Tillämpning av tvåvägsspanningsregulatorer i bergslandets distributionsnät

1. Översikt

Bergsströmnät är utrustade med många små vattenkraftverk, de flesta av vilka är strömkraftverk utan regleringsförmåga. Dessa kraftverk är anslutna till samma linje som elektriska belastningar, vilket ger vissa negativa effekter på drift av elnätet. Det mest framträdande problemet bland dessa är frågan om spänningens kvalitet. Under våtperioden genererar de små vattenkraftverken el till nätet, och bristen på lokal elbalans leder till höjd linjespänning. 

Under torrperioden, på grund av lång linjelängd, liten tråddiameter och låg belastning, är spänningen för slutanvändarna i linjen extremt låg. Eftersom elförsörjning och -produktion är integrerade på samma linje, är riktningen för strömmen i linjen varierande, vilket resulterar i mycket instabil spänning. Installation av tvåvägsautomatiska spänningsregulatorer i långa distributionslinjer kan lösa problemet med spänningskvaliteten. Med fokus på spänningskvalitetsproblem i bergsdistributionslinjer med små vattenkraftverk tar denna artikel Bibei-linjen vid en viss elnätsmyndighet som exempel och föreslår en ny typ av lösning med tvåvägsautomatisk spänningsregulator.

1.1 Grundläggande information om 10kV Bibei-linjen

Som ett typiskt representativt exempel på bergsdistributionsnät, visas den grundläggande informationen om 10kV Bibei-linjen i tabell 1 nedan. 

Statistik över spänningskvalitetsindex för 2012 av 39 distributionstransformatorer i leveransområdet visar att det högsta värdet är 99,8 %, det lägsta är 54,4 %, och endast 6 distributionstransformatorer uppfyller standardkraven för spänningskvalitet, vilket motsvarar 15,3 %. Det högsta registrerade spänningsvärdet är 337 V, vilket överskrider tillåtna värden med 43 %. Spänningsproblemet är framträdande, med frekventa fall av skador på elektriska apparater hos användarna samt många klagomål om spänning.

1.2 Analys av spänningsavvikelser

De huvudsakliga orsakerna till spänningskvalitetsproblemet på Bibei-linjen är följande:

(1) Främjande konflikt mellan våt- och torrperiod. Driftläget för strömföringsvattnarkraftverk är nära relaterat till vatteninflöde. Eftersom den installerade effekten av små vattenkraftverk är betydligt större än belastningskapaciteten, sänds ett stort mängd överflödig elektrisk energi till nätet under våtperioden. Under torrperioden beror den lokala elnätsbelastningen huvudsakligen på tillförsel från nätet, vilket leder till markanta förändringar i driftläge mellan våt- och torrperiod, vilket allvarligt påverkar elkvaliteten och gör det svårt för spänningsnivån i området att nå kvalificerad nivå.

(2) Brist på effektiv schemaläggning och övervakning av små vattenkraftverk. På grund av den lilla enskilda enhetskraften, stora antalet, brett utseende, mångsidiga äganderättigheter och betydande säsongsbaserad inverkan på drift av små vattenkraftverk, är det svårt att uppnå en enhetlig övervakning och kontroll. Därför har lokala justeringar för individuella transformatorområden en insignifikant effekt på förbättring av spänningskvaliteten.

(3) Svår drift och reglering av transformatorer. Linjens strömningsriktning ändras ofta. Under våtperioden genereras ström till nätet, och distributionstransformatorer drivs med tap-changernas justering för spänningsminskning för att säkerställa att slutanvändares spänning inte skadar elektriska apparater på grund av för höga nivåer. Under torrperioden absorberas ström från nätet, och distributionstransformatorer drivs med tap-changernas justering för spänningsökning för att säkerställa att slutanvändares spänning kan användas normalt utan att vara för låg. Därför ändras kraven för spänningsminskning och -ökning av transformatorer ofta, vilket gör det svårt att utföra driftjusteringar i samordning med förändringar i strömningsriktning.

(4) Den huvudtransformator som tillhandahåller ström från det överordnade nätet använder off-load tap-changing med ett litet antal tappar och en begränsad regleringsomfattning.

2. Användning av tvåvägsspänningsreglerande transformatorer

2.1 Valf av lösningar

Genom att studera driftkarakteristiken av bergslagsnät med ett stort antal små vattenkraftverk och analysera lämpligheten av befintliga spänningsregleringsmetoder väljer denna artikel en lösning med automatisk tvåvägsspänningsregulator med stark driftbarhet och god praktisk användbarhet.

2.2 Princip och effekter av tvåvägsvoltsreglerande transformatorer

2.2.1 Arbetsprincip för automatisk voltregelelement för tvåvägsförsörjning

Det automatiska voltregelelementet för tvåvägsförsörjning består huvudsakligen av fyra delar: en trefasautotransformatorvoltsregulator, en trefas påläggningstapbytare, en regleringsenhet och en strömflödesidentifieringsmodul. Strömflödesidentifieringsmodulen upptäcker riktningen för strömmen för att identifiera riktningen för linjens strömflöde och skickar detta signal till regleringsenheten. Regleringsenheten avgör om spänningen ska höjas eller sänkas baserat på spännings- och strömsignaler, sedan kontrollerar den motoroperationen inuti påläggningstapbytaren för att driva tapbytaren att byta tappar. Detta ändrar transformatorns viktkvot för att uppnå automatisk voltsreglering under belastning. Den trefasiga påläggningstapbytaren justerar transformatorns viktkvot för att ändra dess utgångsspänning.

2.2.2 Teoretisk analys av effekt

Torrperiod: Förändringarna i linjespänning före och efter installation av BSVR visas i figur 1.

Under torrperioden, efter installation av det tvåvägsvoltsreglerande elementet BSVR, ökar spänningarna i slutet av huvudlinjen och på varje grenlinje. Detta löser problemet med otillräcklig linjespänning och säkerställer kvaliteten på elanvändningen för användare längs linjen under torrperioden.

Våtperiod: Spänningarna vid olika punkter längs linjen före och efter BSVR-installation under våtperioden visas i figur 2.

Under våtperioden, installationen av det tvåvägsvoltsreglerande elementet BSVR förbättrar spänningarna i slutet av huvudlinjen och på varje grenlinje. Det garanterar inte bara normal strömförsörjning från små vattenkraftverk till nätet utan säkerställer också kvaliteten på elanvändningen för användare i mitten och bakre delen av linjen.

2.3 Tillämpningsresultat

Baserat på de faktiska förhållandena längs linjen installeras det tvåvägsvoltsreglerande elementet vid stolpe 63 på huvudlinjen med kapacitet 3000kVA. Genom att överväga de faktiska förhållandena både under torr- och våtperioder väljs regleringsintervallet som -15% till +15%.

Kvaliteten på spänningen längs denna linje har betydligt förbättrats. Det sänker inte bara tröskelvärdet för spänning för små vattenkraftverk för att matas in i huvudnätet (så att vattenkraftverken inte behöver höja spänningen alltför mycket) utan ökar också spänningen i startsektionen av linjen via reglern. Detta säkerställer att vattenkraftverken kan mata in ström i nätet, samtidigt som det ökar andelen kvalificerad spänning för kunder längs linjen och garanterar säker och stabil drift av elkraftnätet.

3. Slutsats

När det automatiska tvåvägsvoltsreglerande enheten appliceras på linjer som matas av små vattenkraftverk visar både teoretiska beräkningar och praktiska tillämpningar att installation av ett automatiskt tvåvägsvoltsreglerande element kan betydligt förbättra spänningskvaliteten, vilket ger en omfattande lösning på konflikten i spänningsreglering mellan torr- och våtperioder.