Bruk av SVR strømfordeler automatiske spenningregulatere i landsbygds distribusjonsnettverk

1. Innledning

I de siste årene har den raske og stabile utviklingen av nasjonaløkonomien ført til en betydelig økning i strømbehovet. I landsbygdsnettet har den stadige økningen i belastning, sammen med irrasjonell fordeling av lokale kraftkilder og begrenset spenningstilpasningskapasitet i hovednettet, ført til at et stort antall 10 kV lange ledninger – spesielt i fjerne fjellområder eller regioner med svakt nettstruktur – har en leveringsradius som overstiger nasjonale standarder. Dette gjør det vanskelig å sikre spenningskvaliteten ved enden av disse 10 kV linjene, og effektfaktoren oppfyller ikke kravene, samtidig som linjeforbruket er høyt.

På grunn av begrensninger som begrenset finansiering for nettbygging og overveielser om investeringsavkastning, er det umulig å løse alle lavspenningsproblemer på 10 kV distribusjonsledninger bare ved å installere mange høyvolts distribusjonsunderstasjoner eller unødvendig utvide nettet. Den 10 kV ledningsautomatiske spenningstilpasseren introdusert nedenfor gir en teknisk mulig løsning for å håndtere dårlig spenningskvalitet på langdistansedistribusjonslinjer med utvidet leveringsradius.

2. Arbeidsprinsipp for spenningstilpasseren

SVR (Step Voltage Regulator) automatiske spenningstilpasser består av en hovedkrets og en spenningstilpasserkontroller. Hovedkretsen inneholder en trefase autotransformator og en trefase underbelasted tapendring (OLTC), som vist i figur 1.

Reguleringsvindingssystemet inkluderer en parallellvinding, en serievinding og en kontrollspenningsvinding:

• Serievindingen er en flertapsvinding koblet mellom inngang og utgang via ulike kontaktene i tapendringen; den regulerer direkte utgangsspenningen.

• Parallellvindingen fungerer som fellesvindingen til autotransformator, genererer det magnetiske feltet nødvendig for energioverføring.

• Kontrollspenningsvindingen, som er vindet over parallellvindingen, fungerer som sekundær til parallellvinding for å levere driftsenergi til kontrolleren og motoren, samt gi spenningsignaler for utgangsmåling.

Arbeidsprinsippet er som følger: Ved å koble tapene i serievindingen til ulike posisjoner i underbelasted tapendring, endres turnsforholdet mellom inngangs- og utgangsvindinger gjennom kontrollert skifte av tapposisjoner, noe som justerer utgangsspenningen. Avhengig av brukskrav, er underbelasted tapendringer vanligvis konfigurert med enten 7 eller 9 tapper, slik at brukere kan velge riktig konfigurasjon basert på faktiske spenningstilpassningsbehov.

Turnsforholdet mellom primær- og sekundærvindingene i reguleren er konsistent med en konvensjonell transformator, altså:

3. Anvendelseseksempel
3.1 Nåværende linjestatus

En vis 10 kV distribusjonslinje har en hovedledningslengde på 15,138 km, bygget med to lederformer: LGJ-70 mm² og LGJ-50 mm². Den totale kapasiteten av distribusjonstransformatorer langs linjen er 7 260 kVA. Under toppbelastningstider synker spenningen på 220 V-siden av distribusjonstransformatorer i midten og slutten av linjen ned til 175 V.

LGJ-70-lederen har en motstand på 0,458 Ω/km og en reaktans på 0,363 Ω/km. Dermed er den totale motstanden og reaktansen fra understasjonen til mast #97 på hovedledningen:
R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω
X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

Basert på distribusjonstransformator-kapasiteten og belastningsfaktoren langs linjen, kan spenningsnedgangen fra understasjonen til mast #97 på hovedledningen beregnes som

De brukte symbolene er definert som følger:

• Δu — spenningsnedgang langs linjen (enhet: kV)

• R — linjemotstand (enhet: Ω)

• X — linjereaktans (enhet: Ω)

• r — motstand per lengdeenhet (enhet: Ω/km)

• x — reaktans per lengdeenhet (enhet: Ω/km)

• P — aktiv effekt på linjen (enhet: kW)

• Q — reaktiv effekt på linjen (enhet: kvar)

Dermed er spenningen ved mast #97 på hovedledningen bare:
10,4 kV − 0,77 kV = 9,63 kV.

På samme måte kan spenningen ved mast #178 beregnes til 8,42 kV, og spenningen ved linjeslutten er 8,39 kV.

3.2 Foreslåtte løsninger

For å sikre spenningskvaliteten, inkluderer de primære spenningstilpasningsmetodene i medium- og lavspenningsdistribusjonsnett:

• Bygging av en ny 35 kV understasjon for å forkorte leveringsradiusen for 10 kV.

• Erstatning av ledere med større tverrsnitt for å redusere linjebelastningen.

• Installering av reaktiv effektkompensasjon basert på linje—imidlertid er denne metoden mindre effektiv for lange linjer med tung belastning.

• Installering av en SVR-fôrerautomatisk spenningsregulator, som tilbyr høy automatisering, fremragende spenningsreguleringsytelse og fleksibel installering.

Nedenfor sammenlignes tre alternative løsninger for å forbedre spenningens kvalitet ved slutten av 10 kV "Fakuai" fôrer.

3.2.1 Bygging av ny 35 kV understasjon

Forventet resultat: En ny understasjon vil betydelig forkorte leveringsradiusen, øke spenningen ved slutten av linjen, og forbedre den generelle strømkvaliteten. Selv om dette er svært effektivt, krever løsningen betydelige investeringer.

3.2.2 Oppgradering av 10 kV hovedfôrer

Endring av linjeparametre innebærer hovedsakelig økning av lederens tverrsnitt. For sparsomt befolkede områder med småledere dominerer motstandtap det totale spenningsfallet; dermed gir reduksjon av ledermotstand merkbart forbedret spenning. Med denne oppgraderingen kan spenningen ved slutten av linjen økes fra 8,39 kV til 9,5 kV.

3.2.3 Installering av en SVR-fôrerautomatisk spenningsregulator

En 10 kV automatisk spenningsregulator installeres for å løse problemer med lav spenning nedstrøms fra stolpe #161.
Forventet resultat: Spenningen ved slutten av linjen kan økes fra 8,39 kV til 10,3 kV.

Sammenlignende analyse viser at alternativ 3 er det mest økonomiske og praktiske.

SVR-fôrerautomatisk spenningsreguleringsystem stabiliserer utspenningsvoltage ved å justere vindingforholdet i en trefas autotransformator, og tilbyr flere viktige fordeler:

• Fullautomatisk, lastbelasted spenningsregulering.

• Bruker en stjernetilkoblet trefas autotransformator—kompakt størrelse og høy kapasitet (≤2000 kVA), egnet for installering mellom stolper.

• Typisk reguleringsområde: −10% til +20%, tilstrekkelig for å dekke spenningsbehov.

Basert på teoretiske beregninger anbefales det å installere en SVR-5000/10-7 (0 til +20%) automatisk spenningsregulator på hovedfôrer. Etter installering kan spenningen ved stolpe #141 økes til:

U₁₆₁ = U × (10/8) = 10,5 kV

der:

• U₁₆₁ = spenning ved regulatorinstallasjonspunktet etter kommisjonering

• 10/8 = maksimal vindingforhold for en regulator med 0 til +20% justeringsområde

Feltoperasjon har bekreftet at SVR-systemet pålitelig følger innspenningsvariasjoner og opprettholder stabil utspenning, og viser bevist effektivitet i å redusere lavspenning.

3.2.4 Fordelsanalyse

Sammenlignet med bygging av en ny understasjon eller erstatning av ledere, reduserer innsatsen av en SVR-spenningsregulator betydelig kapitalinvestering. Denne løsningen hever ikke bare linjespenningen til å møte nasjonale standarder—og bidrar til sterke samfunnsmessige fordele—men reduserer også linjestrom ved konstant belastning ved å heve spenningen, noe som reduserer linjetap og oppnår energibesparelse. Dette forbedrer nettets økonomiske effektivitet.

4. Konklusjon

For landlige distribusjonsnettverk i områder med begrenset fremtidig belastningsvekst—spesielt der det mangler nærme kraftkilder, har lange leveringsradiuser, høye linjetap, tung belasting, og ingen planlagte 35 kV understasjoner i nær fremtid—tilbyr bruken av SVR-fôrerautomatisk spenningsregulator en overbevisende alternativ. Det muliggjør utsatt eller eliminert bygging av 35 kV understasjon, samtidig som det effektivt løser problemer med lav spenning og reduserer energitap. Gitt at investeringskostnaden er mindre enn en tiendedel av en ny 35 kV understasjon, leverer SVR-løsningen betydelige samfunns- og økonomiske fordele og anbefales sterkt for bred anvendelse i landlige kraftnett.