농촌 배전 네트워크에서 SVR 피더 자동 전압 조정기의 적용

1. 서론

최근 몇 년 동안 국가 경제의 안정적이고 빠른 발전에 따라 전력 수요가 크게 증가했습니다. 농촌 전력망에서는 지속적인 부하 증가와 지역 전력원의 불합리한 분포, 주요 전력망의 제한된 전압 조절 능력으로 인해 많은 수의 10 kV 장거리 피더—특히 원격 산간 지역이나 전력망 구조가 취약한 지역—에서 공급 반경이 국가 표준을 초과하고 있습니다. 그 결과, 이러한 10 kV 선로의 끝에서 전압 품질을 보장하기 어렵고, 전력 인자가 요구 사항을 충족하지 못하며, 선로 손실이 높게 유지되고 있습니다.

전력망 건설 자금의 제약과 투자 수익률 고려 등으로 인해, 많은 고전압 배전소를 배치하거나 전력망을 과도하게 확장하는 것만으로 10 kV 배전 피더의 모든 저전압 품질 문제를 해결하는 것은 현실적으로 불가능합니다. 아래에 소개되는 10 kV 피더 자동 전압 조절기는 긴 공급 반경을 가진 장거리 배전선로의 저전압 품질 문제를 기술적으로 해결 가능한 방법을 제공합니다.

2. 전압 조절기의 작동 원리

SVR(Step Voltage Regulator) 자동 전압 조절기는 주 회로와 전압 조절 컨트롤러로 구성됩니다. 주 회로는 3상 자동변압기와 3상 부하중 탭 체인저(OLTC)로 구성되며, 도표 1에 도시되어 있습니다.

조절기 와인딩 시스템은 병렬 와인딩, 직렬 와인딩, 제어 전압 와인딩을 포함합니다:

• 직렬 와인딩은 입력과 출력 사이에 탭 체인저의 다른 접점으로 연결된 다중 탭 코일이며, 직접 출력 전압을 조절합니다.

• 병렬 와인딩은 자동변압기의 공통 와인딩으로, 에너지 전달에 필요한 자기장을 생성합니다.

• 제어 전압 와인딩은 병렬 와인딩 위에 감아져 있으며, 제어기와 모터의 운전 전력을 공급하고 출력 측정을 위한 전압 신호를 제공합니다.

작동 원리는 다음과 같습니다: 직렬 와인딩의 탭을 탭 체인저의 다른 위치에 연결함으로써, 입력과 출력 와인딩 사이의 차수 비율을 제어된 탭 위치 스위칭을 통해 변경하여 출력 전압을 조정합니다. 적용 요구사항에 따라, 부하중 탭 체인저는 일반적으로 7개 또는 9개의 탭 위치로 구성되며, 사용자는 실제 전압 조절 필요성에 따라 적절한 구성을 선택할 수 있습니다.

조절기의 일차와 이차 와인딩 사이의 차수 비율은 일반 변압기와 일치합니다. 즉:

3. 적용 예
3.1 현재 선로 상태

특정 10 kV 배전선로는 주 피더 길이가 15.138 km이며, LGJ-70 mm²와 LGJ-50 mm² 두 가지 유형의 도체로 구성되어 있습니다. 선로를 따라 배치된 배전변압기의 총 용량은 7,260 kVA입니다. 최대 부하 기간 동안 선로 중앙부터 끝까지의 배전변압기 220 V 측의 전압은 175 V까지 하락합니다.

LGJ-70 도체의 저항은 0.458 Ω/km이고, 반응은 0.363 Ω/km입니다. 따라서 변전소에서 주 피더의 폴 #97까지의 총 저항과 반응은:
R = 0.458 × 6.437 = 2.95 Ω
X = 0.363 × 6.437 = 2.34 Ω

선로를 따라 배치된 배전변압기의 용량과 부하 계수를 기반으로, 변전소에서 주 피더의 폴 #97까지의 전압 강하를 계산할 수 있습니다.

사용된 기호는 다음과 같이 정의됩니다:

• Δu — 선로의 전압 강하 (단위: kV)

• R — 선로 저항 (단위: Ω)

• X — 선로 반응 (단위: Ω)

• r — 단위 길이당 저항 (단위: Ω/km)

• x — 단위 길이당 반응 (단위: Ω/km)

• P — 선로의 유효 전력 (단위: kW)

• Q — 선로의 무효 전력 (단위: kvar)

따라서, 주 피더의 폴 #97에서의 전압은:
10.4 kV − 0.77 kV = 9.63 kV 입니다.

마찬가지로, 폴 #178에서의 전압은 8.42 kV로 계산될 수 있고, 선로 끝에서의 전압은 8.39 kV입니다.

3.2 제안된 해결책

전압 품질을 보장하기 위해, 중·저압 배전망에서의 주요 전압 조절 방법에는 다음과 같은 것이 포함됩니다:

• 35kV 변전소를 신축하여 10kV 공급 반경을 줄입니다.

• 선로 부하를 줄이기 위해 더 큰 단면적의 도체로 교체합니다.

• 선로 기반의 무효력 보상 장치를 설치하나 이 방법은 장거리 중부하 선로에서는 효과가 적습니다.

• SVR 피더 자동 전압 조정기를 설치하면 높은 자동화 수준과 우수한 전압 조정 성능, 유연한 배치가 가능합니다.

다음은 10kV "Fakuai" 피더의 말단 전압 품질 개선을 위한 세 가지 대안 솔루션을 비교합니다.

3.2.1 새로운 35kV 변전소 건설

예상 결과: 새로운 변전소는 공급 반경을 크게 줄이고 말단 전압을 높여 전반적인 전력 품질을 개선합니다. 매우 효과적이지만 이 솔루션은 상당한 투자를 필요로 합니다.

3.2.2 10kV 주 피더 업그레이드

선로 매개변수 수정은 주로 도체 단면적을 증가시키는 것을 포함합니다. 인구 밀도가 낮고 작은 도체 선로가 있는 지역에서는 저항 손실이 총 전압 강하의 대부분을 차지하므로 도체 저항을 줄임으로써 눈에 띄는 전압 개선 효과를 얻을 수 있습니다. 이 업그레이드로 말단 전압을 8.39kV에서 9.5kV로 높일 수 있습니다.

3.2.3 SVR 피더 자동 전압 조정기 설치

Pole #161 하류의 저전압 문제를 해결하기 위해 10kV 자동 전압 조정기를 설치합니다.
예상 결과: 말단 전압을 8.39kV에서 10.3kV로 높일 수 있습니다.

비교 분석 결과 옵션 3이 가장 경제적이고 실용적임을 나타냈습니다.

SVR 피더 자동 전압 조정 시스템은 3상 자동변압기의 회전수 비율을 조정하여 출력 전압을 안정화시켜 몇 가지 주요 이점을 제공합니다:

• 완전 자동, 부하 상태에서의 전압 조정.

• 별형 연결 3상 자동변압기 사용—콤팩트한 크기와 높은 용량(≤2000kVA), 폴대 간 설치에 적합.

• 표준 조정 범위: −10% ~ +20%, 전압 요구 사항 충족에 충분.

이론적 계산에 따라 주 피더에 하나의 SVR-5000/10-7 (0 to +20%) 자동 전압 조정기를 설치하는 것이 권장됩니다. 설치 후 Pole #141의 전압은 다음과 같이 높아집니다:

U₁₆₁ = U × (10/8) = 10.5kV

여기서:

• U₁₆₁ = 조정기 설치 후 조정기 설치 지점의 전압

• 10/8 = 0 to +20% 조정 범위의 조정기의 최대 회전수 비율

현장 운전 결과 SVR 시스템은 입력 전압 변화를 신뢰성 있게 추적하고 안정된 출력 전압을 유지하며, 저전압 완화에 입증된 효과를 보였습니다.

3.2.4 이익 분석

새로운 변전소 건설이나 도체 교체와 비교해 SVR 전압 조정기 배치는 초기 투자를 크게 줄입니다. 이는 국가 표준을 충족하는 라인 전압을 높여 사회적 이익을 제공할 뿐만 아니라 일정 부하 조건 하에서 전압을 높여 라인 전류를 줄임으로써 라인 손실을 감소시키고 에너지 절약을 달성하여 유틸리티의 경제 효율성을 향상시킵니다.

4. 결론

미래 부하 증가가 제한적인 농촌 배전 네트워크—특히 근처에 전력 공급원이 없고 공급 반경이 길며 선로 손실이 크고 부하가 높으며 가까운将来的电力增长有限的农村配电网络——特别是附近没有电源、供电半径长、线路损耗大、负荷重且近期没有计划建设35kV变电站的地区，使用SVR馈线自动电压调节器提供了一种有吸引力的替代方案。它能够推迟或取消35kV变电站的建设，同时有效解决低电压质量和减少能源损耗。考虑到其投资成本仅为新35kV变电站的十分之一，SVR解决方案带来了显著的社会和经济效益，并强烈建议在农村电网中广泛采用。 请注意，最后一段内容似乎未被翻译成韩语，请允许我继续完成剩余部分的翻译：

미래의 전력 부하 증가가 제한적인 농촌 배전 네트워크—특히 근처에 전력 공급원이 없고 공급 반경이 길며 선로 손실이 크고 부하가 높으며 가까운 미래에 35kV 변전소 건설이 예정되어 있지 않은 지역—에서 SVR 피더 자동 전압 조정기의 사용은 유망한 대안을 제공합니다. 이는 35kV 변전소 건설을 연기하거나 취소하면서 저전압 품질 문제를 효과적으로 해결하고 에너지 손실을 줄이는 데 도움이 됩니다. 투자 비용이 새로운 35kV 변전소의 1/10 미만인 것으로 고려할 때, SVR 솔루션은 상당한 사회적 및 경제적 이익을 제공하며 농촌 전력망에서 광범위하게 채택될 것을 강력히 권장합니다.