Rural elektrik şəbəkələrində SVR qidalama avtomatik qəsdərəyici cihazlarının tətbiqi

1. Giriş

Son yıllarda, milli ekonominin istikrarlı ve hızlı gelişimiyle birlikte, elektrik talebi önemli ölçüde artmıştır. Kırsal elektrik şebekelerinde, yerel enerji kaynaklarının mantıksız dağılımı ve ana şebekenin sınırlı gerilim düzenleme yetenekleri nedeniyle, yükün sürekli artması sonucunda, özellikle uzak dağlık bölgelerde veya zayıf şebeke yapılarına sahip bölgelerde, birçok 10 kV uzun besleme hattı, ulusal standartları aşan tedarik yarıçapına sahip olmuştur. Bu nedenle, bu 10 kV hatların ucundaki gerilim kalitesi garantilendirilemiyor, güç faktörü gerekliliklere uymuyor ve hat kayıpları yüksek seviyede kalıyor.

Şebeke inşaat fonlarının sınırlı olması ve yatırım getirisi göz önünde bulundurulduğunda, 10 kV dağıtım besleme hatlarındaki düşük gerilim kalitesi sorunlarını sadece birçok yüksek gerilimli dağıtım alt istasyonu dağıttırarak veya şebekeyi aşırı uzatarak çözmek pratik değildir. Aşağıda tanıtılan 10 kV besleme otomatik gerilim düzenleyici, uzun mesafeli dağıtım hatlarında geniş tedarik yarıçaplarıyla kötü gerilim kalitesini çözmek için teknik olarak uygun bir çözüm sunmaktadır.

2. Gerilim Düzenleyicinin Çalışma Prensibi

SVR (Step Voltage Regulator) otomatik gerilim düzenleyicisi, ana devre ve gerilim düzenleme kontrolcüsünden oluşur. Ana devre, üç fazlı ototransformator ve üç fazlı yük altında tap değiştirici (OLTC) içerir, Şekil 1'de gösterildiği gibi.

Düzenleyici bobin sistemi, paralel bobin, seri bobin ve kontrol gerilim bobinini içerir:

• Seri bobin, girdi ve çıkış arasındaki farklı tap değiştirici kontakları aracılığıyla bağlı çok taplı bir bobindir; doğrudan çıkış gerilimini düzenler.

• Paralel bobin, ototransformatorun ortak bobinidir, enerji transferi için gerekli olan manyetik alanı üretir.

• Kontrol gerilim bobini, paralel bobin üzerinde sarılmış olup, paralel bobinin ikinciliği olarak çalışır, kontrolcü ve motor için çalışma gücü sağlar ve ayrıca çıkış ölçümü için gerilim sinyalleri sağlar.

Çalışma prensibi şu şekildedir: Seri bobinin taplarının, yük altında tap değiştiricinin farklı konumlarına bağlanarak, girdi ve çıkış bobinleri arasındaki tur sayısı oranı, tap pozisyonlarının kontrol edilen değiştirilmesi yoluyla düzenlenir, böylece çıkış gerilimi ayarlanır. Uygulama gereksinimlerine bağlı olarak, yük altında tap değiştiriciler genellikle 7 veya 9 tap pozisyonu ile yapılandırılır, kullanıcıların gerçek gerilim düzenleme ihtiyaçlarına dayalı olarak uygun yapılandırmayı seçmelerine olanak tanır.

Düzenleyicinin birincil ve ikincil bobinleri arasındaki tur sayı oranı, geleneksel bir transformatörle aynıdır, yani:

3. Uygulama Örneği
3.1 Mevcut Hat Koşulları

Belirli bir 10 kV dağıtım hatının ana besleme hattı uzunluğu 15,138 km'dir, LGJ-70 mm² ve LGJ-50 mm² iki iletken tipi kullanılarak inşa edilmiştir. Hattın boyunca dağıtılan dağıtım transformatörlerinin toplam kapasitesi 7,260 kVA'dır. Zirve yük dönemlerinde, hattın orta-son bölümlerindeki dağıtım transformatörlerinin 220 V tarafındaki gerilim 175 V'ye kadar düşmektedir.

LGJ-70 iletkenin direnci 0,458 Ω/km ve reaktansı 0,363 Ω/km'dir. Bu nedenle, ana besleme hatındaki substation ile Kütük #97 arasındaki toplam direnç ve reaktans:
R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω
X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

Hat boyunca dağıtım transformatörü kapasitesine ve yük faktörüne dayanarak, ana besleme hatındaki substation ile Kütük #97 arasındaki gerilim düşüşü hesaplanabilir

Kullanılan simgeler aşağıdaki şekilde tanımlanmıştır:

• Δu — hat boyunca gerilim düşüşü (birim: kV)

• R — hat direnci (birim: Ω)

• X — hat reaktansı (birim: Ω)

• r — birim uzunluk başına direnç (birim: Ω/km)

• x — birim uzunluk başına reaktans (birim: Ω/km)

• P — hat üzerindeki aktif güç (birim: kW)

• Q — hat üzerindeki reaktif güç (birim: kvar)

Bu nedenle, ana besleme hatındaki Kütük #97'deki gerilim sadece:
10,4 kV − 0,77 kV = 9,63 kV'dır.

Benzer şekilde, Kütük #178'deki gerilim 8,42 kV olarak hesaplanabilir ve hat sonundaki gerilim 8,39 kV'dır.

3.2 Önerilen Çözümler

Gerilim kalitesini sağlamak için, orta ve düşük gerilimli dağıtım ağlarında temel gerilim düzenleme yöntemleri şunlardır:

• 35 kV yeni podstansiya tikilməsi, 10 kV təchizat radiusunu qısaldır.

• Daha böyük kesitli izolyatorların qoyulması, xətt yüklünü azaltmaq üçün.

• Xətta əsaslanan reaktiv quvvət kompensasiyasının qurulumu—amma, bu metod ağır yüklu uzun xətlər üçün az effektivdir.

• SVR liniya avtomatik voltaj nisbatiyicisinin qurulumu, bu metod yüksək avtomatlaşdırma, gözəl voltaj nisbati performansı və fleksibil tapşırığı təmin edir.

Aşağıda, 10 kV "Fakuai" liniyasında son xətt voltaj keyfiyyətini artırmaq üçün üç alternativ həll yolu müqayisə olunur.

3.2.1 35 kV Yeni Podstansiya Tikilməsi

Gözlənilən nəticə: Yeni podstansiya təchizat radiusunu ciddi şəkildə qısaldar, son xətt voltajını yüksəltir və ümumi elektrik keyfiyyətini artırır. Bu həll yolu çox effektiv olsa da, bu bir çox investisiya tələb edir.

3.2.2 10 kV Baş Liniyanın Yenilənməsi

Xətt parametrlərinin dəyişdirilməsi əsasən izolyator kesitinin artırılması ilə bağlıdır. Az nüfuslu sahələrdə kiçik izolyatorlu xətlər üzrə rezistiv zədələr ümumi voltaj düşüşünün üstündədir; beləliklə, izolyator mukavemetini azaltmaq gözlənilən voltaj artımına səbəb olur. Bu yeniləmə ilə son xətt voltajı 8.39 kV-dən 9.5 kV-ə qaldırılabilir.

3.2.3 SVR Liniya Avtomatik Voltaj Nisbatiyicisinin Qurulumu

Bir 10 kV avtomatik voltaj nisbatiyici #161 Direktdən sonra gələn nöqtədəki voltaj problemlərini həll etmək üçün quruldu.
Gözlənilən nəticə: Son xətt voltajı 8.39 kV-dən 10.3 kV-ə qaldırılabilir.

Müqayisə analizi göstərir ki, Seçim 3 ən ekonomik və praktikdir.

SVR liniya avtomatik voltaj nisbatiyici sistemi üç fazalı avtotransformatorun sarımlar nisbətini dəyişdirməklə çıxış voltajını sabitləşdirir və bir çox faydalı xüsusiyyətlər təqdim edir:

• Tamamilə avtomatik, yük altında voltaj nisbatiyici.

• Yıldız bağlantılı üç fazalı avtotransformator istifadə edir—kiçik ölçülü və yüksək kapasitə (≤2000 kVA), direkdən direkə qurulumu üçün uyğundur.

• Adi nisbatiyici diapazonu: −10% ilə +20%, voltaj tələblərini ödəmək üçün yetərli.

Teorik hesablar əsasında, baş liniyaya bir SVR-5000/10-7 (0 ilə +20%) avtomatik voltaj nisbatiyicisinin qurulması tövsiyə olunur. Quraşdırmadan sonra #141 Direktdə voltaj aşağıdakı kimi qaldırılacaq:

U₁₆₁ = U × (10/8) = 10.5 kV

burada:

• U₁₆₁ = nisbatiyicinin quraşdırılmasından sonra quraşdırılma nöqtəsindəki voltaj

• 10/8 = 0 ilə +20% nisbatiyici diapazonuna malik nisbatiyicinin maksimum sarımlar nisbəti

Sahədəki operasiyalar SVR sisteminin daxili voltaj dəyişikliklərini nizamlayaraq sabit çıxış voltajını saxlamağa imkan verdi, alçaq voltajın azaldılmasına görə isbat edilmiş effektivliyi göstərdi.

3.2.4 Fayda Analizi

Yeni podstansiya tikilməsi və ya izolyatorların dəyişdirilməsi ilə müqayisədə, SVR voltaj nisbatiyicisinin istismarı kapital xərcləri ciddi şəkildə azaldır. Bu, daimi yük şərtlərində, voltajı yüksəltməklə xətt akımını azaltmaqla, xətt zədələrini azaltmaq və enerji iqtisasa nail olmaq ehtimalıdır. Bu, elektrik şirkətinin iqtisadi effektivliyini artırır.

4. Nəticə

Gelecək yük artımı limitlənmiş, yaxınlıqda enerji mənbələri olmayan, uzun təchizat radiusu, yüksək xətt zədələri, ağır yük və qısa müddət 35 kV podstansiya tikilməsi planlanmayan kənd təchizat şəbəkələrində SVR liniya avtomatik voltaj nisbatiyicilərinin istifadəsi ciddi bir alternatif təklif edir. Bu, 35 kV podstansiya tikilməsinin deferrəlilməsini və ya ləğv edilməsini təmin edir və effektiv şəkildə alçaq voltaj keyfiyyətini həll edir və enerji zədələrini azaldır. Investisiya xərclərinin yeni 35 kV podstansiya tikilməsinin onda birindən daha az olması nəzərə alınarsa, SVR həlli ciddi sosial və iqtisadi faydlar təqdim edir və kənd elektrik şəbəkələrində geniş yayılmasını tövsiyə olunur.