SVR jalutusvoolu automaatsete pingeregulaatorite kasutamine maapiirkondades olevates jaotusvõrkudes

1. Sissejuhatus

Viimastel aastatel, kui riiklik majandus on arenenud stabiilselt ja kiiresti, on elektri nõudlus oluliselt kasvanud. Maapiirkondades asuvates võrkudes on koormuse pidev kasv, kohalike energiaallikate ebapiisav paigutus ja peamise võrgu piiratud pingereguleerimisvõime tõttu tekkinud suur arv 10 kV pikki jooni – eriti eemaldes mägipiirkondades või nendes piirkondades, kus võrgustik on nõrgem – mille tarnering läbib riiklike standarde. Seetõttu on raske tagada nende 10 kV joonte lõpus oleva pingehooguse kvaliteet, võimsusfaktor ei vasta nõuetele ja joonkahjundus jääb kõrgeks.

Rakenduspiirangute, nagu piiratud võrguehituse rahastamine ja investeeringute tagasimakse kaalumiste tõttu on praktikas võimatu lahendada kõiki madala pingekvaliteediga probleeme 10 kV jaotusjoontes ainult mitmeid kõrgepingelisi jaotusüleminekuid või võrgu liiga palju laiendades paigutades. Allpool kirjeldatud 10 kV joone automaatne pingeregulaator pakub tehniliselt viivitamatut lahendust pika kaugusega jaotusjoonte hea pingekvaliteedi tagamiseks.

2. Regulaatori tööpõhimõte

SVR (Step Voltage Regulator) automaatne pingeregulaator koosneb peamisest ringist ja pingereguleerimiskontrollist. Peamine ring sisaldab kolmefase autotransformatorit ja kolmefase ladina tap-vahetit (OLTC), nagu näha joonis 1-1.

Reguleerimispüsimoodul sisaldab paralleelsed moodul, sarimoodul ja juhtpingemoodul:

• Sarimoodul on mitme kontaktiga spool, mis on ühendatud sisselaskmise ja väljalaskmise vahel erinevate tap-vahetiku kontaktide kaudu; see reguleerib otse väljastatavat pinget.

• Paralleelsed moodul teeb autotransformatori ühise mooduli, luues energiakandmiseks vajaliku magnetväli.

• Juhtpingemoodul, mis on kehatud paralleelsed moodul üle, toimib paralleelsed moodul sekundaarseks, et tarnida kontrollerile ja mootorile toimimiseks vajalikku energiat ning pakkuda väljundmõõtmiseks vajalikke pingesignale.

Tööpõhimõte on järgmine: Sarimooduli kontaktide ühendamisel tap-vahetiku erinevatele positsioonidele muutub sisselaskmise ja väljalaskmise moodulite vaheline käikude suhe kontrollitud tap-positsioonide vahetamise kaudu, millest tuleneb väljundpinge reguleerimine. Rakendusnõuetega kooskõlas on ladina tap-vahetikud tavaliselt seadistatud kas 7 või 9 tap-positsiooniga, lubades kasutajatel valida sobiva konfiguratsiooni tegeliku pingereguleerimise vajaduse alusel.

Regulaatori primäärmoodulite ja sekundaarmoodulite vaheline käikude suhe on vastavuses tavalise transformaatori käikude suhtega, st.:

3.Rakendusnäide
3.1 Praegune joone seisund

Mõne 10 kV jaotusjoone peamise joone pikkus on 15,138 km, mis on ehitatud kaheks vedeliku tüübiks: LGJ-70 mm² ja LGJ-50 mm². Joone ulatuses asuvate jaotustransformatorite kogukogus on 7 260 kVA. Pinnakulude perioodil langab keskmise osa kuni lõpp-segmentini asuvate jaotustransformatorite 220 V poolt väljastatav pingehoogus kuni 175 V-ni.

LGJ-70 vedeliku vastus on 0,458 Ω/km ja reaktanss 0,363 Ω/km. Seega on koguvastus ja -reaktans substaatsioonist peamise joone pool #97-ni:
R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω
X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

Põhinedes joone ulatuses asuvate jaotustransformatorite kapasiteedil ja koormuse teguril, saab arvutada substaatsioonist peamise joone pool #97-ni oleva pingelanganemise:

Kasutatud sümbolid on määratletud järgmiselt:

• Δu — pingelanganemine joonel (ühik: kV)

• R — joone vastus (ühik: Ω)

• X — joone reaktanss (ühik: Ω)

• r — vastus ühiku pikkuse kohta (ühik: Ω/km)

• x — reaktanss ühiku pikkuse kohta (ühik: Ω/km)

• P — aktiivne võimsus joonel (ühik: kW)

• Q — reageeriv võimsus joonel (ühik: kvar)

Seega on peamise joone pool #97-ni pingehoogus vaid:
10,4 kV − 0,77 kV = 9,63 kV.

Samuti saab arvutada, et pool #178-ni pingehoogus on 8,42 kV ja joone lõpus on 8,39 kV.

3.2 Eelnõud

Pingekvaliteedi tagamiseks on kesk- ja madalpingelises jaotusvõrgus peamised pingereguleerimismeetodid:

• Uus 35 kV alamjaama ehitamine lühendab 10 kV tarneraadiusi.

• Johtmeid suurema ristliku läbimõõduga johtmetega asendatakse, et vähendada joonelaadimist.

• Reaktiivse võimu kompenseerimise seadme paigaldamine – see meetod on aga vähem tõhus pikadel ja rasketel joondel.

• SVR-joone automaatse pingeregulaatori paigaldamine, mis pakub kõrget automatiseerimist, suurepärast pingu reguleerimissooritust ja paindlikku kasutuselevõttu.

Järgnevad kolm alternatiivset lahendust 10 kV "Fakuai" joone lõpuspinge parandamiseks võrreldakse allpool.

3.2.1 Uue 35 kV alamjaama ehitamine

Oodatav tulemus: uus alamjaam lühendaks märkimisväärselt tarneraadiusi, tõstab lõpuspinget ja parandaks üldist elektritarningu kvaliteeti. Kuigi see lahendus on väga tõhus, nõuab see suurt investeeringut.

3.2.2 10 kV peajoone uuendamine

Joone parameetrite muutmine hõlmab peamiselt johtme ristliku läbimõõdu suurendamist. Äärelinnades, kus on väikese ristliku läbimõõduga jooned, domineerib vastupanuvaidus kogu pingu languse osas; seega, vastupanuvaiduse vähendamine annab märkimisväärse pingu paranemise. Selle uuendusega saab lõpuspinget tõsta 8,39 kV-st 9,5 kV-ni.

3.2.3 SVR-joone automaatse pingeregulaatori paigaldamine

Üks 10 kV automaatne pingeregulaator paigaldatakse lahendamaks madala pinge probleeme posti #161 järel.
Oodatav tulemus: lõpuspinget saab tõsta 8,39 kV-st 10,3 kV-ni.

Võrdlusanalüüs näitab, et Variand 3 on kõige majanduslikum ja praktilisem.

SVR-joone automaatne pingeregulaatorsüsteem stabiiliseerib väljundpinge triifase autotransformaatori keeri arvu kohandamise teel, pakkudes mitmeid olulisi eeliseid:

• Täielikult automaatne laadiga pingeregulatsioon.

• Kasutab tähistriifase autotransformaatorit – kompaktne suurus ja suur võimsus (≤2000 kVA), sobilik post-post paigalduseks.

• Tavaline reguleerimisraadius: −10% kuni +20%, piisav pingu nõuetek Kohane.

Teoreetiliste arvutuste põhjal soovitatakse paigaldada üks SVR-5000/10-7 (0 kuni +20%) automaatne pingeregulaator peajoonele. Paigalduse järel saab posti #141 pinget tõsta:

U₁₆₁ = U × (10/8) = 10,5 kV

kus:

• U₁₆₁ = regulaatori paigalduspunkti pinge töölevastuse järel

• 10/8 = maksimaalne keeri suhe regulaatoril, millel on 0 kuni +20% kohandamisraadius

Praktikas on kinnitatud, et SVR-süsteem jälgeb usaldusväärselt sissetuleva pinge muutusi ja säilitab stabiilse väljundpinge, näitades tõhusust madala pinge probleemide lahendamisel.

3.2.4 Eelistuste analüüs

Uue alamjaama ehitamise või johtmete asendamise võrreldes SVR-pingeregulaatori kasutuselevõtmine vähendab märkimisväärselt kapitalikulutusi. See ei ainult tõsta joone pinge riiklike standarditele vastavaks – andes tugevat sotsiaalset kasu – vaid ka, konstantse laadiga, vähendab joone voolu pinge tõstmise kaudu, vähendades joonkaotusi ja säästes energiat. See parandab elektritööstuse majanduslikku tõhusust.

4. Järeldus

Maapiirkondade jaotussüsteemides, kus tuleviku laad kasv on piiratud – eriti neis, kus puudub lähedal olev energiaallikas, tarneraadius on pikk, joonkaotused on suured, laad on raske ning lähiajal ei ole plaanitud uute 35 kV alamjaamade ehitamist – SVR-joone automaatsete pingeregulaatorite kasutamine pakub veenvat alternatiivi. See võimaldab edasi lükata või vältida 35 kV alamjaama ehitamist, samal ajal tõhusalt lahendades madala pinge kvaliteedi ja vähendades energiakaotusi. Arvestades, et selle investeeringu kulud on vähem kui üks kümnend uue 35 kV alamjaama kuludest, toob SVR-lahendus tugevat sotsiaalset ja majanduslikku kasu ning on soovitatav laialdasel kasutusalal maapiirkondade elektrivõrkudes.