Застосування двосторонніх автоматичних регуляторів напруги у горизонтальних розподільчих мережах

1. Огляд

Гірські розподільчі мережі оснащені багатьма малими гідроелектростанціями, більшість з яких є станціями, що працюють на руслових водотоках без можливості регулювання. Ці станції підключені до однієї лінії разом з електричними споживачами, що призводить до певних негативних впливів на роботу електромережі. Найбільш вирізняючим серед них є проблема якості напруги. У часи вологого сезону малі гідроелектростанції генерують електроенергію для мережі, і через невдале досягнення місцевої балансування потужностей стається підвищена напруга на лінії.

У часи сухого сезону, через довжину лінії, мале діаметр проводів та низьку навантаженість, напруга на кінцевих споживачах лінії дуже низька. Оскільки генерація та постачання електроенергії здійснюються по одній лінії, напрямок потоку енергії по лінії змінюється, що призводить до надзвичайно нестабільної напруги. Встановлення двобічних автоматичних регуляторів напруги на довгих розподільчих лініях може вирішити проблему якості напруги. Зосереджуючись на проблемах якості напруги у гірських розподільчих лініях з малими гідроелектростанціями, ця стаття на прикладі лінії Бібей певної Енергодарництва пропонує новий тип рішення з двобічними автоматичними регуляторами напруги.

1.1 Основна інформація про лінію 10 кВ Бібей

Як типовий представник гірських розподільчих мереж, основна інформація про лінію 10 кВ Бібей представлена у таблиці 1 нижче.

Статистика показників кваліфікації напруги 39 розподільчих трансформаторів у ділянці постачання за 2012 рік свідчить, що максимальний рівень становить 99,8%, мінімальний - 54,4%, і лише 6 розподільчих трансформаторів відповідають стандартним вимогам до кваліфікації напруги, що становить 15,3%. Максимально записане значення напруги становить 337 В, перевищуючи допустиме значення на 43%. Проблема з напругою є значною, з частими випадками пошкодження електроприладів серед користувачів та численними скаргами щодо напруги.

1.2 Аналіз аномалій напруги

Основні причини, що призводять до проблеми якості напруги лінії Бібей, такі:

(1) Значна суперечність між дощовим та сухим сезонами. Режим роботи гідроагрегатів на поточній воді є тісно пов'язаним з притоком води. Оскільки встановлена потужність маленьких гідроелектростанцій значно перевищує навантаження, велика кількість надлишкової електроенергії передається до мережі під час дощового сезону. Під час сухого сезону, місцеве навантаження головним чином залежить від поповнення мережі, що призводить до значних змін у режимі роботи між дощовим та сухим сезонами, що серйозно впливає на якість електроенергії та ускладнює досягнення відповідного рівня напруги у регіоні.

(2) Недолік ефективного диспетчеризації та моніторингу маленьких гідроелектростанцій. Через невелику потужність окремих одиниць, велику кількість, широке розподілення, різні форми власності та значний сезонний вплив на роботу маленьких гідроелектростанцій, важко досягти єдиної системи моніторингу та контролю. Тому, локальні корекції для окремих трансформаторних ділянок мають незначний ефект на покращення якості напруги.

(3) Складність операційного регулювання трансформаторів. Напрямок потоку енергії по лінії часто змінюється. Під час дощового сезону, енергія генерується до мережі, і розподільні трансформатори працюють з налаштуваннями пониження напруги, щоб забезпечити, що напруга на стороні користувача не спалахає електроприлади через надмірні рівні. Під час сухого сезону, енергія поглинається з мережі, і розподільні трансформатори працюють з налаштуваннями підвищення напруги, щоб забезпечити, що напруга на стороні користувача може нормально використовуватися без занадто низьких значень. Тому, вимоги до операцій з пониження та підвищення напруги трансформаторів часто змінюються, що ускладнює координацію операційних налаштувань зі змінами потоку енергії.

(4) Головний трансформатор верхнього рівня постачання використовує регулювання напруги без завантаження з невеликою кількістю ступенів та обмеженим діапазоном регулювання.

2. Застосування двосторонніх регуляторів напруги

2.1 Вибір рішень

Вивчивши особливості роботи гориських розподільних мереж з великою кількістю маленьких гідроелектростанцій та проаналізувавши придатність існуючих методів регулювання напруги, ця стаття вибирає рішення двостороннього автоматичного регулятора напруги з сильним оперативним управлінням та добрею практичністю.

2.2 Принцип і ефекти двобічних трансформаторів регулювання напруги

2.2.1 Принцип роботи двобічного автоматичного регулятора напруги питаючого кабелю

Двобічний автоматичний регулятор напруги питаючого кабелю в основному складається з чотирьох частин: трифазного автотрансформатора регулювання напруги, трифазного комутатора кроків при навантаженні, контролера та модуля ідентифікації потоку енергії. Модуль ідентифікації потоку енергії виявляє напрямок потоку струму, щоб визначити напрямок потоку енергії по лінії, і надсилає цей сигнал контролеру. Контролер робить висновок про те, чи потрібно підвищити або знизити напругу на основі сигналів напруги та струму, а потім керує роботою двигуна всередині комутатора кроків при навантаженні, щоб переключити контакти. Це змінює співвідношення обмоток трансформатора для досягнення автоматичного регулювання напруги при навантаженні. Трифазний комутатор кроків при навантаженні регулює співвідношення обмоток трансформатора, щоб змінити його вихідну напругу.

2.2.2 Теоретичний аналіз ефектів

Сухий сезон: Зміни напруги по лінії перед та після встановлення BSVR показані на малюнку 1.

Під час сухого сезону, після встановлення двобічного регулятора напруги BSVR, напруга на кінці головної лінії та на кожній біківській лінії збільшується. Це вирішує проблему некваліфікованої напруги по лінії та забезпечує якість споживання електроенергії користувачами по лінії під час сухого сезону.

Вологий сезон: Напруги в різних точках лінії перед та після встановлення BSVR під час вологого сезону показані на малюнку 2.

Під час вологого сезону, встановлення двобічного регулятора напруги BSVR покращує напругу на кінці головної лінії та на кожній біківській лінії. Це не лише забезпечує нормальне передачу енергії з малих гідростанцій до мережі, але також гарантує якість споживання електроенергії користувачами в середніх та задніх секціях лінії.

2.3 Ефекти застосування

Згідно з фактичними умовами лінії, двобічний регулятор напруги встановлено на опорі 63 головної лінії зі здатністю 3000 кВА. враховуючи фактичні умови як сухого, так і вологого сезону, діапазон регулювання регулятора вибрано від -15% до +15%.

Якість напруги цієї лінії значно покращилася. Вона не лише знижує порогову напругу для передачі енергії з малих гідростанцій до основної мережі (таким чином, гідростанціям не потрібно занадто підвищувати напругу), але також підвищує напругу на початковому відрізку лінії через регулятор. Це гарантує, що гідростанції можуть підключатися до мережі, одночасно збільшуючи коефіцієнт кваліфікації напруги для клієнтів по лінії та забезпечуючи безпечну та стабільну роботу електромережі.

3. Висновки

При застосуванні пристрою двобічного автоматичного регулювання напруги до ліній, які живляться від малих гідростанцій, как теоретичні розрахунки, так і практичні застосування показують, що встановлення двобічного автоматичного регулятора напруги питаючого кабелю може значно покращити якість напруги, комплексно вирішуючи конфлікт регулювання напруги між вологим та сухим сезонами.