SVR फीडर स्वचालित वोल्टेज रेगुलेटर्स के ग्रामीण वितरण नेटवर्क में अनुप्रयोग

1. परिचय

हाल के वर्षों में, राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के स्थिर और तेज़ विकास के साथ, बिजली की मांग में बहुत बढ़ोतरी हुई है। ग्रामीण विद्युत ग्रिड में, स्थानीय ऊर्जा स्रोतों के अनुपात और मुख्य ग्रिड की वोल्टेज नियंत्रण क्षमता की सीमा के साथ-साथ लोड की लगातार वृद्धि के कारण, विशेष रूप से दूरदराज़ की पहाड़ी क्षेत्रों या कमजोर ग्रिड संरचना वाले क्षेत्रों में, बहुत सारी 10 किलोवोल्ट (kV) लंबी फीडर्स हैं, जिनकी आपूर्ति त्रिज्या राष्ट्रीय मानकों से अधिक है। इस परिणामस्वरूप, इन 10 kV लाइनों के अंत में वोल्टेज की गुणवत्ता सुनिश्चित करना कठिन हो जाता है, पावर फैक्टर आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर पाता, और लाइन नुकसान उच्च रहता है।

ग्रिड निर्माण धन और निवेश लाभ के प्रतिबंधों के कारण, अनेक उच्च वोल्टेज वितरण सबस्टेशनों के निर्माण या ग्रिड को अत्यधिक विस्तारित करके 10 kV वितरण फीडरों पर सभी कम वोल्टेज-गुणवत्ता समस्याओं को हल करना असंभव है। नीचे उल्लिखित 10 kV फीडर स्वचालित वोल्टेज रेगुलेटर दूरी पर वितरित लाइनों पर खराब वोल्टेज गुणवत्ता को संबोधित करने के लिए तकनीकी रूप से व्यवहार्य समाधान प्रदान करता है, जिनकी आपूर्ति त्रिज्या विस्तारित है।

2. वोल्टेज रेगुलेटर का कार्यप्रिंसिपल

SVR (Step Voltage Regulator) स्वचालित वोल्टेज रेगुलेटर मुख्य परिपथ और वोल्टेज नियंत्रण कंट्रोलर से बना होता है। मुख्य परिपथ में एक त्रिफासी ऑटोट्रांसफॉर्मर और एक त्रिफासी ऑन-लोड टैप चेंजर (OLTC) शामिल होता है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।

रेगुलेटर वाइंडिंग प्रणाली श्रृंखला वाइंडिंग, शंकु वाइंडिंग, और नियंत्रण वोल्टेज वाइंडिंग से गुजरती है:

• श्रृंखला वाइंडिंग एक बहु-टैप कोइल है, जो टैप चेंजर के विभिन्न कंटैक्टों के माध्यम से इनपुट और आउटपुट के बीच जुड़ी होती है; यह सीधे आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित करती है।

• शंकु वाइंडिंग ऑटोट्रांसफॉर्मर की सामान्य वाइंडिंग का काम करती है, जो ऊर्जा स्थानांतरण के लिए आवश्यक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है।

• नियंत्रण वोल्टेज वाइंडिंग, जो शंकु वाइंडिंग पर लपेटी गई होती है, शंकु कुंडली की द्वितीयक के रूप में कार्य करती है, जो कंट्रोलर और मोटर के लिए संचालन शक्ति प्रदान करती है, और आउटपुट माप के लिए वोल्टेज संकेत प्रदान करती है।

कार्यप्रिंसिपल निम्नलिखित है: श्रृंखला वाइंडिंग के टैपों को ऑन-लोड टैप चेंजर के विभिन्न स्थानों से जोड़कर, इनपुट और आउटपुट वाइंडिंग के बीच का टर्न अनुपात टैप स्थानों के नियंत्रित स्विचिंग के माध्यम से बदला जाता है, जिससे आउटपुट वोल्टेज को समायोजित किया जा सकता है। अनुप्रयोग की आवश्यकताओं के आधार पर, ऑन-लोड टैप चेंजर आम तौर पर 7 या 9 टैप स्थानों के साथ संरचित किए जाते हैं, जिससे उपयोगकर्ताओं को वास्तविक वोल्टेज नियंत्रण की आवश्यकताओं के आधार पर उपयुक्त विन्यास का चयन करने का विकल्प मिलता है।

रेगुलेटर की प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग के बीच का टर्न अनुपात एक पारंपरिक ट्रांसफॉर्मर के साथ संगत होता है, अर्थात्:

3. अनुप्रयोग उदाहरण
3.1 वर्तमान लाइन की स्थिति

एक 10 kV वितरण लाइन का मुख्य फीडर 15.138 किमी लंबा है, जो दो तार प्रकारों, LGJ-70 mm² और LGJ-50 mm² से निर्मित है। लाइन के साथ वितरण ट्रांसफॉर्मरों की कुल क्षमता 7,260 kVA है। चरम लोड काल में, लाइन के मध्य-अंतिम खंडों में वितरण ट्रांसफॉर्मरों के 220 V तरफ का वोल्टेज निचले सीमा तक 175 V तक गिर जाता है।

LGJ-70 तार का प्रतिरोध 0.458 Ω/km और प्रतिक्रिया 0.363 Ω/km है। इसलिए, सबस्टेशन से मुख्य फीडर के पोल #97 तक कुल प्रतिरोध और प्रतिक्रिया होगा:
R = 0.458 × 6.437 = 2.95 Ω
X = 0.363 × 6.437 = 2.34 Ω

लाइन के साथ वितरण ट्रांसफॉर्मर की क्षमता और लोड गुणांक के आधार पर, सबस्टेशन से पोल #97 तक मुख्य फीडर पर वोल्टेज गिरावट की गणना की जा सकती है

प्रयोग किए गए प्रतीकों की परिभाषा निम्नलिखित है:

• Δu — लाइन के अनुदिश वोल्टेज गिरावट (इकाई: kV)

• R — लाइन प्रतिरोध (इकाई: Ω)

• X — लाइन प्रतिक्रिया (इकाई: Ω)

• r — प्रति लंबाई प्रतिरोध (इकाई: Ω/km)

• x — प्रति लंबाई प्रतिक्रिया (इकाई: Ω/km)

• P — लाइन पर सक्रिय शक्ति (इकाई: kW)

• Q — लाइन पर प्रतिक्रिया शक्ति (इकाई: kvar)

इस प्रकार, मुख्य फीडर पर पोल #97 पर वोल्टेज केवल:
10.4 kV − 0.77 kV = 9.63 kV है।

इसी तरह, पोल #178 पर वोल्टेज 8.42 kV और लाइन के अंत पर 8.39 kV की गणना की जा सकती है।

3.2 प्रस्तावित समाधान

वोल्टेज गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए, मध्य और कम वोल्टेज वितरण नेटवर्क में प्राथमिक वोल्टेज नियंत्रण विधियाँ निम्नलिखित हैं:

• 10 kV आपूर्ति त्रिज्या को छोटा करने के लिए एक नया 35 kV उप-स्टेशन बनाना।

• लाइन लोडिंग को कम करने के लिए बड़े अनुप्रस्थ काट वाले कंडक्टरों से प्रतिस्थापन करना।

• लाइन-आधारित प्रतिक्रियाशील शक्ति क्षतिपूर्ति स्थापित करना—हालाँकि, भारी भार वाली लंबी लाइनों के लिए यह विधि कम प्रभावी है।

• एक SVR फीडर स्वचालित वोल्टेज नियामक स्थापित करना, जो उच्च स्वचालन, उत्कृष्ट वोल्टेज नियमन प्रदर्शन और लचीली तैनाती प्रदान करता है।

नीचे, 10 kV "Fakuai" फीडर पर लाइन के अंत में वोल्टेज गुणवत्ता में सुधार के लिए तीन वैकल्पिक समाधानों की तुलना की गई है।

3.2.1 नया 35 kV उप-स्टेशन निर्माण

अपेक्षित परिणाम: एक नया उप-स्टेशन आपूर्ति त्रिज्या को काफी हद तक छोटा कर देगा, लाइन के अंत में वोल्टेज बढ़ाएगा और समग्र बिजली गुणवत्ता में सुधार करेगा। यह समाधान अत्यधिक प्रभावी है, लेकिन इसमें भारी निवेश की आवश्यकता होती है।

3.2.2 10 kV मुख्य फीडर का उन्नयन

लाइन पैरामीटर को संशोधित करने में मुख्य रूप से कंडक्टर के अनुप्रस्थ काट में वृद्धि शामिल है। कम जनसंख्या वाले क्षेत्रों में छोटे कंडक्टर वाली लाइनों के लिए, प्रतिरोधक क्षति कुल वोल्टेज ड्रॉप पर प्रभावी रहती है; अतः, कंडक्टर प्रतिरोध को कम करने से वोल्टेज में स्पष्ट सुधार होता है। इस उन्नयन के साथ, लाइन के अंत में वोल्टेज 8.39 kV से बढ़कर 9.5 kV हो सकता है।

3.2.3 एक SVR फीडर स्वचालित वोल्टेज नियामक की स्थापना

खंभा #161 के निम्नप्रवाह में निम्न वोल्टेज समस्याओं को दूर करने के लिए एक 10 kV स्वचालित वोल्टेज नियामक स्थापित किया जाता है।
अपेक्षित परिणाम: लाइन के अंत में वोल्टेज 8.39 kV से बढ़कर 10.3 kV तक ले जाया जा सकता है।

तुलनात्मक विश्लेषण से पता चलता है कि विकल्प 3 सबसे अधिक आर्थिक और व्यावहारिक है।

SVR फीडर स्वचालित वोल्टेज नियमन प्रणाली तीन-चरण स्व-ट्रांसफार्मर के टर्न अनुपात को समायोजित करके आउटपुट वोल्टेज को स्थिर करती है, जिसमें कई प्रमुख लाभ हैं:

• पूर्णतः स्वचालित, ऑन-लोड वोल्टेज नियमन।

• तार-संयोजित तीन-चरण स्व-ट्रांसफार्मर का उपयोग करता है—कॉम्पैक्ट आकार और उच्च क्षमता (≤2000 kVA), खंभे से खंभे पर स्थापना के लिए उपयुक्त।

• सामान्य नियमन सीमा: −10% से +20%, वोल्टेज आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पर्याप्त।

सैद्धांतिक गणनाओं के आधार पर, मुख्य फीडर पर एक SVR-5000/10-7 (0 से +20%) स्वचालित वोल्टेज नियामक स्थापित करने की सिफारिश की जाती है। स्थापना के बाद, खंभा #141 पर वोल्टेज बढ़कर निम्नलिखित हो सकता है:

U₁₆₁ = U × (10/8) = 10.5 kV

जहाँ:

• U₁₆₁ = चालू होने के बाद नियामक स्थापना बिंदु पर वोल्टेज

• 10/8 = 0 से +20% समायोजन सीमा वाले नियामक का अधिकतम टर्न अनुपात

क्षेत्र संचालन ने पुष्टि की है कि SVR प्रणाली इनपुट वोल्टेज में बदलाव का विश्वसनीय ढंग से अनुसरण करती है और स्थिर आउटपुट वोल्टेज बनाए रखती है, जो निम्न वोल्टेज कमी में इसकी सिद्ध प्रभावशीलता को दर्शाती है।

3.2.4 लाभ विश्लेषण

नया उप-स्टेशन बनाने या कंडक्टरों को बदलने की तुलना में, SVR वोल्टेज नियामक की तैनाती पूंजीगत व्यय को काफी हद तक कम कर देती है। यह न केवल राष्ट्रीय मानकों को पूरा करने के लिए लाइन वोल्टेज को बढ़ाता है—जिससे मजबूत सामाजिक लाभ मिलते हैं—बल्कि स्थिर लोड स्थितियों के तहत, वोल्टेज बढ़ाकर लाइन धारा को कम करता है, जिससे लाइन नुकसान कम होता है और ऊर्जा बचत होती है। इससे उपयोगिता की आर्थिक दक्षता में सुधार होता है।

4. निष्कर्ष

सीमित भविष्य के भार विकास वाले क्षेत्रों में ग्रामीण वितरण नेटवर्कों के लिए—विशेष रूप से उन क्षेत्रों के लिए जहाँ निकटतम बिजली स्रोत उपलब्ध नहीं हैं, लंबी आपूर्ति त्रिज्या, उच्च लाइन नुकसान, भारी लोडिंग है और निकट अवधि में 35 kV उप-स्टेशन की कोई योजना नहीं है—SVR फीडर स्वचालित वोल्टेज नियामक का उपयोग एक आकर्षक विकल्प प्रदान करता है। यह 35 kV उप-स्टेशन निर्माण को स्थगित या समाप्त करने की अनुमति देता है, जबकि प्रभावी ढंग से निम्न वोल्टेज गुणवत्ता समस्या को हल करता है और ऊर्जा नुकसान को कम करता है। चूँकि इसकी निवेश लागत एक नए 35 kV उप-स्टेशन की लागत के एक-दसवें से भी कम है, SVR समाधान महत्वपूर्ण सामाजिक और आर्थिक लाभ प्रदान करता है और ग्रामीण बिजली ग्रिड में व्यापक अपनाने के लिए अत्यधिक अनुशंसित है।