การใช้งาน SVR Feeder Automatic Voltage Regulators ในระบบจำหน่ายไฟฟ้าในชนบท

1. บทนำ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เศรษฐกิจของประเทศมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องและรวดเร็ว ทำให้ความต้องการใช้ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในระบบสายส่งไฟฟ้าในชนบท การเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของโหลด ร่วมกับการกระจายแหล่งกำเนิดไฟฟ้าท้องถิ่นที่ไม่เหมาะสม และความสามารถในการปรับแรงดันไฟฟ้าของระบบสายส่งหลักที่จำกัด ทำให้มีจำนวนสายส่งไฟฟ้าระดับ 10 กิโลโวลต์ที่ยาวหลายเส้น โดยเฉพาะในพื้นที่ภูเขาห่างไกลหรือพื้นที่ที่โครงสร้างสายส่งอ่อนแอ ซึ่งระยะทางการส่งเกินมาตรฐานของประเทศ ทำให้คุณภาพแรงดันไฟฟ้าที่ปลายสายส่งไฟฟ้าระดับ 10 กิโลโวลต์ยากที่จะรักษาได้ แฟคเตอร์พลังงานไม่สามารถตอบสนองความต้องการ และความสูญเสียบนสายส่งยังคงสูง

เนื่องจากข้อจำกัดเช่น งบประมาณในการก่อสร้างระบบสายส่งที่จำกัด และการพิจารณาผลตอบแทนจากการลงทุน จึงไม่สามารถแก้ไขปัญหาคุณภาพแรงดันไฟฟ้าต่ำบนสายส่งไฟฟ้าระดับ 10 กิโลโวลต์ได้โดยการติดตั้งสถานีไฟฟ้าแรงสูงจำนวนมากหรือขยายระบบสายส่งอย่างมาก ตัวปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติสำหรับสายส่ง 10 กิโลโวลต์ที่นำเสนอต่อไปนี้เป็นโซลูชันทางเทคนิคที่สามารถใช้งานได้ในการแก้ไขปัญหาคุณภาพแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ดีบนสายส่งระยะไกลที่มีระยะทางการส่งที่ยาว

2. หลักการทำงานของตัวปรับแรงดันไฟฟ้า

ตัวปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติ SVR (Step Voltage Regulator) ประกอบด้วยวงจรหลักและตัวควบคุมปรับแรงดัน วงจรหลักประกอบด้วยหม้อแปลงไฟฟ้าแบบอัตโนมัติสามเฟสและสวิตช์เปลี่ยนแท็บขณะโหลด (OLTC) สามเฟส ดังแสดงในรูปที่ 1

ระบบวงจรปรับแรงดันประกอบด้วยวงจรเชื่อมขนาน วงจรอนุกรม และวงจรควบคุมแรงดัน:

• วงจรอนุกรม เป็นขดลวดหลายแท็บที่เชื่อมระหว่างขาเข้าและขาออกผ่านตัวต่อต่าง ๆ ของสวิตช์เปลี่ยนแท็บ มันปรับแรงดันขาออกโดยตรง

• วงจรเชื่อมขนาน เป็นวงจรร่วมของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบอัตโนมัติ สร้างสนามแม่เหล็กที่จำเป็นสำหรับการถ่ายโอนพลังงาน

• วงจรควบคุมแรงดัน ที่พันรอบวงจรเชื่อมขนาน ทำหน้าที่เป็นวงจรรองของวงจรเชื่อมขนาน เพื่อจ่ายพลังงานทำงานให้กับตัวควบคุมและมอเตอร์ รวมถึงให้สัญญาณแรงดันสำหรับการวัดแรงดันขาออก

หลักการทำงานคือ: โดยการเชื่อมต่อแท็บของวงจรอนุกรมไปยังตำแหน่งต่าง ๆ ของสวิตช์เปลี่ยนแท็บ ทำให้สามารถเปลี่ยนอัตราส่วนจำนวนรอบของวงจรขาเข้าและขาออกผ่านการควบคุมการเปลี่ยนแท็บ ทำให้สามารถปรับแรงดันขาออกได้ ตามความต้องการในการใช้งาน สวิตช์เปลี่ยนแท็บขณะโหลดมักจะกำหนดให้มีแท็บ 7 หรือ 9 ตำแหน่ง ทำให้ผู้ใช้สามารถเลือกการกำหนดค่าที่เหมาะสมตามความต้องการในการปรับแรงดันจริง

อัตราส่วนจำนวนรอบระหว่างวงจรหลักและวงจรรองของตัวปรับแรงดันเท่ากับอัตราส่วนของหม้อแปลงไฟฟ้าทั่วไป คือ:

3. ตัวอย่างการใช้งาน
3.1 สภาพสายส่งปัจจุบัน

สายส่งไฟฟ้าระดับ 10 กิโลโวลต์บางเส้นมีความยาวของสายส่งหลัก 15.138 กิโลเมตร สร้างด้วยสองประเภทของสายไฟ LGJ-70 มม.² และ LGJ-50 มม.² ความจุรวมของหม้อแปลงไฟฟ้าตามสายส่งคือ 7,260 kVA ในช่วงเวลาที่โหลดสูงสุด แรงดันที่ด้าน 220 โวลต์ของหม้อแปลงไฟฟ้าในส่วนกลางถึงส่วนปลายของสายส่งลดลงต่ำสุดถึง 175 โวลต์

สายไฟ LGJ-70 มีความต้านทาน 0.458 โอห์ม/กิโลเมตร และความต้านทานเหนี่ยวนำ 0.363 โอห์ม/กิโลเมตร ดังนั้น ความต้านทานและความต้านทานเหนี่ยวนำรวมจากสถานีไฟฟ้าไปยังเสาที่ 97 บนสายส่งหลักคือ:
R = 0.458 × 6.437 = 2.95 โอห์ม
X = 0.363 × 6.437 = 2.34 โอห์ม

ตามความจุของหม้อแปลงไฟฟ้าและปัจจัยโหลดตามสายส่ง แรงดันที่ลดลงจากสถานีไฟฟ้าไปยังเสาที่ 97 บนสายส่งหลักสามารถคำนวณได้

สัญลักษณ์ที่ใช้นิยามดังนี้:

• Δu — แรงดันที่ลดลงตามสายส่ง (หน่วย: กิโลโวลต์)

• R — ความต้านทานของสายส่ง (หน่วย: โอห์ม)

• X — ความต้านทานเหนี่ยวนำของสายส่ง (หน่วย: โอห์ม)

• r — ความต้านทานต่อหน่วยความยาว (หน่วย: โอห์ม/กิโลเมตร)

• x — ความต้านทานเหนี่ยวนำต่อหน่วยความยาว (หน่วย: โอห์ม/กิโลเมตร)

• P — พลังงานไฟฟ้าที่ใช้งานบนสายส่ง (หน่วย: กิโลวัตต์)

• Q — พลังงานไฟฟ้าปฏิภาคบนสายส่ง (หน่วย: กิโลวาร์)

ดังนั้น แรงดันที่เสาที่ 97 บนสายส่งหลักคือ:
10.4 กิโลโวลต์ − 0.77 กิโลโวลต์ = 9.63 กิโลโวลต์

เช่นเดียวกัน แรงดันที่เสาที่ 178 สามารถคำนวณได้ว่า 8.42 กิโลโวลต์ และแรงดันที่ปลายสายส่งคือ 8.39 กิโลโวลต์

3.2 แนวทางการแก้ไข

เพื่อรักษาคุณภาพแรงดันไฟฟ้า วิธีการปรับแรงดันหลักในระบบสายส่งไฟฟ้าระดับกลางและต่ำ ได้แก่:

• การสร้างสถานีไฟฟ้าแรงสูง 35 kV เพื่อย่อระยะทางการจ่ายไฟฟ้าแรงต่ำ 10 kV

• การเปลี่ยนสายนำที่มีพื้นที่ภาคตัดขวางขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อลดภาระของสายไฟ

• การติดตั้งอุปกรณ์ชดเชยพลังงานรีแอกทีฟตามสาย—อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีประสิทธิภาพน้อยกว่าสำหรับสายยาวที่มีภาระหนัก

• การติดตั้งเครื่องปรับแรงดันอัตโนมัติ SVR ซึ่งให้ความอัตโนมัติสูง ประสิทธิภาพในการควบคุมแรงดันดี และสามารถติดตั้งได้อย่างยืดหยุ่น

ด้านล่างนี้เป็นการเปรียบเทียบสามวิธีเลือกในการปรับปรุงคุณภาพแรงดันปลายสายของสายจ่ายไฟ "Fakuai" แรงดัน 10 kV

3.2.1 การสร้างสถานีไฟฟ้าแรงสูง 35 kV ใหม่

ผลลัพธ์ที่คาดหวัง: สถานีไฟฟ้าใหม่จะลดระยะการจ่ายไฟลงอย่างมาก ทำให้แรงดันปลายสายสูงขึ้น และปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้าโดยรวม แม้ว่าวิธีนี้มีประสิทธิภาพสูง แต่ต้องใช้เงินลงทุนจำนวนมาก

3.2.2 การปรับปรุงสายจ่ายไฟหลักแรงดัน 10 kV

การปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์ของสายส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการทำให้พื้นที่ภาคตัดขวางของสายนำใหญ่ขึ้น สำหรับพื้นที่ที่มีประชากรเบาบางและมีสายนำขนาดเล็ก ความสูญเสียจากการต้านทานจะเป็นสาเหตุหลักของการลดแรงดัน ดังนั้น การลดความต้านทานของสายนำจะช่วยปรับปรุงแรงดันได้อย่างชัดเจน ด้วยการปรับปรุงนี้ แรงดันปลายสายสามารถเพิ่มจาก 8.39 kV เป็น 9.5 kV

3.2.3 การติดตั้งเครื่องปรับแรงดันอัตโนมัติ SVR บนสายจ่ายไฟ

ติดตั้งเครื่องปรับแรงดันอัตโนมัติแรงดัน 10 kV หนึ่งเครื่องเพื่อแก้ไขปัญหาแรงดันต่ำในส่วนท้ายของเสาไฟฟ้าหมายเลข 161
ผลลัพธ์ที่คาดหวัง: แรงดันปลายสายสามารถเพิ่มจาก 8.39 kV เป็น 10.3 kV

การวิเคราะห์เปรียบเทียบแสดงให้เห็นว่าวิธีที่ 3 เป็นวิธีที่ประหยัดและปฏิบัติได้ดีที่สุด

ระบบปรับแรงดันอัตโนมัติ SVR บนสายจ่ายไฟปรับแรงดันเอาต์พุตให้คงที่โดยการปรับอัตราส่วนจำนวนรอบของทรานส์ฟอร์เมอร์ออโต้เฟส ซึ่งมีข้อดีหลายประการ:

• การปรับแรงดันอัตโนมัติแบบโหลดเต็ม

• ใช้ทรานส์ฟอร์เมอร์ออโต้เฟสแบบสตาร์คอนเน็ค—ขนาดกะทัดรัดและมีกำลังสูง (≤2000 kVA) เหมาะสำหรับการติดตั้งระหว่างเสาไฟฟ้า

• ช่วงการปรับแรงดันปกติ: −10% ถึง +20% ซึ่งเพียงพอต่อความต้องการแรงดัน

ตามการคำนวณทฤษฎี แนะนำให้ติดตั้งเครื่องปรับแรงดันอัตโนมัติ SVR-5000/10-7 (0 ถึง +20%) หนึ่งเครื่องบนสายจ่ายไฟหลัก หลังจากติดตั้ง แรงดันที่เสาไฟฟ้าหมายเลข 141 สามารถเพิ่มเป็น:

U₁₆₁ = U × (10/8) = 10.5 kV

โดยที่:

• U₁₆₁ = แรงดันที่จุดติดตั้งเครื่องปรับแรงดันหลังจากเริ่มใช้งาน

• 10/8 = อัตราส่วนจำนวนรอบสูงสุดของเครื่องปรับแรงดันที่มีช่วงการปรับ 0 ถึง +20%

การทำงานในสนามยืนยันว่าระบบ SVR ติดตามการเปลี่ยนแปลงแรงดันขาเข้าได้อย่างเชื่อถือได้และรักษาแรงดันขาออกให้คงที่ แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในการลดแรงดันต่ำ

3.2.4 การวิเคราะห์ประโยชน์

เมื่อเทียบกับการสร้างสถานีไฟฟ้าใหม่หรือการเปลี่ยนสายนำ การติดตั้งเครื่องปรับแรงดัน SVR ช่วยลดค่าใช้จ่ายลงทุนอย่างมาก นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มแรงดันสายให้ตรงตามมาตรฐานระดับชาติ—มอบประโยชน์ทางสังคมที่แข็งแกร่ง—และภายใต้เงื่อนไขการโหลดที่คงที่ ลดกระแสไฟฟ้าในสายโดยการเพิ่มแรงดัน ทำให้ลดการสูญเสียในสายและประหยัดพลังงาน ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของบริษัทไฟฟ้า

4. สรุป

สำหรับระบบกระจายไฟฟ้าในชนบทที่มีการเติบโตของโหลดจำกัด—โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่ขาดแหล่งพลังงานใกล้เคียง มีระยะการจ่ายไฟยาว สูญเสียในสายสูง โหลดหนัก และไม่มีแผนสร้างสถานีไฟฟ้าแรงสูง 35 kV ในอนาคตอันใกล้—การใช้เครื่องปรับแรงดันอัตโนมัติ SVR บนสายจ่ายไฟเป็นทางเลือกที่น่าสนใจ ช่วยให้เลื่อนหรือยกเลิกการสร้างสถานีไฟฟ้าแรงสูง 35 kV ได้ พร้อมทั้งแก้ไขปัญหาแรงดันต่ำและลดการสูญเสียพลังงาน ด้วยค่าใช้จ่ายลงทุนน้อยกว่าหนึ่งในสิบของสถานีไฟฟ้าแรงสูง 35 kV ใหม่ วิธีการ SVR มอบประโยชน์ทางสังคมและเศรษฐกิจที่สำคัญ และควรแนะนำให้ใช้ในวงกว้างในระบบไฟฟ้าชนบท