การใช้งานตัวปรับแรงดันอัตโนมัติสองทางในระบบจำหน่ายไฟฟ้าบนภูเขา

1. ภาพรวม

ระบบจำหน่ายไฟฟ้าในภูเขาได้ติดตั้งสถานีผลิตไฟฟ้าจากน้ำขนาดเล็กจำนวนมาก โดยส่วนใหญ่เป็นสถานีที่ไม่มีความสามารถในการควบคุมปริมาณน้ำ สถานีเหล่านี้เชื่อมต่ออยู่บนสายไฟฟ้าเดียวกับโหลดไฟฟ้า ทำให้มีผลกระทบทางลบต่อการดำเนินงานของระบบไฟฟ้า ปัญหาที่เด่นชัดที่สุดคือปัญหาเรื่องคุณภาพแรงดันไฟฟ้า ในฤดูฝน สถานีผลิตไฟฟ้าจากน้ำขนาดเล็กจะผลิตไฟฟ้าเข้าสู่ระบบ และเนื่องจากการไม่สามารถทำให้สมดุลระหว่างกำลังไฟฟ้าท้องถิ่นได้นำไปสู่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นในสายไฟฟ้า

ในฤดูแล้ง เนื่องจากความยาวของสายไฟฟ้า ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางสายไฟฟ้าที่เล็ก และโหลดที่ต่ำ ทำให้แรงดันไฟฟ้าที่ปลายสายสำหรับผู้ใช้ไฟฟ้าลดลงอย่างมาก เมื่อการผลิตและการจ่ายไฟฟ้ารวมอยู่บนสายเดียวกัน ทำให้ทิศทางกระแสไฟฟ้าในสายมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าไม่คงที่ การติดตั้งเครื่องปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติสองทางในสายจำหน่ายไฟฟ้าระยะยาวสามารถแก้ไขปัญหาเรื่องคุณภาพแรงดันไฟฟ้าได้ บทความนี้เน้นที่ปัญหาเรื่องคุณภาพแรงดันไฟฟ้าของสายจำหน่ายไฟฟ้าในภูเขาที่มีสถานีผลิตไฟฟ้าจากน้ำขนาดเล็ก โดยใช้สาย Bibei เป็นตัวอย่างและเสนอวิธีการใหม่สำหรับเครื่องปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติสองทาง

1.1 ข้อมูลพื้นฐานของสาย Bibei 10kV

ในฐานะตัวแทนที่เป็นตัวอย่างของสายจำหน่ายไฟฟ้าในภูเขา ข้อมูลพื้นฐานของสาย Bibei 10kV แสดงไว้ในตารางที่ 1 ด้านล่างนี้

สถิติเกี่ยวกับอัตราการผ่านเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าของปี 2012 สำหรับหม้อแปลงจ่ายไฟ 39 ตัวในพื้นที่ให้บริการแสดงว่า อัตราสูงสุดคือ 99.8% อัตราต่ำสุดคือ 54.4% และมีเพียง 6 ตัวที่ผ่านเกณฑ์มาตรฐานสำหรับอัตราการผ่านเกณฑ์แรงดันไฟฟ้า ซึ่งคิดเป็น 15.3% ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่บันทึกไว้คือ 337V ซึ่งสูงกว่าค่าที่อนุญาตถึง 43% ปัญหาแรงดันไฟฟ้าเป็นเรื่องที่เด่นชัด มีการเสียหายของอุปกรณ์ไฟฟ้าของผู้ใช้และข้อร้องเรียนเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าอยู่บ่อยครั้ง

1.2 การวิเคราะห์ความผิดปกติของแรงดันไฟฟ้า

สาเหตุหลักที่ทำให้เกิดปัญหาคุณภาพแรงดันไฟฟ้าของสาย Bibei ได้แก่:

(1) ความขัดแย้งระหว่างฤดูกาลแล้งและฝนที่เด่นชัด รูปแบบการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบไหลตามธรรมชาติมีความเกี่ยวข้องกับปริมาณน้ำที่เข้ามา เนื่องจากกำลังผลิตของโรงไฟฟ้าขนาดเล็กมากกว่ากำลังโหลดมาก ทำให้มีพลังงานไฟฟ้าเหลือเฟือจำนวนมากถูกส่งเข้าสู่ระบบในฤดูฝน ในขณะที่ในฤดูแล้ง โหลดไฟฟ้าในท้องถิ่นต้องพึ่งพาการเสริมจากระบบไฟฟ้าเป็นหลัก ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงรูปแบบการทำงานระหว่างฤดูฝนและแล้งอย่างมาก ซึ่งส่งผลกระทบต่อคุณภาพไฟฟ้าและทำให้ระดับแรงดันไฟฟ้าในพื้นที่ยากที่จะถึงระดับที่ผ่านเกณฑ์

(2) ขาดการควบคุมและตรวจสอบที่มีประสิทธิภาพสำหรับโรงไฟฟ้าขนาดเล็ก เนื่องจากกำลังผลิตต่อหน่วยเล็ก จำนวนมาก กระจายอยู่ทั่วไป กรรมสิทธิ์หลากหลาย และมีผลกระทบทางฤดูกาลอย่างมาก ทำให้ยากต่อการควบคุมและตรวจสอบแบบรวมศูนย์ ดังนั้น การปรับแต่งเฉพาะพื้นที่ของหม้อแปลงจ่ายไฟมีผลไม่มากในการปรับปรุงคุณภาพแรงดันไฟฟ้า

(3) ความยากในการทำงานและการปรับแต่งของหม้อแปลง ทิศทางกระแสไฟฟ้าบนสายเปลี่ยนแปลงอยู่บ่อยครั้ง ในฤดูฝน กำลังไฟฟ้าถูกผลิตส่งเข้าสู่ระบบ และหม้อแปลงจ่ายไฟทำงานโดยปรับ tap changer เพื่อลดแรงดันเพื่อป้องกันการไหม้ของอุปกรณ์ไฟฟ้าเนื่องจากแรงดันสูงเกินไป ในฤดูแล้ง กำลังไฟฟ้าถูกดูดออกจากระบบ และหม้อแปลงจ่ายไฟทำงานโดยปรับ tap changer เพื่อเพิ่มแรงดันเพื่อให้แรงดันปลายทางสามารถใช้งานได้โดยไม่ต่ำเกินไป ดังนั้น ความต้องการในการลดและเพิ่มแรงดันของหม้อแปลงเปลี่ยนแปลงอยู่บ่อยครั้ง ทำให้ยากต่อการปรับการทำงานให้สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า

(4) หม้อแปลงหลักของแหล่งจ่ายไฟระดับบนใช้วิธีการปรับ tap changer โดยไม่มีโหลด มีจำนวน tap น้อยและมีช่วงการปรับที่จำกัด

2. การประยุกต์ใช้หม้อแปลงปรับแรงดันสองทิศทาง

2.1 การเลือกแนวทางแก้ไข

จากการศึกษาลักษณะการทำงานของระบบจำหน่ายไฟฟ้าในภูเขาที่มีโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กจำนวนมาก และการวิเคราะห์ความเหมาะสมของวิธีการปรับแรงดันที่มีอยู่ บทความนี้เลือกวิธีการใช้หม้อแปลงปรับแรงดันอัตโนมัติสองทิศทางที่มีความสามารถในการปฏิบัติงานและความสะดวกในการใช้งานสูง

2.2 หลักการและผลของการปรับแรงดันแบบสองทิศทางของหม้อแปลงไฟฟ้า

2.2.1 หลักการทำงานของเครื่องปรับแรงดันอัตโนมัติแบบสองทิศทางสำหรับสายส่ง

เครื่องปรับแรงดันอัตโนมัติแบบสองทิศทางสำหรับสายส่งประกอบด้วยส่วนสำคัญสี่ส่วน ได้แก่ หม้อแปลงไฟฟ้าแบบปรับแรงดันเองสามเฟส เครื่องเปลี่ยนช่องทางโหลดสามเฟส ตัวควบคุม และโมดูลระบุทิศทางกระแสไฟฟ้า โมดูลระบุทิศทางกระแสไฟฟ้าตรวจสอบทิศทางของกระแสเพื่อระบุทิศทางของพลังงานในสายส่งและส่งสัญญาณนี้ไปยังตัวควบคุม ตัวควบคุมทำการตัดสินใจว่าจะเพิ่มหรือลดแรงดันตามสัญญาณแรงดันและกระแส จากนั้นควบคุมการทำงานของมอเตอร์ภายในเครื่องเปลี่ยนช่องทางโหลดเพื่อดึงดันให้เครื่องเปลี่ยนช่องทางโหลดเปลี่ยนช่องทาง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อปรับแรงดันอัตโนมัติขณะโหลดอยู่ เครื่องเปลี่ยนช่องทางโหลดสามเฟสปรับอัตราส่วนขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อเปลี่ยนแรงดันขาออก

2.2.2 การวิเคราะห์ผลทางทฤษฎี

ฤดูแล้ง: การเปลี่ยนแปลงของแรงดันในสายส่งก่อนและหลังการติดตั้ง BSVR แสดงในรูปที่ 1

ในช่วงฤดูแล้ง หลังจากติดตั้ง BSVR แรงดันที่ปลายสายส่งหลักและในแต่ละสายสาขาเพิ่มขึ้น ซึ่งแก้ไขปัญหาแรงดันในสายส่งไม่เหมาะสมและรับประกันคุณภาพการใช้ไฟฟ้าของผู้ใช้ในสายส่งในช่วงฤดูแล้ง

ฤดูฝน: แรงดันที่จุดต่าง ๆ ของสายส่งก่อนและหลังการติดตั้ง BSVR ในช่วงฤดูฝนแสดงในรูปที่ 2

ในช่วงฤดูฝน การติดตั้ง BSVR ปรับแรงดันที่ปลายสายส่งหลักและในแต่ละสายสาขา ทำให้สามารถรับประกันการส่งกำลังไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กเข้าสู่ระบบและยังรับประกันคุณภาพการใช้ไฟฟ้าของผู้ใช้ในส่วนกลางและส่วนท้ายของสายส่ง

2.3 ผลจากการใช้งาน

ตามสภาพจริงของสายส่ง ติดตั้งเครื่องปรับแรงดันแบบสองทิศทางที่เสาที่ 63 ของสายส่งหลัก มีความจุ 3000kVA โดยพิจารณาสภาพจริงทั้งในช่วงฤดูแล้งและฤดูฝน ช่วงการปรับของเครื่องปรับแรงดันถูกเลือกเป็น -15% ถึง +15%

คุณภาพแรงดันของสายส่งนี้ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ไม่เพียงแค่ลดแรงดันขั้นต่ำสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กในการส่งกำลังไฟฟ้าเข้าสู่ระบบหลัก (ทำให้โรงไฟฟ้าพลังน้ำไม่จำเป็นต้องเพิ่มแรงดันมากเกินไป) แต่ยังเพิ่มแรงดันที่ส่วนเริ่มต้นของสายส่งผ่านเครื่องปรับแรงดัน ทำให้โรงไฟฟ้าพลังน้ำสามารถส่งกำลังไฟฟ้าเข้าสู่ระบบได้ นอกจากนี้ยังเพิ่มอัตราการผ่านเกณฑ์แรงดันสำหรับลูกค้าในสายส่งและรับประกันการดำเนินงานอย่างปลอดภัยและเสถียรของระบบไฟฟ้า

3. สรุป

เมื่อนำอุปกรณ์ปรับแรงดันอัตโนมัติแบบสองทิศทางมาใช้กับสายส่งที่ได้รับกำลังไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก ทั้งจากการคำนวณทฤษฎีและการประยุกต์ใช้จริงแสดงให้เห็นว่า การติดตั้งเครื่องปรับแรงดันอัตโนมัติแบบสองทิศทางสำหรับสายส่งสามารถปรับปรุงคุณภาพแรงดันได้อย่างมาก แก้ไขข้อขัดแย้งในการปรับแรงดันระหว่างฤดูแล้งและฤดูฝนอย่างครอบคลุม