SVR ავტომატური ვოლტაჟის რეგულატორების გამოყენება სახელმწიფო დისტრიბუციის ქსელებში

1. შესავალი

ბოლო წლებში, ეროვნული ეკონომიკის მდგრადი და სწრაფი განვითარების თანხვედრით, ელექტროენერგიის მოთხოვნა მნიშვნელოვნად გაიზარდა. სოფლის ელექტროქსელებში დატვირთვის უწყვეტი ზრდა, ადგილობრივი ელექტროგადამცემი წყაროების არარაციონალური განაწილება და ძირეული ქსელის შეზღუდული ძაბვის რეგულირების შესაძლებლობები გამოიწვიეს 10 კვ-იანი გრძელი სამარაგე ხაზების მნიშვნელოვანი რაოდენობა – განსაკუთრებით შორეულ მთიან ადგილებში ან იმ რეგიონებში, სადაც ქსელის სტრუქტურა სუსტია – რომელთა მომარაგების რადიუსი აღემატება ეროვნულ სტანდარტებს. შედეგად, ამ 10 კვ-იანი ხაზების ბოლოში ძაბვის ხარისხის გარანტირება რთულია, სიმძლავრის კოეფიციენტი მოთხოვნებს არ აკმაყოფილებს და ხაზის დანაკარგები მაღალი რჩება.

ქსელის მშენებლობის შეზღუდული დანახარჯებისა და ინვესტიციის დაბრუნების გათვალისწინების გამო, პრაქტიკულად შეუძლებელია 10 კვ-იანი სამარაგე ხაზების დაბალი ძაბვის ხარისხის ყველა პრობლემის მხოლოდ მაღალი ძაბვის სადისტრიბუციო ქვესადგურების მასიური დაყენებით ან ქსელის ზედმეტად გაგრძელებით ამოხსნა. ქვემოთ წარმოდგენილი 10 კვ-იანი სამარაგე ხაზის ავტომატური ძაბვის რეგულატორი გაზრდილი მომარაგების რადიუსის მქონე გრძელი სადისტრიბუციო ხაზების ძაბვის ხარისხის დაბალი მაჩვენებლის აღმოსაფხვრელად ტექნიკურად შესაძლებელ ამოხსნას წარმოადგენს.

2. ძაბვის რეგულატორის მუშაობის პრინციპი

SVR (Step Voltage Regulator) ავტომატური ძაბვის რეგულატორი შედგება ძირეული ხაზისა და ძაბვის რეგულირების კონტროლერისგან. ძირეული ხაზი შედგება სამფაზიანი ავტოტრანსფორმატორისა და სამფაზიანი დატვირთვის დროს რეგულირებადი გადართვის მოწყობილობისგან (OLTC), როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე 1.

რეგულატორის ქვეშქსელი შედგება პარალელური ქვეშქსელისგან, მიმდევრობითი ქვეშქსელისგან და კონტროლის ძაბვის ქვეშქსელისგან:

• მიმდევრობითი ქვეშქსელი მრავალი კონტაქტის მქონე კალათია, რომელიც შეერთებულია შემომავალ და გამომავალ მონაკვეთებს რეგულირებადი გადართვის მოწყობილობის სხვადასხვა კონტაქტების მეშვეობით; ის პირდაპირ არეგულირებს გამომავალ ძაბვას.

• პარალელური ქვეშქსელი არის ავტოტრანსფორმატორის საერთო ქვეშქსელი, რომელიც ქმნის ენერგიის გადაცემისთვის საჭირო მაგნიტურ ველს.

• კონტროლის ძაბვის ქვეშქსელი, რომელიც გადახურულია პარალელურ ქვეშქსელზე, არის პარალელური კოჭის მეორადი ქვეშქსელი, რომელიც მომარაგებს კონტროლერისა და ძრავის სამუშაო ძაბვას, ასევე მოწოდებს ძაბვის სიგნალებს გამომავალი სიდიდის გასაზომად.

მუშაობის პრინციპი შემდეგნაირია: მიმდევრობითი ქვეშქსელის განშტოებების შეერთებით რეგულირებადი გადართვის მოწყობილობის სხვადასხვა პოზიციასთან, შემომავალი და გამომავალი ქვეშქსელების შემოვლების შეფარდება იცვლება გადართვის პოზიციების კონტროლირებული გადართვით, რაც კიდევ უფრო მეტად იცვლის გამომავალ ძაბვას. გამოყენების მოთხოვნების მიხედვით, რეგულირებადი გადართვის მოწყობილობები ჩვეულებრივ კონფიგურირებულია 7 ან 9 განშტოებით, რათა მომხმარებლებმა შეძლონ შეარჩიონ შესაბამისი კონფიგურაცია ფაქტობრივი ძაბვის რეგულირების საჭიროების მიხედვით.

რეგულატორის პირველადი და მეორადი ქვეშქსელების შემოვლების შეფარდება შეესაბამება ჩვეულებრივი ტრანსფორმატორის შესაბამის მაჩვენებელს, ანუ:

3. გამოყენების მაგალითი
3.1 მიმდინარე ხაზის პირობები

ერთ-ერთი 10 კვ-იანი სადისტრიბუციო ხაზის ძირეული სამარაგე ხაზის სიგრძე 15.138 კმ-ია, რომელიც აშენებულია ორი ტიპის გამტარით: LGJ-70 მმ² და LGJ-50 მმ². ხაზზე განთავსებული სადისტრიბუციო ტრანსფორმატორების საერთო სიმძლავრე 7,260 კვა-ია. პიკური დატვირთვის პერიოდში, ხაზის შუა და ბოლო მონაკვეთში მდებარე სადისტრიბუციო ტრანსფორმატორების 220 ვ-იან მხარეს ძაბვა ეცემა 175 ვ-მდე.

LGJ-70 გამტარის წინაღობა 0.458 Ω/კმ-ია და რეაქტიული წინაღობა 0.363 Ω/კმ-ია. ამიტომ, ქვესადგურიდან ძირეულ სამარაგე ხაზზე #97 სვეტამდე საერთო წინაღობა და რეაქტიული წინაღობა შედგება:
R = 0.458 × 6.437 = 2.95 Ω
X = 0.363 × 6.437 = 2.34 Ω

ხაზზე განთავსებული სადისტრიბუციო ტრანსფორმატორების სიმძლავრისა და დატვირთვის ფაქტორის მიხედვით, შეგვიძლია გამოვთვალოთ ძაბვის დაცემა ქვესადგურიდან ძირეული სამარაგე ხაზის #97 სვეტამდე:

გამოყენებული სიმბოლოები განიმარტება შემდეგნაირად:

• Δu — ხაზის გასწვრივ ძაბვის დაცემა (ერთეული: კვ)

• R — ხაზის წინაღობა (ერთეული: Ω)

• X — ხაზის რეაქტიული წინაღობა (ერთეული: Ω)

• r — წინაღობა ერთეული სიგრძის მიხედვით (ერთეული: Ω/კმ)

• x — რეაქტიული წინაღობა ერთეული სიგრძის მიხედვით (ერთეული: Ω/კმ)

• P — ხაზზე აქტიური სიმძლავრე (ერთეული: კვტ)

• Q — ხაზზე რეაქტიული სიმძლავრე (ერთეული: კვარ)

შესაბამისად, ძირეული სამარაგე ხაზის #97 სვეტზე ძაბვა უდრის:
10.4 კვ − 0.77 კვ = 9.63 კვ.

ანალოგიურად, #178 სვეტზე ძაბვა შეადგენს 8.42 კვ-ს, ხოლო ხაზის ბოლოში ძაბვა 8.39 კვ-ია.

3.2 შემოთავაზებული ამოხსნები

ძაბვის ხარისხის უზრუნველსაყოფად, საშუალო და დაბალი ძაბვის სადისტრიბუციო ქსელებში ძირეული ძაბვის რეგულირების მეთოდები შეიცავს:

• ახალი 35 kV ქსელის ქვესადგურის შემოსაწყობად 10 kV საწყობის რადიუსის შემცირებით.

• პროვიდენტების ჩანაცვლება უფრო დიდი სექციის მქონე პროვიდენტებით ხაზის ტვირთის შემცირებისთვის.

• ხაზზე დაყენებული რეაქტიული ძალის კომპენსაციის დაყენება—თუმცა, ეს მეთოდი ნაკლებად ეფექტურია გრძელ ხაზებზე და დიდი ტვირთით.

• SVR ფიდერის ავტომატური ძალის რეგულატორის დაყენება, რომელიც შეიძლება ავტომატურად დაყენდეს, განსაზღვრული ძალის რეგულირების სისტემის შესაბამისად და ფლექსიბელად დაყენდეს.

ქვემოთ შედარებით შესაბამისი სამი ალტერნატიული გადაწყვეტილები 10 kV "Fakuai" ფიდერის ბოლოს ძალის ხარისხის გაუმჯობესებისთვის.

3.2.1 ახალი 35 kV ქსელის ქვესადგურის შემოსაწყობა

მოსალოდნელი შედეგი: ახალი ქვესადგური დრასტიულად შემცირებს საწყობის რადიუსს, ამაღლებს ბოლოს ძალას და უზრუნველყოფს ძალის ხარისხის ზოგად გაუმჯობესებას. თუმცა, ეს გადაწყვეტილები მოითხოვს დიდ ინვესტიციებს.

3.2.2 10 kV ძირითადი ფიდერის განახლება

ხაზის პარამეტრების შეცვლა ძირითადად ინვოლვირებს პროვიდენტების სექციის ზრდას. მცირე მოსახლეობის არეალებში და პატარა სექციის პროვიდენტების ხაზებზე რეზისტიული დაკარგულებები ძირითად წარმოადგენს ძალის დაკარგვას, ამიტომ პროვიდენტების რეზისტირების შემცირება შეუძლია დაკარგული ძალის სამართლიანად შეუკავოს. ამ განახლებით ბოლოს ძალა შეიძლება ამაღლდეს 8.39 kV-დან 9.5 kV-მდე.

3.2.3 SVR ფიდერის ავტომატური ძალის რეგულატორის დაყენება

ერთი 10 kV ავტომატური ძალის რეგულატორი დაყენებულია პოლის ნომრით 161-ის ქვემოთ დაბალი ძალის პრობლემის გადაჭრისთვის.
მოსალოდნელი შედეგი: ბოლოს ძალა შეიძლება ამაღლდეს 8.39 kV-დან 10.3 kV-მდე.

შედარებითი ანალიზი აჩვენებს, რომ ვარიანტი 3 არის ყველაზე ეკონომიკური და პრაქტიკული.

SVR ფიდერის ავტომატური ძალის რეგულაციის სისტემა განახორციელებს გამოყოფილი ძალის სტაბილიზაციას სამფაზიანი ავტოტრანსფორმატორის ტურნის რელაციის რეგულირებით, რითაც უზრუნველყოფს რამდენიმე მთავარ ადვილებას:

• სრული ავტომატური, ტვირთით ძალის რეგულირება.

• ასტრონომიული კავშირით დაკავშირებული სამფაზიანი ავტოტრანსფორმატორი—კომპაქტური ზომა და დიდი ენერგიის ერთეული (≤2000 kVA), შესაბამისი პოლის და პოლის შორის დაყენებისთვის.

• ტიპიური რეგულირების დიაპაზონი: −10% დან +20%-მდე, საკმარისი ძალის მოთხოვნების შესასრულებლად.

თეორიული გამოთვლების ფუნდამენტზე, რეკომენდებულია დაყენდეს ერთი SVR-5000/10-7 (0 დან +20%) ავტომატური ძალის რეგულატორი ძირითად ფიდერზე. დაყენების შემდეგ, ძალა პოლის ნომრით 141-ზე შეიძლება ამაღლდეს:

U₁₆₁ = U × (10/8) = 10.5 kV

სადაც:

• U₁₆₁ = რეგულატორის დაყენების წერტილის ძალა დაყენების შემდეგ

• 10/8 = რეგულატორის მაქსიმალური ტურნის რელაცია 0 დან +20%-იანი რეგულირების დიაპაზონით

ველური ოპერაციები დაადასტურებს, რომ SVR სისტემა დარწმუნებულია შეყვანის ძალის ცვლილებების სამუშაო დასასრულით და უზრუნველყოფს გამოყოფილი ძალის სტაბილიზაციას, რითაც დაადასტურებს დაბალი ძალის შესამცირებლად დამახასიათებელ ეფექტს.

3.2.4 სარგებელის ანალიზი

ახალი ქვესადგურის აშენებას ან პროვიდენტების ჩანაცვლებას შედარებით, SVR ძალის რეგულატორის დაყენება ნაკლებად შემცირებს კაპიტალურ ხარჯებს. არ მხოლოდ ამაღლებს ხაზის ძალას ქვეყნის სტანდარტების შესასრულებლად—რითაც უზრუნველყოფს ძლიერ სოციალურ სარგებელს, არამედ, მუდმივი ტვირთის პირობებში, ძალის ამაღლებით შემცირებს ხაზის მიმდევრობას, შემდეგ შემცირებს ხაზის დაკარგულებებს და უზრუნველყოფს ენერგიის ეკონომიას. ეს ამაღლებს ენერგეტიკური კომპანიის ეკონომიკურ ეფექტურობას.

4. დასკვნა

ქვეყანაში შესაბამისი ტვირთის ზრდის შეზღუდული რეგიონების სახელმწიფო დისტრიბუციის ქსელებისთვის—განსაკუთრებით იმ რეგიონებში, სადაც არ არის ახლოს ენერგეტიკური წყარო, დიდი საწყობის რადიუსი, დიდი ხაზის დაკარგულებები, დიდი ტვირთი და არ არის გეგმილი ახალი 35 kV ქვესადგურის აშენება ახლობელი მომავალში—SVR ფიდერის ავტომატური ძალის რეგულატორის გამოყენება შეუძლია დაგეხმაროს ათვლის ან ახალი 35 kV ქვესადგურის აშენების არ შესაძლებლობას და ეფექტურად გადაჭრას დაბალი ძალის ხარისხის და ენერგიის დაკარგვის პრობლემები. მისი ინვესტიციური ხარჯები არის ნაკლები ახალი 35 kV ქვესადგურის ერთი ათეულის შესაბამისად, რითაც უზრუნველყოფს დიდ სოციალურ და ეკონომიკურ სარგებელს და მისი მართვა მრავალფეროვანად რეკომენდებულია სახელმწიფო ენერგეტიკური ქსელებისთვის.