Rural Dağıtım Ağlarında SVR Besleme Otomatik Gerilim Düzenleyicilerinin Uygulaması

1. Giriş

Son yıllarda, ulusal ekonominin istikrarlı ve hızlı gelişmesiyle birlikte elektrik talebi önemli ölçüde artmıştır. Kırsal elektrik ağlarında, yerel güç kaynaklarının rasyonel dağılımının olmaması ve ana ağdaki sınırlı gerilim düzenleme yetenekleri, özellikle uzak dağlık bölgelerde veya zayıf ağ yapılarında, 10 kV uzun besleme hatlarının sayısında ciddi bir artışa yol açmıştır. Bu nedenle, bu 10 kV hatların sonundaki gerilim kalitesi garanti edilemiyor, güç faktörü gereklilikleri karşılanamıyor ve hattaki kayıplar yüksek seviyede kalıyor.

Ağ inşaatına tahsis edilen sınırlı fonlar ve yatırım getirisi göz önünde bulundurulduğunda, 10 kV dağıtım besleme hatlarındaki düşük gerilim kalitesi sorunlarının sadece birçok yüksek gerilimli dağıtım alt merkezi inşa ederek veya ağın aşırı olarak genişletilmesiyle çözülmesi pratik değildir. Aşağıda tanıtılan 10 kV besleme otomatik gerilim düzenleyici, uzun mesafeli dağıtım hatlarında geniş besleme yarıçaplarıyla kötü gerilim kalitesini çözmek için teknik olarak uygulanabilir bir çözüm sunmaktadır.

2. Gerilim Düzenleyicinin Çalışma Prensibi

SVR (Adım Gerilim Düzenleyici) otomatik gerilim düzenleyicisi, ana devre ve gerilim düzenleme kontrolcüsünden oluşur. Ana devre, üç fazlı ototransformator ve üç fazlı yük altında tap değiştirici (OLTC) içermektedir, Şekil 1'de gösterildiği gibi.

Düzenleyici bobin sistemi, paralel bobin, seri bobin ve kontrol gerilim bobinini içerir:

• Seri bobin, tap değiştiricinin farklı kontakları aracılığıyla giriş ve çıkış arasında bağlantılı çoklu tap bobindir; doğrudan çıkış gerilimini düzenler.

• Paralel bobin, ototransformatörün ortak bobini olarak görev alır, enerji transferi için gerekli olan manyetik alanı üretir.

• Kontrol gerilim bobini, paralel bobin üzerinde sarılmış, paralel bobinin ikinciliği olarak çalışarak kontrolcü ve motora çalışma gücü sağlar ve ayrıca çıkış ölçümü için gerilim sinyalleri sağlar.

Çalışma prensibi şöyledir: Seri bobinin taplarını tap değiştiricinin farklı pozisyonlarına bağlayarak, giriş ve çıkış bobinleri arasındaki tur sayısı oranı, tap pozisyonlarının kontrol edilmiş değiştirilmesi yoluyla değiştirilerek, çıkış gerilimi ayarlanır. Uygulama gereksinimlerine bağlı olarak, yük altında tap değiştiriciler genellikle 7 veya 9 tap pozisyonu ile konfigüre edilir, böylece kullanıcılar gerçek gerilim düzenleme ihtiyaçlarına göre uygun konfigürasyonu seçebilirler.

Düzenleyicinin birincil ve ikincil bobinleri arasındaki tur sayı oranı, geleneksel bir transformatörle aynıdır, yani:

3. Uygulama Örneği
3.1 Mevcut Hat Koşulları

Belli bir 10 kV dağıtım hattının ana besleme hattının uzunluğu 15,138 km'dir ve iki tür iletkenle inşa edilmiştir: LGJ-70 mm² ve LGJ-50 mm². Hattın boyunca bulunan dağıtım transformatörlerinin toplam kapasitesi 7.260 kVA'dır. Zirve yük dönemlerinde, hattın orta-son bölümlerindeki dağıtım transformatörlerinin 220 V tarafındaki gerilim 175 V'ye kadar düşüyor.

LGJ-70 iletkenin direnci 0,458 Ω/km ve reaktansı 0,363 Ω/km'dir. Bu nedenle, ana besleme hattındaki substationdan Kütük #97'ye kadar olan toplam direnç ve reaktans:
R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω
X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

Hattaki dağıtım transformatörü kapasitesi ve yük faktörüne dayanarak, ana besleme hattındaki substationdan Kütük #97'ye kadar olan gerilim düşüşü hesaplanabilir

Kullanılan simgeler şu şekilde tanımlanmıştır:

• Δu — hat boyunca gerilim düşüşü (birim: kV)

• R — hat direnci (birim: Ω)

• X — hat reaktansı (birim: Ω)

• r — birim uzunluk başına direnç (birim: Ω/km)

• x — birim uzunluk başına reaktans (birim: Ω/km)

• P — hat üzerindeki aktif güç (birim: kW)

• Q — hat üzerindeki reaktif güç (birim: kvar)

Bu nedenle, ana besleme hattındaki Kütük #97'deki gerilim sadece:
10,4 kV − 0,77 kV = 9,63 kV.

Benzer şekilde, Kütük #178'deki gerilim 8,42 kV olarak hesaplanabilir ve hattın sonundaki gerilim 8,39 kV'dır.

3.2 Önerilen Çözümler

Gerilim kalitesini sağlamak için orta ve düşük gerilimli dağıtım ağlarında temel gerilim düzenleme yöntemleri şunlardır:

• Yeni 35 kV alttakım istasyonunun inşası, 10 kV besleme yarıçapını kısaltmak için.

• Hat yükünü azaltmak için daha büyük kesit alanına sahip iletkenlerin değiştirilmesi.

• Hat bazında reaktif güç kompanzasyonunun kurulumu—ancak bu yöntem, ağır yükleri olan uzun hatlar için daha az etkilidir.

• SVR besleme otomatik voltaj düzenleyicisinin kurulumu, yüksek otomasyon, mükemmel voltaj düzenleme performansı ve esnek dağıtım sunar.

Aşağıda, 10 kV "Fakuai" besleme hattındaki son nokta voltaj kalitesini iyileştirmek için üç alternatif çözüm karşılaştırılır.

3.2.1 Yeni 35 kV Alt Takım İstasyonu İnşası

Beklenen sonuç: Yeni bir alttakım istasyonu, besleme yarıçapını önemli ölçüde kısaltacak, son nokta voltajını artıracak ve genel enerji kalitesini iyileştirecektir. Bu çözüm oldukça etkili olmasına rağmen, önemli bir yatırım gerektirir.

3.2.2 10 kV Ana Besleme Hattının Güncellenmesi

Hat parametrelerinin değiştirilmesi, çoğunlukla iletken kesit alanının artırılmasını içerir. Nüfusu az olan bölgelerde küçük iletkenli hatlarda, toplam voltaj düşüşünün çoğunluğunu direnç kayıpları oluşturur; bu nedenle, iletken direncinin azaltılması, belirgin bir voltaj iyileştirmesi sağlar. Bu güncelleme ile, son nokta voltajı 8.39 kV'dan 9.5 kV'ye çıkarılabilir.

3.2.3 SVR Besleme Otomatik Voltaj Düzenleyicisi Kurulumu

Pole #161'nin aşağısında düşük voltaj sorunlarını çözmek için bir 10 kV otomatik voltaj düzenleyici kurulur.
Beklenen sonuç: Son nokta voltajı 8.39 kV'dan 10.3 kV'ye çıkarılabilir.

Karşılaştırmalı analiz, Seçenek 3'ün en ekonomik ve pratik olduğunu göstermektedir.

SVR besleme otomatik voltaj düzenleme sistemi, üç fazlı ototransformatörün sarım oranı ayarlayarak çıkış voltajını stabil hale getirir ve birkaç ana avantaja sahiptir:

• Tamamen otomatik, yüklü voltaj düzenleme.

• Yıldız bağlantılı üç fazlı ototransformatör kullanır—kompakt boyut ve yüksek kapasite (≤2000 kVA), direkten direğe kurulum için uygun.

• Tipik düzenleme aralığı: −10% ile +20%, voltaj gereksinimlerini karşılamaya yeterlidir.

Teorik hesaplamalara dayanarak, ana besleme hattına bir SVR-5000/10-7 (0 ila +20%) otomatik voltaj düzenleyici kurulması önerilmektedir. Kurulumdan sonra, Pole #141'deki voltaj şu şekilde yükseltilir:

U₁₆₁ = U × (10/8) = 10.5 kV

burada:

• U₁₆₁ = düzenleyici kurulum noktasındaki komisyondan sonraki voltaj

• 10/8 = 0 ila +20% ayarlama aralığına sahip düzenleyicinin maksimum sarım oranı

Alan operasyonları, SVR sisteminin giriş voltajındaki değişiklikleri güvenilir bir şekilde takip ederek ve çıkış voltajını istikrarlı tutarak, düşük voltaj maliyetlerinde ispatlanmış etkinliğini göstermiştir.

3.2.4 Fayda Analizi

Yeni bir alttakım istasyonu inşa etmeye veya iletkenleri değiştirmeye göre, bir SVR voltaj düzenleyicisi kurulumu sermaye harcamalarını önemli ölçüde azaltır. Sadece hat voltajını ulusal standartlara yükselterek güçlü sosyal faydalar sağlarken, sabit yük koşullarında voltajı yükselterek hat akımını azaltır, bu da hat kayıplarını düşürerek enerji tasarrufu sağlar. Bu, işletmenin ekonomik verimliliğini artırır.

4. Sonuç

Gelecekteki yük büyümesi sınırlı olan kırsal dağıtım ağları için—özellikle yakındaki güç kaynaklarına sahip olmayan, uzun besleme yarıçaplarına, yüksek hat kayıplarına, ağır yüklemeye sahip ve yakın zamanda 35 kV alttakım istasyonları planlanmamış olan bölgelerde—SVR besleme otomatik voltaj düzenleyicilerinin kullanımı çekici bir alternatif sunar. Bu, 35 kV alttakım istasyonu inşasını erteleyebilir veya ortadan kaldırabilir ve düşük voltaj kalitesini çözerek enerji kayıplarını azaltır. Yeni bir 35 kV alttakım istasyonuna göre yatırım maliyetinin onda birinden daha düşük olması, SVR çözümünün önemli sosyal ve ekonomik faydalar sağlaması ve kırsal elektrik ağlarında yaygın kullanım için şiddetle tavsiye edilmesi anlamına gelir.