Bruk av toveis automatiske spenningsregulatører i fjellfordelingsnett

1. Oversikt

Fjellområdets distribusjonsnett er utstyrt med mange små vannkraftverk, de fleste av dem er strømkraftverk uten reguleringsevne. Disse kraftverkene er koblet til samme linje som elektriske belastninger, noe som fører til visse negative effekter på drift av strømnettet. Den mest fremtredende utfordringen her er problemet med spenningskvalitet. Under våtsesongen produserer små vannkraftverk strøm til nettet, og mangelen på lokal strømbalansering fører til økt linjespenning.

Under tørresesongen, på grunn av den lange linjelengden, liten tråddiameter og lave belastning, er spenningen for sluttkundene på linjen ekstremt lav. Siden strømproduksjon og -forsyning er integrert på samme linje, er retningen for strømflyt variabel, noe som resulterer i høy grad usikker spenning. Ved å installere toveis forsyningsautomatiske spenningregulatører i lange distribusjonslinjer, kan problemet med spenningskvalitet løses. Med fokus på spenningskvalitetsproblemer for fjellområdets distribusjonslinjer med små vannkraftverk, tar denne artikkelen Bibei-linjen ved et bestemt Fornybar Energi-selskap som eksempel og foreslår en ny type løsning med toveis automatiske spenningregulatører.

1.1 Grunnleggende informasjon om 10kV Bibei-linjen

Som et typisk representant for fjellområdets distribusjonsnett, vises grunnleggende informasjon om 10kV Bibei-linjen i tabell 1 nedenfor.

Statistikk over spenningstilfredshet for 39 distribusjonstransformatorer i leveringsområdet for 2012 viser at den høyeste prosenten er 99,8%, den laveste er 54,4%, og bare 6 distribusjonstransformatorer oppfyller standardkravene for spenningstilfredshet, noe som utgjør 15,3%. Den høyeste registrerte spenningsverdien er 337V, noe som overstiger tillatt verdi med 43%. Spenningsproblemet er fremtredende, med hyppige forekomster av skade på elektriske apparater blant brukere samt mange klagemål om spenning.

1.2 Analyse av spenningsanomalier

De hovedårsakene til spenningskvalitetsproblemet på Bibei-linjen er følgende:

(1) Fremtredende kontrast mellom våt- og tørperiode. Driftsmåten for strømmer fra vannkraftverk er tett knyttet til vanninnstrømmen. Ettersom installert effekt hos små vannkraftverk er mye større enn belastningskapasiteten, sendes en stor mengde overskuddselktrisitet til nettet under våtperioden. Under tørperioden er lokal strømforsyning hovedsakelig avhengig av netttilførsel, noe som fører til betydelige endringer i driftsmåten mellom våt- og tørperiode, noe som alvorlig påvirker strømkvaliteten og gjør det vanskelig å oppnå en godkjent spenningsnivå i området.

(2) Mangel på effektiv ruting og overvåking av små vannkraftverk. På grunn av liten enkeltkapasitet, stor antall, bred fordeling, ulike eiendomsretter, og betydelig sesongmessig innvirkning på drift av små vannkraftverk, er det vanskelig å oppnå en enhetlig overvåking og kontroll. Derfor har lokale justeringer for individuelle transformatorområder lite effekt på forbedring av spenningskvaliteten.

(3) Vanskelig drift og regulering av transformatorer. Retningen av strømflyt på linjen endres ofte. Under våtperioden genereres strøm til nettet, og distribusjonstransformatorer drives med tapendringer justert for spenningsnedgang for å sikre at sluttkundespenningen ikke ødelegger elektriske apparater på grunn av for høye nivåer. Under tørperioden absorberes strøm fra nettet, og distribusjonstransformatorer drives med tapendringer justert for spenningsøkning for å sikre at sluttkundespenningen kan brukes normalt uten å være for lav. Derfor endres kravene til ned- og oppregulering av transformatorer ofte, noe som gjør det vanskelig å utføre driftjusteringer i samordning med endringer i strømflyt.

(4) Hovedtransformator for overordnet strømforsyning bruker lastfri tapendring med få trinn og begrenset reguleringsspann.

2. Anvendelse av toveis spenningsregulerende transformatorer

2.1 Valg av løsninger

Ved å studere driftsegenskapene til fjellfordelingsnett med et stort antall små vannkraftverk og analysere anvendeligheten av eksisterende spenningsreguleringsmetoder, velger denne artikkelen en løsning med toveis automatisk spenningsregulator med sterk driftsoperativitet og god praktisk anvendelighet.

2.2 Prinsipp og effekter av toveis spenningsregulerende transformatorer

2.2.1 Arbeidsprinsipp for toveis automatisk spenningsregulator for uttag

Den toveis automatiske spenningsregulatoren for uttag består hovedsakelig av fire deler: en trefase autotransformatorspenningsregulator, en trefase pålastningsbelasted tapendring, en kontroller og en strømflytidentifikasjonsmodul. Strømflytidentifikasjonsmodulen detekterer strømdireksjonen for å identifisere linjens strømflytdireksjon og sender dette signalet til kontrolleren. Kontrolleren vurderer om spenningen skal økes eller senkes basert på spennings- og strømsignaler, deretter kontrollerer den motorens drift inne i pålastningsbelasted tapendring for å drive tapendringen til å bytte tap. Dette endrer transformatorens vindingsforhold for å oppnå automatisk spenningsregulering under belastning. Den trefase pålastningsbelasted tapendringen justerer transformatorens vindingsforhold for å endre dens utgående spenning.

2.2.2 Teoretisk effektanalyse

Tørresesong: Endringene i linespenning før og etter BSVR-installasjon vises i figur 1.

Under tørresesongen, etter installasjon av BSVR toveis spenningsregulator, økes spenningene ved slutten av hovedlinjen og på hver grenslinje. Dette løser problemet med ugyldig linespenning og sikrer kvaliteten på elektrisitetsforbruket for brukerne på linjen under tørresesongen.

Våtresesong: Spenningene ved ulike punkter på linjen før og etter BSVR-installasjon under våtresesongen vises i figur 2.

Under våtresesongen, forbedrer installasjonen av BSVR toveis spenningsregulator spenningene ved slutten av hovedlinjen og på hver grenslinje. Det sikrer ikke bare normal strømoverføring fra små vannkraftverk til nettet, men sikrer også kvaliteten på elektrisitetsforbruket for brukerne i midten og bakre del av linjen.

2.3 Anvendelseffekter

Basert på linjens faktiske forhold, er den toveis spenningsregulatoren installert ved stolpe 63 på hovedlinjen med en kapasitet på 3000kVA. Med hensyn til de faktiske forholdene både under tørre og våte sesonger, er regulatoren sin justeringsområde valgt som -15% til +15%.

Linjens spenningskvalitet har blitt betydelig forbedret. Det senker ikke bare terskelspenningen for små vannkraftverk som overfører strøm til hovednettet (slik at vannkraftverkene ikke trenger å heve spenningen for mye), men øker også spenningen i linjens startseksjon via regulatoren. Dette sikrer at vannkraftverkene kan matte strøm inn i nettet, samtidig som det øker spenningsgodkjenningsgraden for kunder på linjen og garanterer trygg og stabil drift av strømnettverket.

3. Konklusjon

Når den toveis automatiske spenningsreguleringsenheten brukes på linjer levert av små vannkraftverk, viser både teoretiske beregninger og praktiske anvendelser at installasjon av en toveis uttagsspenningsregulator kan forbedre spenningskvaliteten betydelig, og løse spenningsreguleringskonflikten mellom våt og tør sesonger på en helhetlig måte.