Tillämpning av SVR-matningsautomatiska spänningssättare i landsbygdsdistributionnät

1. Introduktion

Under de senaste åren, med den stadiga och snabba utvecklingen av den nationella ekonomin, har elförbrukningen ökat betydligt. I landsbygdsnät, där belastningen ständigt ökar, i kombination med irrationell fördelning av lokala energikällor och begränsade spänningsregleringsmöjligheter i huvudnätet, har det lett till att ett betydande antal 10 kV långa linjer—särskilt i avlägsna bergsområden eller regioner med svagt nät—har en leveransradie som överstiger nationella standarder. Därför är det svårt att garantera spänningens kvalitet vid slutet av dessa 10 kV linjer, effektfaktorn uppfyller inte kraven och linjeförlusterna förblir höga.

På grund av begränsningar som begränsade medel för nätbyggande och investeringsavkastningsöverväganden, är det inte praktiskt att lösa alla problem med låg spänning på 10 kV distributionslinjer endast genom att distribuera flera högspänningsdistributionsstationer eller oproportionerligt utöka nätet. Den nedan introducerade 10 kV linjeautomatiska spänningsregulatorn erbjuder en tekniskt möjlig lösning för att hantera dålig spänningskvalitet på långdistansdistributionslinjer med utökad leveransradie.

2. Arbetssätt hos Spänningsregulatorn

SVR (Step Voltage Regulator) automatiska spänningsregulator består av en huvudkrets och en spänningsregleringskontrollant. Huvudkretsen består av en trefasautotransformator och en trefas pålastningsburettapbytare (OLTC), som visas i figur 1.

Regulatornsvindlingssystemet inkluderar en parallellvindling, en serievindling och en kontrollspänningsvindling:

• Serievindlingen är en flertapscoil som är ansluten mellan ingång och utgång via olika kontakter på tapbytaren; den reglerar direkt utgångsspänningen.

• Parallellvindlingen fungerar som den gemensamma vindlingen av autotransformatorn, genererar det magnetfält som krävs för energiöverföring.

• Kontrollspänningsvindlingen, som är virad över parallellvindlingen, fungerar som sekundär för parallellcoilen för att tillhandahålla driftström för kontrollanten och motorn, samt ge spänningsignaler för utmätning.

Arbetssättet är följande: Genom att ansluta taparna i serievindlingen till olika positioner på pålastningsburettapbytaren ändras vridningsförhållandet mellan ingångs- och utgångsvindlingar genom kontrollerad växling av tappositioner, vilket justerar utgångsspänningen. Beroende på tillämpningskrav konfigureras pålastningsburettapbytare vanligtvis med antingen 7 eller 9 tappositioner, vilket gör att användaren kan välja lämplig konfiguration baserat på faktiska spänningsregleringsbehov.

Vridningsförhållandet mellan primär- och sekundärvindlingar i regulatorn är konsekvent med en traditionell transformator, dvs.:

3. Tillämpningsexempel
3.1 Aktuella Linjevillkor

En viss 10 kV distributionslinje har en huvudlinjelängd på 15,138 km, byggd med två ledartyper: LGJ-70 mm² och LGJ-50 mm². Den totala kapaciteten av distributionstransformatorer längs linjen är 7 260 kVA. Under toppbelastningstider sjunker spänningen på 220 V sidan av distributionstransformatorerna i mitten- och slutsektionerna av linjen så lågt som 175 V.

LGJ-70-ledaren har en resistans på 0,458 Ω/km och en reaktans på 0,363 Ω/km. Därför är den totala resistansen och reaktansen från stationen till Stolpe #97 på huvudledningen:
R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω
X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

Baserat på distributionstransformatorernas kapacitet och belastningsfaktor längs linjen kan spänningssänkningen från stationen till Stolpe #97 på huvudledningen beräknas som

De använda symbolerna definieras som följer:

• Δu — spänningssänkning längs linjen (enhet: kV)

• R — linjeresistans (enhet: Ω)

• X — linjereaktans (enhet: Ω)

• r — resistans per enhetslängd (enhet: Ω/km)

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

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

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

Därför är spänningen vid Stolpe #97 på huvudledningen bara:
10,4 kV − 0,77 kV = 9,63 kV.

På samma sätt kan spänningen vid Stolpe #178 beräknas till 8,42 kV, och spänningen vid linjeslutet är 8,39 kV.

3.2 Föreslagna Lösningar

För att säkerställa spänningskvaliteten inkluderar de primära spänningsregleringsmetoderna i mellan- och lågspänningsdistributionen:

• Uppföra en ny 35 kV understation för att förkorta leveransradie för 10 kV.

• Ersätta ledare med större tvärsnittsarea för att minska linjebelastning.

• Installera linjebaserad reaktiv effektkompensation—denna metod är dock mindre effektiv för långa linjer med tung belastning.

• Installera en SVR-födersautomatisk spänningsregulator, vilket ger hög automatisering, utmärkt spänningsreglering och flexibel installation.

Nedan jämförs tre alternativa lösningar för att förbättra spänningen i slutet av 10 kV "Fakuai" föders.

3.2.1 Ny 35 kV Understationsbyggnad

Förväntat resultat: En ny understation skulle betydligt förkorta leveransradie, höja spänningen i slutet av linjen och förbättra den totala elförsörjningskvaliteten. Även om denna lösning är mycket effektiv kräver den stora investeringar.

3.2.2 Uppgradering av 10 kV Huvudföders

Ändring av linjeparametrar innebär främst ökning av ledarkorssektion. För glesbefolkade områden med småledare dominerar resistiva förluster det totala spänningsfallet; därför ger minskad ledarkonduktans märkbar spänningförbättring. Med denna uppgradering kan spänningen i slutet av linjen höjas från 8,39 kV till 9,5 kV.

3.2.3 Installation av en SVR-Födersautomatisk Spänningsregulator

En 10 kV automatisk spänningsregulator installeras för att hantera låga spänningar nedströms av Stolpe #161.
Förväntat resultat: Spänningen i slutet av linjen kan höjas från 8,39 kV till 10,3 kV.

Jämförande analys visar att Alternativ 3 är mest ekonomiskt och praktiskt.

SVR-födersautomatiska spänningsregleringssystem stabiliserar utspänningen genom att justera vikten av en trefasig autotransformator, vilket erbjuder flera viktiga fördelar:

• Fullt automatisk, lastburen spänningsreglering.

• Använder en stjärnkopplad trefasig autotransformator—kompakt storlek och hög kapacitet (≤2000 kVA), lämplig för installation mellan stolar.

• Typisk regleringsomfattning: −10% till +20%, tillräcklig för att uppfylla spänningskrav.

Baserat på teoretiska beräkningar rekommenderas det att installera en SVR-5000/10-7 (0 till +20%) automatisk spänningsregulator på huvudföders. Efter installation kan spänningen vid Stolpe #141 höjas till:

U₁₆₁ = U × (10/8) = 10,5 kV

där:

• U₁₆₁ = spänning vid reglerarens installationspunkt efter kommissionering

• 10/8 = maximal vikt för en reglerare med justeringsområde 0 till +20%

Fältoperation har bekräftat att SVR-systemet pålitligt följer inmatningsvoltagevariationer och bibehåller stabil utspänning, vilket visar på bevisad effektivitet i hantering av låga spänningar.

3.2.4 Nyttoanalys

I jämförelse med byggnad av en ny understation eller ersättning av ledare, reducerar distributionen av en SVR-spänningsregulator betydligt kapitalutgifter. Det inte bara höjer linjespänningen för att uppfylla nationella standarder—vilket ger starka sociala fördelar—men också, under konstant belastning, minskar linjeströmmen genom att höja spänningen, vilket därmed minskar linjeförlusterna och uppnår energibesparingar. Detta förbättrar elbolagets ekonomiska effektivitet.

4. Slutsats

För landsbygdsfördelningsnät i områden med begränsad framtida belastningsökning—särskilt de som saknar närliggande elförsörjning, med lång leveransradie, höga linjeförluster, tung belastning och inga planerade 35 kV understationer i närheten—erbjuder användningen av SVR-födersautomatiska spänningsregulatorer ett lockande alternativ. Det möjliggör uppskjutning eller eliminering av byggnad av 35 kV understation samtidigt som det effektivt löser problem med låg spänning och minskar energiförluster. Eftersom dess investeringskostnad är mindre än en tiondel av en ny 35 kV understation, levererar SVR-lösningen betydande sociala och ekonomiska fördelar och rekommenderas starkt för bred användning i landsbygdselnät.