren.

(4) De hoofdtransformatoren van de bovenliggende stroomvoorziening maken gebruik van belastingsvrije tapverandering met een klein aantal tappen en een beperkt regelbereik.

2. Toepassing van tweerichtingsspanningsregeltransformatoren

2.1 Selectie van oplossingen

Door de operationele kenmerken van bergdistributienetwerken met een groot aantal kleine waterkrachtcentrales te bestuderen en de bruikbaarheid van bestaande spanningregelmethoden te analyseren, kiest dit artikel een bidirectionele automatische spanningregelaaroplossing met sterke hanteerbaarheid en goede praktische toepasbaarheid.

2.2 Principe en effecten van bidirectionele spanningregeltransformatoren

2.2.1 Werking van de bidirectionele voederingsautomaat voor spanningregeling

De bidirectionele voederingsautomaat voor spanningregeling bestaat voornamelijk uit vier delen: een driefasige autotransformator voor spanningregeling, een driefasige tapchanger onder belasting, een controller en een module voor stroomrichtingidentificatie. De module voor stroomrichtingidentificatie detecteert de richting van de stroom om de richting van de lijnstroom te identificeren en stuurt dit signaal naar de controller. De controller beoordeelt op basis van de spanning- en stroomsignalen of de spanning moet worden verhoogd of verlaagd, en controleert vervolgens de motoroperatie binnen de tapchanger onder belasting om de tapchanger te laten schakelen. Hierdoor verandert het spoelverhouding van de transformatoren om automatische spanningregeling onder belasting te bereiken. De driefasige tapchanger onder belasting past de spoelverhouding van de transformatoren aan om de uitvoerspanning te veranderen.

2.2.2 Theoretische effectanalyse

Droge periode: De veranderingen in lijnspanning voor en na de installatie van de BSVR zijn weergegeven in figuur 1.

Tijdens de droge periode neemt na de installatie van de BSVR-bidirectionele spanningregelaar de spanning aan het einde van de hoofdlijn en op elke vertakking toe. Dit lost het probleem van onkwalitatieve lijnspanning op en garandeert de kwaliteit van elektriciteitsgebruik voor gebruikers op de lijn tijdens de droge periode.

Natte periode: De spanningen op verschillende punten van de lijn voor en na de installatie van de BSVR tijdens de natte periode zijn weergegeven in figuur 2.

Tijdens de natte periode verbetert de installatie van de BSVR-bidirectionele spanningregelaar de spanning aan het einde van de hoofdlijn en op elke vertakking. Het zorgt niet alleen voor normale energieoverdracht van kleine waterkrachtcentrales naar het netwerk, maar waarborgt ook de kwaliteit van elektriciteitsgebruik voor gebruikers in het midden en achterste gedeelte van de lijn.

2.3 Toepassingseffecten

Op basis van de werkelijke omstandigheden van de lijn is de bidirectionele spanningregelaar geïnstalleerd op paal 63 van de hoofdlijn met een capaciteit van 3000 kVA. Rekening houdend met de werkelijke omstandigheden van zowel de droge als de natte periode, is het regelbereik van de regelaar gekozen tussen -15% en +15%.

De spanningkwaliteit van deze lijn is aanzienlijk verbeterd. Het verlaagt niet alleen de drempelspanning waarmee kleine waterkrachtcentrales energie kunnen overbrengen naar het hoofdnet (zodat de waterkrachtcentrales de spanning niet overdreven hoeven te verhogen), maar verhoogt ook de spanning in het beginstuk van de lijn via de regelaar. Dit zorgt ervoor dat de waterkrachtcentrales energie kunnen leveren aan het net, terwijl het ook de spanningkwalificatiegraad voor klanten op de lijn verhoogt en de veilige en stabiele werking van het elektriciteitsnet garandeert.

3. Conclusie

Wanneer de bidirectionele automatische spanningregelapparatuur wordt toegepast op lijnen die door kleine waterkrachtcentrales worden gevoed, tonen zowel theoretische berekeningen als praktische toepassingen aan dat de installatie van een bidirectionele voederingsautomaat voor spanningregeling de spanningkwaliteit aanzienlijk kan verbeteren en de spanningregelconflict tussen de natte en droge periodes volledig kan oplossen.