Anvendelse af SVR Foder Automatiske Spændingsregulatører i Landlige Distributionsnetværk

1. Introduktion

I de seneste år har den nationale økonomi oplevet en stabil og hurtig udvikling, hvilket har ført til en betydelig stigning i el-forbrug. I landlige elektricitetsnet er der en konstant stigning i belastningen, kombineret med en urimelig fordeling af lokale strømkilder og begrænsede spændingsreguleringskapaciteter i det hovednet, som har resulteret i et betydeligt antal 10 kV lange forsyninger – især i fjerne bjergområder eller områder med svage netstrukturer – hvor forsyningsradiusen overstiger nationale standarder. Dette gør det vanskeligt at sikre spændingskvaliteten ved enden af disse 10 kV linjer, strømfaktoren opfylder ikke kravene, og linjeforspildingen er høj.

På grund af begrænsninger som begrænset finansiering til nettets opbygning og overvejelser om investeringsretur, er det upraktisk at løse alle problemer med lav spændingskvalitet på 10 kV distributionsledninger udelukkende ved at installere mange højspændingsdistributionsstationer eller overdrejet at udvide nettet. Den introducerede 10 kV forsyning automatisk spændingsregulator byder på en teknisk mulig løsning for at håndtere dårlig spændingskvalitet på langafstandsdistributionslinjer med forlænget forsyningsradius.

2. Arbejdsmåde for Spændingsregulator

Den automatiske spændingsregulator SVR (Step Voltage Regulator) består af en hovedkredsløb og en spændingsreguleringscontroller. Hovedkredsløbet består af en trefase autotransformator og en trefase underbelastnings tap-changer (OLTC), som vist på figur 1.

Regulatorenvindingssystemet inkluderer en parallelvinding, en serievinding og en kontrolspændingsvinding:

• Serievindingen er en flertap-coil forbundet mellem input og output via forskellige kontakter på tap-changeren; den regulerer direkte outputspændingen.

• Parallelvindingen fungerer som den fælles vinding af autotransformator, der genererer det magnetiske felt, der er nødvendigt for energioverførsel.

• Kontrolspændingsvindingen, som er vindet over parallelvindingen, fungerer som sekundær til parallelkoilen for at levere driftsstrøm til controlleren og motoren, samt give spændingssignaler til outputmåling.

Arbejdsmåden er som følger: Ved at forbinde taps på serievindingen til forskellige positioner på underbelastnings tap-changeren, ændres turnsforholdet mellem input- og outputvindingerne gennem kontrolleret skift af tap-positioner, hvilket tillader justering af outputspændingen. Afhængigt af anvendelseskrav er underbelastnings tap-changere typisk konfigureret med enten 7 eller 9 tap-positioner, hvilket giver brugerne mulighed for at vælge den passende konfiguration baseret på reelle spændingsreguleringsbehov.

Turnsforholdet mellem primær- og sekundærvindingerne i regulatoren er konsistent med det af en traditionel transformator, dvs.:

3.Anvendelseseksempel
3.1 Nuværende Linje Forhold

En bestemt 10 kV distributionslinje har en hovedforsyningslængde på 15,138 km, konstrueret med to ledertype: LGJ-70 mm² og LGJ-50 mm². Det samlede kapacitiv af distributionstransformatorer langs linjen er 7.260 kVA. Under topbelastningsperioder falder spændingen på 220 V-siden af distributionstransformatorerne i midten-til-enden af linjen ned til så lavt som 175 V.

LGJ-70-lederen har en resistens på 0,458 Ω/km og en reaktans på 0,363 Ω/km. Derfor er den samlede resistens og reaktans fra stationen til Stolpe #97 på hovedforsyningen:
R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω
X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

Baseret på distributionstransformator-kapacitiv og belastningsfaktor langs linjen kan spændingsfaldet fra stationen til Stolpe #97 på hovedforsyningen beregnes som

De brugte symboler defineres som følger:

• Δu — spændingsfald langs linjen (enhed: kV)

• R — linje-resistens (enhed: Ω)

• X — linje-reaktans (enhed: Ω)

• r — resistens pr længdeenhed (enhed: Ω/km)

• x — reaktans pr længdeenhed (enhed: Ω/km)

• P — effektiv effekt på linjen (enhed: kW)

• Q — reaktiv effekt på linjen (enhed: kvar)

Dermed er spændingen ved Stolpe #97 på hovedforsyningen kun:
10,4 kV − 0,77 kV = 9,63 kV.

På samme måde kan spændingen ved Stolpe #178 beregnes til 8,42 kV, og spændingen ved linjens ende er 8,39 kV.

3.2 Forslagne Løsninger

For at sikre spændingskvaliteten, er de primære metoder til spændingsregulering i medium- og lavspændings-distributionsnet:

• Opførsel af en ny 35 kV understation for at forkorte leveringsradiusen for 10 kV.

• Udskiftning af ledere med større tværsnit for at reducere linjebelastningen.

• Installation af linjebaseret reaktiv effekt kompensation - denne metode er dog mindre effektiv for lange linjer med tung belastning.

• Installation af en SVR feeder automatisk spændingsregulator, som tilbyder høj automatisering, fremragende spændingsregulering og fleksibel installation.

Nedenfor sammenlignes tre alternative løsninger for at forbedre spændingskvaliteten ved slutningen af 10 kV "Fakuai" feeder.

3.2.1 Opførsel af ny 35 kV understation

Forventet resultat: En ny understation vil betydeligt forkorte leveringsradiusen, hæve slutspændingen og forbedre den samlede strømkvalitet. Selvom denne løsning er meget effektiv, kræver den en betydelig investering.

3.2.2 Opgradering af 10 kV hovedfeeder

Ændring af linjeparametre indebærer primært øgning af lederens tværsnit. For tæthedsarme områder med småledere dominerer resistive tab det samlede spændingsfald; derfor giver reduktion af ledermodstanden en bemærkelsesværdig forbedring af spændingen. Med denne opgradering kan slutspændingen hæves fra 8,39 kV til 9,5 kV.

3.2.3 Installation af en SVR feeder automatisk spændingsregulator

En 10 kV automatisk spændingsregulator installeres for at løse lavspændingsproblemer nedstrøms fra pæl #161.
Forventet resultat: Slutspændingen kan hæves fra 8,39 kV til 10,3 kV.

Sammenlignende analyse viser, at alternativ 3 er det mest økonomiske og praktiske.

SVR feeder automatisk spændingsreguleringsystem stabiliserer udgangsspændingen ved at justere turnsforholdet i en tre-fased autotransformator, hvilket giver flere vigtige fordele:

• Komplet automatisk, på-lasted spændingsregulering.

• Bruger en stjerneforbundet tre-fased autotransformator - kompakt størrelse og høj kapacitet (≤2000 kVA), egnet til installation mellem pæle.

• Typisk reguleringsspanne: −10% til +20%, tilstrækkelig til at opfylde spændingskravene.

På grundlag af teoretiske beregninger anbefales det at installere en SVR-5000/10-7 (0 til +20%) automatisk spændingsregulator på hovedfeederen. Efter installation kan spændingen ved pæl #141 hæves til:

U₁₆₁ = U × (10/8) = 10,5 kV

hvor:

• U₁₆₁ = spændingen ved regulatorinstallationen efter indkørsel

• 10/8 = maksimal turnsforhold for en regulator med 0 til +20% justeringsinterval

Feltoperation har bekræftet, at SVR-systemet pålideligt følger variationer i indgangsspændingen og opretholder stabil udgangsspænding, hvilket viser dets beviste effektivitet i reduktion af lavspænding.

3.2.4 Gavnanalyse

I forhold til at opføre en ny understation eller udskifte ledere, reducerer installation af en SVR-spændingsregulator betydeligt kapitaludgifter. Det hæver ikke kun linjespændingen til at opfylde nationale standarder - hvilket giver store sociale fordele - men også, under konstante belastningsforhold, reducerer det linje-strømmen ved at hæve spændingen, hvilket nedbringer linjetab og opnår energibesparelser. Dette forbedrer virksomhedens økonomiske effektivitet.

4. Konklusion

For landlige distributionsnet i områder med begrænset fremtidig belastningsvækst - især de, der mangler nærliggende strømkilder, har lange leveringsradiuser, høje linjetab, tung belastning og ingen planlagte 35 kV understationer i nær fremtid - tilbyder brug af SVR feeder automatiske spændingsregulatoren en overbevisende alternativ. Det gør det muligt at udsætte eller eliminere opførsel af 35 kV understationer, mens man effektivt løser lav spændingskvalitet og nedsætter energitab. Da investeringsomkostningen er mindre end en tiendedel af en ny 35 kV understation, leverer SVR-løsningen betydelige sociale og økonomiske fordele og anbefales stærkt til bred anvendelse i landlige strømnet.