SVR-pisteen automaattisten jänniteohjainten soveltaminen maaseudun jakeluverkkoihin

1. Johdanto

Viime vuosina kansantalouden tasaisen ja nopean kehityksen myötä sähköntarve on kasvanut huomattavasti. Maaseudun sähköverkossa jatkuvasti kasvava kuorma, paikallisten sähkölähteiden epäsuotuisa jakautuminen ja pääverkon rajalliset jännitejohdennuskykyt ovat johtaneet useisiin 10 kV pitkiin syöttöihin – erityisesti syrjäisillä vuoristoseuduilla tai heikoissa verkkostruktuureissa –, joiden toimitusradius ylittää kansalliset standardit. Tämän seurauksena näiden 10 kV linjojen loppuosien jännitelaitteet on vaikea taata, tehokkuustekijä ei täytä vaatimuksia ja linjahäviöt pysyv korkeina.

Rajoitteiden, kuten rajoitetun verkon rakentamisen rahoituksen ja investointipalautumisen huomioon ottamisen vuoksi, kaikkien 10 kV jakeluverkon alavirtajänniteongelmien ratkaiseminen monien korkeajännitejakeluasemien käyttöönotolla tai liian pitkällä verkon laajentamisella on epärealistista. Alla esitellys 10 kV automaattinen jänniteregulaattori tarjoaa teknisesti mahdollisen ratkaisun etäisyysjakeluverkon pitkien linjojen huonon jännitelaitteen parantamiseksi.

2. Jänniteregulaattorin toimintaperiaate

SVR (Step Voltage Regulator) automaattinen jänniteregulaattori koostuu pääpiiristä ja jänniteregulaattio-ohjaimesta. Pääpiiri sisältää kolmivaiheisen automuuntimen ja kolmivaiheisen lastalla tapausmuuntimen (OLTC), kuten kuvassa 1.

Regulaattorin kytkentäjärjestelmä sisältää shunt-kierroksen, sarja-kierroksen ja ohjausjännitekierroksen:

• Sarja-kierros on moniulottainen kiekko, joka on yhdistetty syöttö- ja ulostulo välille eri yhteyksien kautta tapausmuuntimen eri kontakteissa; se säätää suoraan ulostulovirtaa.

• Shunt-kierros toimii automuuntimen yhteisenä kierroksena, tuottaen energiansiirtoon tarvittavan magneettikentän.

• Ohjausjännitekierros, joka on kierretty shunt-kierroksen päälle, toimii shunt-kierroksen toisena osana, joka tarjoaa toimintavirtaa ohjaimelle ja moottorille sekä antaa jännitesignaaleja ulostulomittauksessa.

Toimintaperiaate on seuraava: Yhdistämällä sarja-kierroksen yhteydet eri paikkoihin tapausmuuntimessa, syöttö- ja ulostulokierrosten välinen pyöräytyminensuhde muuttuu kontrolloidun tapahtuman kautta, mikä säädää ulostulovirtaa. Sovelluksen vaatimusten mukaan tapausmuuntimet on yleensä määritetty 7:ään tai 9:een tapaan, mikä mahdollistaa käyttäjien valita sopivan määrityksen oikean jänniteregulaation tarpeiden perusteella.

Regulaattorin ensimmäisen ja toisen kierroksen välinen pyöräytyminensuhde on samankaltainen kuin perinteisessä muuntimessa, eli:

3.Sovellusexample
3.1 Nykyinen linjan tila

Tietyn 10 kV jakeluverkon linjan pääsyöttö on 15,138 km pitkä, ja se on rakennettu kahdella johtotyyppillä: LGJ-70 mm² ja LGJ-50 mm². Linjan varrella olevien jakeluverkkomuuntimien kokonaistyökyky on 7 260 kVA. Huippukuorma-aikoina jakeluverkkomuuntimien 220 V puolella linjan keskiosissa ja loppuosissa jännite laskee jopa 175 V:ään.

LGJ-70-johto on 0,458 Ω/km vastusta ja 0,363 Ω/km reaktanssia. Siksi vastus ja reaktanssi alkaa asemaa #97 pääsyöttössä ovat:
R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω
X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

Linjan varrella olevan jakeluverkkomuuntimen kapasiteetin ja kuormakertoimen perusteella jänniteputoaminen alkaa asemaa #97 pääsyöttössä voidaan laskea

Käytetyt symbolit määritellään seuraavasti:

• Δu — jänniteputoaminen linjan varrella (yksikkö: kV)

• R — linjan vastus (yksikkö: Ω)

• X — linjan reaktanssi (yksikkö: Ω)

• r — vastus yksikkömatkan kohdalla (yksikkö: Ω/km)

• x — reaktanssi yksikkömatkan kohdalla (yksikkö: Ω/km)

• P — linjan aktiivivoima (yksikkö: kW)

• Q — linjan reaktiivivoima (yksikkö: kvar)

Näin ollen aseman #97 jännite pääsyöttössä on vain:
10,4 kV − 0,77 kV = 9,63 kV.

Samalla tavalla aseman #178 jännite voidaan laskea 8,42 kV:ksi, ja linjan loppu on 8,39 kV.

3.2 Ehdotetut ratkaisut

Jännitelaitteen varmistamiseksi keski- ja alavirtaverkkojen pääasialliset jänniteregulaatiomenetelmät sisältävät:

• Uuden 35 kV alijäämän rakentaminen lyhentää 10 kV tarjontasäteen.

• Suurempi leikka-alaan kuin johtimet vähentää linjalastia.

• Linja-pohjainen reaktiivinen teho kompensointi - tämä menetelmä on kuitenkin vähemmän tehokas pitkille linjoille, joilla on raskas lasti.

• SVR-voimalähde automaattisen jännitensäädelyn asennus, joka tarjoaa korkeaa automaatiota, erinomaista jännitensäätösuorituskykyä ja joustavan käyttöönoton.

Alla verrataan kolmea vaihtoehtoista ratkaisua 10 kV "Fakuai" voimalähteen loppuunsa jännityksen parantamiseksi.

3.2.1 Uuden 35 kV alijäämän rakentaminen

Odotettu tulos: uusi alijäämä lyhentäisi huomattavasti tarjontasäteen, nostaisi loppuunsa jännitystä ja parantaisi yleistä sähköntarjonnan laatua. Vaikka tämä ratkaisu on hyvin tehokas, se vaatii merkittävää investointia.

3.2.2 10 kV päävoimalähteen päivitys

Linjan parametrien muuttaminen perustuu pääasiassa johtimen leikka-alan lisäämiseen. Alueilla, joissa väestötiheys on pieni ja johtimet ovat pieniä, vastusmenetykset dominoivat kokonaismuutosta jännitteessä; siten johtimen vastuksen vähentäminen tuottaa huomattavaa jännityksen parannusta. Tämän päivityksen myötä loppuunsa jännitys voidaan nostaa 8,39 kV:sta 9,5 kV:ksi.

3.2.3 SVR-voimalähde automaattisen jännitensäädelyn asentaminen

Yksi 10 kV automaattinen jännitensäädin asennetaan osoittamaan alhaisia jännityksiä #161-pilven jälkeen.
Odotettu tulos: loppuunsa jännitys voidaan nostaa 8,39 kV:sta 10,3 kV:ksi.

Vertailuanalyysi osoittaa, että vaihtoehto 3 on taloudellisesti ja käytännössä paras.

SVR-voimalähde automaattinen jännitensäädelyjärjestelmä vakauttaa ulosjännitettä säätämällä kolmifasistä autotransformatorin vuorokierrosten suhdetta, tarjoten useita keskeisiä etuja:

• Täysin automaattinen, kuormituksessa jännitensäädös.

• Käyttää tähti-yhdistettyä kolmifasista autotransformatoria - kompakti koko ja suuri kapasiteetti (≤2000 kVA), sopiva pilveen-pilveen asennukseen.

• Typoinen säädösalues: −10 % +20 %, riittävä vastaamaan jännitystarkkuihin.

Teoreettisten laskelmien perusteella suositellaan yhden SVR-5000/10-7 (0 to +20 %) automaattisen jännitensäädin asentamista päävoimalähdeeseen. Asennuksen jälkeen jännitys #141-pilvessä voidaan nostaa:

U₁₆₁ = U × (10/8) = 10,5 kV

missä:

• U₁₆₁ = säädin asennuspisteen jännitys käyttöönoton jälkeen

• 10/8 = maksimivuorokierrosten suhde säätöaluetta 0 to +20 %

Kenttätoiminta on vahvistanut, että SVR-järjestelmä seuraa luotettavasti syöttöjännityksen muutoksia ja ylläpitää vakaita ulosjännitteitä, osoittaen todistettua tehokkuutta matalan jännityksen lievittämisessä.

3.2.4 Hyötyanalyysi

Uuden alijäämän rakentamiseen tai johtimien korvaamiseen verrattuna SVR-jännitensäädin käyttöön ottaminen vähentää huomattavasti pääomakustannuksia. Se ei ainoastaan nostaa linjajännitystä kansallisten standardien mukaan - tuodessaan vahvat yhteiskunnalliset hyödyt - mutta myös vakioituina kuorman ehdoin, vähentää linjajännitystä nostamalla jännitystä, mikä vähentää linjahäviöitä ja saavuttaa energiansäästöt. Tämä parantaa sähkölaitoksen taloudellista tehokkuutta.

4. Yhteenveto

Maaseudun sähköverkkojen osalta, joissa tulevaisuuden kuormituksen kasvu on rajallista - erityisesti niissä, joissa läheisiä sähdelähteitä ei ole, tarjontasäteet ovat pitkiä, linjahäviöt ovat suuria, kuormitus on raskasta ja uusia 35 kV alijäämiä ei ole suunniteltu lähitulevaisuudessa - SVR-voimalähde automaattinen jännitensäädin tarjoaa vetovoimaisen vaihtoehdon. Se mahdollistaa 35 kV alijäämän rakentamisen siirtymisen tai poistamisen samalla, kun se tehokkaasti ratkaisee matalan jännityksen laadun ja vähentää energiahäviöitä. Koska sen investointikustannukset ovat alle kymmenesosa uudesta 35 kV alijäämistä, SVR-ratkaisu tuottaa huomattavia yhteiskunnallisia ja taloudellisia hyötyjä ja suositellaan laajalle otettavaksi käyttöön maaseudun sähköverkoissa.