Penggunaan Penstabil Voltan Automatik SVR Feeder dalam Rangkaian Pengagihan Luar Bandar

1. Pengenalan

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan perkembangan ekonomi nasional yang stabil dan pesat, permintaan tenaga listrik telah meningkat secara signifikan. Dalam jaringan listrik pedesaan, peningkatan beban yang berkelanjutan, dikombinasikan dengan distribusi sumber daya listrik lokal yang tidak rasional dan kemampuan pengaturan tegangan utama jaringan yang terbatas, telah mengakibatkan sejumlah besar pemancar 10 kV panjang—terutama di daerah pegunungan terpencil atau daerah dengan struktur jaringan yang lemah—yang radius pasokannya melebihi standar nasional. Akibatnya, kualitas tegangan di ujung garis 10 kV ini sulit untuk dijamin, faktor daya gagal memenuhi persyaratan, dan kerugian garis tetap tinggi.

Karena keterbatasan seperti dana konstruksi jaringan yang terbatas dan pertimbangan pengembalian investasi, tidak praktis untuk menyelesaikan semua masalah kualitas tegangan rendah pada pemancar distribusi 10 kV hanya dengan mengerahkan banyak substasi distribusi tekanan tinggi atau memperpanjang jaringan secara berlebihan. Penyesuaian tegangan otomatis 10 kV yang diperkenalkan di bawah ini menawarkan solusi teknis yang dapat dilakukan untuk mengatasi kualitas tegangan yang buruk pada garis distribusi jarak jauh dengan radius pasokan yang diperpanjang.

2. Prinsip Kerja Regulator Tegangan

Regulator tegangan otomatis SVR (Step Voltage Regulator) terdiri dari rangkaian utama dan pengontrol penyesuaian tegangan. Rangkaian utama terdiri dari autotransformator tiga fasa dan on-load tap changer (OLTC) tiga fasa, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1.

Sistem gulungan regulator termasuk gulungan paralel, gulungan seri, dan gulungan tegangan kontrol:

• Gulungan seri adalah kumparan multi-tap yang terhubung antara input dan output melalui kontak-kontak tap changer yang berbeda; ia secara langsung mengatur tegangan output.

• Gulungan paralel berfungsi sebagai gulungan umum dari autotransformator, menghasilkan medan magnet yang diperlukan untuk transfer energi.

• Gulungan tegangan kontrol, yang dibungkus di atas gulungan paralel, bertindak sebagai sekunder dari gulungan paralel untuk menyediakan daya operasi untuk pengontrol dan motor, serta memberikan sinyal tegangan untuk pengukuran output.

Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut: Dengan menghubungkan tap gulungan seri ke posisi-posisi berbeda dari on-load tap changer, rasio putaran antara gulungan input dan output diubah melalui perubahan tap posisi yang dikendalikan, sehingga menyesuaikan tegangan output. Bergantung pada persyaratan aplikasi, on-load tap changers biasanya dikonfigurasi dengan 7 atau 9 posisi tap, memungkinkan pengguna untuk memilih konfigurasi yang tepat berdasarkan kebutuhan penyesuaian tegangan yang sebenarnya.

Rasio putaran antara gulungan primer dan sekunder regulator sesuai dengan transformator konvensional, yaitu:

3.Contoh Aplikasi
3.1 Kondisi Garis Saat Ini

Sebuah garis distribusi 10 kV memiliki panjang feeder utama 15.138 km, dibangun dengan dua jenis konduktor: LGJ-70 mm² dan LGJ-50 mm². Kapasitas total transformator distribusi sepanjang garis adalah 7.260 kVA. Selama periode beban puncak, tegangan pada sisi 220 V transformator distribusi di bagian tengah hingga akhir garis turun hingga 175 V.

Konduktor LGJ-70 memiliki resistansi 0,458 Ω/km dan reaktansi 0,363 Ω/km. Oleh karena itu, resistansi total dan reaktansi dari substation hingga Pole #97 pada feeder utama adalah:
R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω
X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

Berdasarkan kapasitas transformator distribusi dan faktor beban sepanjang garis, penurunan tegangan dari substation hingga Pole #97 pada feeder utama dapat dihitung sebagai

Simbol-simbol yang digunakan didefinisikan sebagai berikut:

• Δu — penurunan tegangan sepanjang garis (satuan: kV)

• R — resistansi garis (satuan: Ω)

• X — reaktansi garis (satuan: Ω)

• r — resistansi per satuan panjang (satuan: Ω/km)

• x — reaktansi per satuan panjang (satuan: Ω/km)

• P — daya aktif pada garis (satuan: kW)

• Q — daya reaktif pada garis (satuan: kvar)

Oleh karena itu, tegangan di Pole #97 pada feeder utama hanya:
10,4 kV − 0,77 kV = 9,63 kV.

Demikian pula, tegangan di Pole #178 dapat dihitung sebagai 8,42 kV, dan tegangan di ujung garis adalah 8,39 kV.

3.2 Solusi yang Diusulkan

Untuk memastikan kualitas tegangan, metode penyesuaian tegangan utama dalam jaringan distribusi tekanan menengah dan rendah termasuk:

• Membina subestesen 35 kV baru untuk memendekkan jejari bekalan 10 kV.

• Menggantikan konduktor dengan luas keratan rentas yang lebih besar untuk mengurangkan beban laluan.

• Memasang kompensasi kuasa reaktif berdasarkan laluan—namun, kaedah ini kurang berkesan untuk laluan panjang dengan beban berat.

• Memasang penyesuaian voltan automatik pemakan SVR, yang menawarkan automasi tinggi, prestasi penyesuaian voltan yang cemerlang, dan pelaksanaan yang fleksibel.

Di bawah, tiga penyelesaian alternatif untuk meningkatkan kualiti voltan di hujung laluan pada pemakan 10 kV "Fakuai" dibandingkan.

3.2.1 Pembinaan Subestesen 35 kV Baru

Hasil yang dijangka: Subestesen baru akan secara signifikan memendekkan jejari bekalan, meningkatkan voltan di hujung laluan, dan meningkatkan kualiti kuasa secara keseluruhan. Walaupun sangat berkesan, penyelesaian ini memerlukan pelaburan yang besar.

3.2.2 Peningkatan Pemakan Utama 10 kV

Modifikasi parameter laluan terutamanya melibatkan peningkatan luas keratan rentas konduktor. Untuk kawasan berpenduduk jarang dengan laluan konduktor kecil, kerugian rintangan mendominasi jatuh voltan keseluruhan; oleh itu, mengurangkan rintangan konduktor memberikan peningkatan voltan yang ketara. Dengan peningkatan ini, voltan di hujung laluan boleh ditingkatkan dari 8.39 kV hingga 9.5 kV.

3.2.3 Pemasangan Penyesuaian Voltan Automatik Pemakan SVR

Satu penyesuaian voltan automatik 10 kV dipasang untuk mengatasi masalah voltan rendah di bawah tiang #161.
Hasil yang dijangka: Voltan di hujung laluan boleh ditingkatkan dari 8.39 kV hingga 10.3 kV.

Analisis perbandingan menunjukkan bahawa Pilihan 3 adalah yang paling ekonomi dan praktikal.

Sistem penyesuaian voltan automatik pemakan SVR menstabilkan voltan keluaran dengan menyesuaikan nisbah putaran transformator auto tiga fasa, menawarkan beberapa kelebihan utama:

• Penyesuaian voltan sepenuhnya automatik, di bawah beban.

• Menggunakan transformator auto tiga fasa yang tersambung bintang—saiz kompak dan kapasiti tinggi (≤2000 kVA), sesuai untuk pemasangan antara tiang.

• Julat penyesuaian biasa: −10% hingga +20%, mencukupi untuk memenuhi keperluan voltan.

Berdasarkan pengiraan teori, disarankan untuk memasang satu penyesuaian voltan automatik SVR-5000/10-7 (0 hingga +20%) pada pemakan utama. Selepas pemasangan, voltan di Tiang #141 boleh ditingkatkan kepada:

U₁₆₁ = U × (10/8) = 10.5 kV

di mana:

• U₁₆₁ = voltan pada titik pemasangan penyesuaian selepas komisen

• 10/8 = nisbah putaran maksimum penyesuaian dengan julat penyesuaian 0 hingga +20%

Operasi lapangan telah mengesahkan bahawa sistem SVR mengesan variasi voltan input dengan reliable dan mengekalkan voltan keluaran yang stabil, menunjukkan keberkesanan yang terbukti dalam mitigasi voltan rendah.

3.2.4 Analisis Manfaat

Berbanding dengan pembinaan subestesen baru atau menggantikan konduktor, penerapan penyesuaian voltan SVR mengurangkan pengeluaran modal secara signifikan. Ia tidak hanya meningkatkan voltan laluan untuk memenuhi standard nasional—memberikan manfaat sosial yang kuat—tetapi juga, di bawah keadaan beban yang tetap, mengurangkan arus laluan dengan meningkatkan voltan, seterusnya mengurangkan kerugian laluan dan mencapai penghematan tenaga. Ini meningkatkan kecekapan ekonomi utiliti.

4. Kesimpulan

Untuk rangkaian pengagihan luar bandar di kawasan dengan pertumbuhan beban masa depan yang terhad—terutamanya yang kekurangan sumber kuasa berdekatan, mempunyai jejari bekalan yang panjang, kerugian laluan yang tinggi, beban berat, dan tiada rancangan subestesen 35 kV dalam jangka masa hampir—penggunaan penyesuaian voltan automatik pemakan SVR menawarkan alternatif yang menarik. Ia membolehkan penangguhan atau penghapusan pembinaan subestesen 35 kV sambil menyelesaikan kualiti voltan rendah dan mengurangkan kerugian tenaga. Mengingat kos pelaburanannya kurang daripada satu persepuluh subestesen 35 kV baru, penyelesaian SVR memberikan manfaat sosial dan ekonomi yang signifikan dan sangat digalakkan untuk penerimaan meluas dalam rangkaian kuasa luar bandar.