بحث تطبيقي لمنظم الجهد التلقائي لخط SVR في إدارة الجهد المنخفض لخطوط 10 كيلوفولت

مع التطور المحلي ونقل الصناعة، يستثمر المزيد والمزيد من الشركات وتقوم بإنشاء مصانع في المناطق غير المطورة. ومع ذلك، بسبب عدم نضج تحميل الكهرباء وعدم اكتمال المرافق الداعمة مثل شبكات التوزيع، يمكن ربط الحمل الجديد فقط بشبكات الطاقة الريفية القائمة. يتميز خطوط شبكة التوزيع في المناطق الريفية بانتشار الحمل والقطر الصغير للأسلاك ونصف قطر التغذية الكهربائية الكبير بشكل مفرط. 

قد يؤدي ربط الأحمال الجديدة ذات السعة الكبيرة بنهاية الخط إلى انخفاض الجهد على الخط وإلى خسارة كبيرة للطاقة في النظام، مما يؤثر على الفوائد الاقتصادية للنظام بأكمله. يمكن أن يحسن استخدام جهاز تنظيم الجهد التلقائي SVR لمعالجة الجهد المنخفض لخطوط شبكة التوزيع بشكل صحيح جودة تشغيل نظام شبكة التوزيع، وبالتالي ضمان سلامة التغذية الكهربائية وتحقيق الحاجة لربط الأحمال الجديدة.

1. مبدأ عمل جهاز تنظيم الجهد التلقائي SVR

يعد جهاز تنظيم الجهد التلقائي لخط التغذية SVR جهازًا عالي التحكم التلقائي يمكنه من تعديل الجهد الخرج بشكل تلقائي. إنه محول ثلاثي الأطوار ذاتي. في هذه المرحلة، يمكن لمعظم المنتجات تعديل الجهد بشكل تلقائي ضمن نطاق -20٪ إلى 20٪. يمكن تثبيت هذا الجهاز في دارة التغذية، سواء في الموضع الأوسط أو في المنطقة ذات الجهد المنخفض، وذلك لتحقيق تعديل فعال وتحكم كبير في الجهد على الخط، وبالتالي ضمان توفير جهد آمن ومستقر للمستخدمين. يتكون هذا الجهاز عادةً من ثلاثة أجزاء رئيسية، وهي: المحول الذاتي الثلاثي الأطوار، ومفتاح التحويل تحت الحمل الثلاثي الأطوار، والمضمون التحكم الذكي.

1.1 المحول الذاتي الثلاثي الأطوار

يتكون جهاز المحول الذاتي الثلاثي الأطوار بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء: ملف التسلسل، وملف التوازي، وملف التحكم. بين هذه الملفات الثلاثة، يشمل ملف التسلسل ملفات متعددة النقاط التي ترتبط جميعها بالتوالي بين طرفي الإدخال والإخراج عبر كل نقطة تماس لمفتاح التحويل تحت الحمل. يمكن تعديل نسبة الجهد للمحول الذاتي عن طريق تغيير موقع النقطة، وذلك لتحقيق تعديل معقول للجهد. يعتبر ملف التوازي الثلاثي الأطوار ملفًا مشتركًا، وهو بمثابة مجال مغناطيسي يمكن استخدامه لنقل الطاقة. يمكن لملف التحكم توفير الطاقة اللازمة لعملية المراقب، وكذلك تقديم إشارات عينة.

1.2 مفتاح التحويل تحت الحمل الثلاثي الأطوار

مفتاح التحويل تحت الحمل الثلاثي الأطوار هو جهاز تحويل خاص يمكنه التحويل حتى تحت الشروط المحملة. يجب أن يتم تحديد عدد الأسنان في مفتاح التحويل بالنظر الكامل إلى عمر الخدمة لمفتاح التحويل ومعايير الدقة لتنظيم الجهد للمستخدم، والتي تتضمن عادةً سبع أسنان وتسع أسنان.

1.3 المراقب الذكي

هذا الجهاز مسؤول أساساً عن جمع بيانات الجهد التي يرسلها النظام، ومقارنة هذه البيانات مع القيمة المحددة، ثم إصدار الأوامر المناسبة لتحكم في مفتاح التحويل تحت الحمل لتنفيذ عمليات تنظيم الجهد. يتم توضيح مبدأ العمل لهذا الجهاز في الشكل 1.

في الشكل 1، A هو الطرف الإدخالي، ويتم ربطه بشكل أساسي بالمصدر الكهربائي؛ a هو الطرف الإخراجي، ويتم ربطه بشكل أساسي بالأحمال. يمكن للمراقب الذكي قياس الجهد عند الطرف الإخراجي ومقارنته بالجهد المرجعي. عندما ينحرف الجهد عند الطرف الإخراجي عن النطاق المرجعي، سيقوم المراقب بالتأخير في العمل. إذا استوفى وقت التأخير والفترة الزمنية للعمل المتطلبات ذات الصلة، سيقوم المراقب بإرسال أمر إلى مفتاح التحويل تحت الحمل لتحكم في دوران المحرك في مفتاح التحويل تحت الحمل، مما يدفع مفتاح التحويل للتبديل بين النقاط. 

وهذا يعدل نسبة الجهد للمحول لتحقيق هدف تنظيم الجهد التلقائي تحت الحمل. يستخدم جهاز تنظيم الجهد التلقائي لخط التغذية SVR وضع الدخول الثلاثي والخروج الثلاثي، والذي يتوافق مع الأطوار الثلاثة لكل من خطوط التغذية ذات الجهد 10 كيلو فولت، ويحقق الهدف من خلال عملية التحويل للمعدات التنظيمية للجهد. لا يحتل هذا الجهاز مساحة كبيرة (عادة أقل من 10 متر مربع) ويكون أكثر سهولة وأمانًا في التخصيص.

2. خصائص جهاز تنظيم الجهد التلقائي لخط التغذية SVR

• اقتصادي وكفاءة عالية: تبلغ تكلفة تجميع جهاز تنظيم الجهد حوالي 500,000 يوان، وهو يعتبر منخفض الثمن ومناسب. بما أن الجهاز يعتمد على مبدأ عمل المحول الذاتي، فإنه يمكن أن يحقق تأثير تنظيم جهد أفضل، وبالتالي الوصول إلى هدف الاقتصاد والكفاءة العالية.

• دقة عالية في التعديل: حاليًا، تشمل المعدات الأكثر شيوعًا أجهزة تنظيم الجهد التلقائي تحت الحمل ذات السبعة والأربعة والعشرين الأسنان، ويمكن أن يصل نطاق تنظيم الجهد لأداة واحدة إلى -4٪ إلى 4٪، مما يجعل التعديل أكثر دقة وكفاءة، مما يسهل تنظيم الجهد تحت ظروف العمل المختلفة.

• تشغيل مرنة للغاية: بما أن جهاز تنظيم الجهد التلقائي لخط التغذية SVR يتم ربطه عادة بخط التغذية بطريقة متوازية متسلسلة، يمكن سحبه بسهولة من التشغيل عند الحاجة، ويمكن أيضًا إيقاف وظيفة تنظيم الجهد.

• خسارة منخفضة تحت الشروط الخالية من الحمل: يستخدم هذا الجهاز بشكل أساسي هيكل المحول الذاتي، الذي لا ينتج خسائر كبيرة تحت الشروط الخالية من الحمل. يمكنه التكيف الفعال مع مختلف فترات ذروة الاستهلاك الكهربائي في المناطق الريفية، خاصة بعض الفترات خارج الذروة، مما يمنع بشكل فعال مشاكل الخسارة تحت الشروط الخالية من الحمل.

• بما أن جهاز تنظيم الجهد يتم تركيبه في خط النظام بشكل متسلسل، فلا يمكن لخط التغذية العمل تحت الشروط الزائدة عن الحد، بحيث يتجاوز تدفق الطاقة في خط التغذية القوة القصوى للمعدات، مما قد يؤدي إلى تلف المعدات.

3. تطبيق جهاز تنظيم الجهد التلقائي لخط SVR في إدارة الجهد المنخفض لخطوط 10 كيلو فولت

حالياً،تم تجهيز معدات تنظيم الجهد التلقائي SVR في الخطوط ذات الجهد 10 كيلوفولت. بأخذ خطوط AB و BC و CD كأمثلة، يتم تحليل تطبيق معدات تنظيم جهد الخط SVR. يحمل كل خط من هذه الخطوط أحمال شبكة الكهرباء الريفية. الطول الإجمالي للخط طويل، وهناك العديد من الخطوط الفرعية على الخط الرئيسي، ولا يكون الحمل موزعاً بشكل متساوٍ على طول الخط. ما يلي يحلل التغييرات بعد إضافة معدات تنظيم الجهد التلقائي SVR في كل خط.

3.1 التطبيق في خط AB

في الجزء AB من خط الشبكة التوزيعية ذو الجهد 10 كيلوفولت، يصل طول الخط الرئيسي إلى 24 كم، بينما يصل طول الخط الإجمالي إلى 117.01 كم، ونوع الموصل هو LGJ-70. يتجاوز طوله المعيار المحدد، ويوجد العديد من الخطوط الفرعية على الخط الرئيسي. قبل التعويض اللافعالية، كان معامل القوة لخط الجهد حوالي 0.9. تم تركيب معدات تنظيم الجهد التلقائي SVR في الخط النظامي لتحقيق التوزيع المناسب للطاقة الكهربائية وتوفير تعديل تلقائي للجهد الكهربائي.

بعد عام من تشغيل المعدات، بلغ معدل التوافق في الجهد عند نقطة الدخول للمعدات 97.85٪، ومعدل التوافق في الجهد عند نقطة الخروج بلغ 100٪. بإضافة معدات تنظيم جهد الخط SVR، يمكن تحسين جودة الجهد بشكل كبير. خلال شهر معين، بملاحظة نقاط مرجعية مختلفة، يظهر أن الجهد الداخل والجهد الخارج لهما اتجاهات تغير خاصة بهما.

من خلال الرسم البياني الإحصائي، تم العثور على أن جهد خط AB يصل إلى أقل قيمة له عند الساعة 9:00، وهو أقل من 90٪ من الجهد المقنن. تحت تشغيل معدات تنظيم جهد الخط، يصل الجهد الخارج إلى 10.02 كيلوفولت، ونسبة زيادة الجهد حوالي 19.86٪. تحت تشغيل معدات تنظيم الجهد SVR، يمكن السيطرة على قيمة الجهد ضمن النطاق المثالي بين 10~10.7 كيلوفولت. بعد التعويض اللافعالية، أصبح معامل القوة في هذا المجال مرتفعاً جداً ليصل إلى 0.95، مما يحقق التأثير المثالي للتوازن. ومع ذلك، عندما يتم تشغيل مكثف اللامفعالية على نطاق واسع، يكون الجهد نسبياً منخفضاً، عادة ما يكون أقل من 9 كيلوفولت.

3.2 التطبيق في خط BC

يبلغ طول خط BC 20.5 كم، بينما يصل طول الخط الإجمالي إلى 174 كم، والنوع المستخدم من الموصل نسبياً خاص (LGJ-50). لا يزال هناك العديد من الخطوط الفرعية على الخط الرئيسي. كان معامل القوة قبل التعويض اللافعالية للخط حوالي 0.88، لذلك تم تركيب معدات تنظيم الجهد التلقائي SVR على هذا الخط. بعد عام من التشغيل، اقترب معدل التوافق في الجهد عند نقطة الدخول للمعدات من 100٪، وكان الجهد عند نقطة الخروج أيضاً متوافق تماماً.

بعد إضافة معدات تنظيم جهد الخط SVR، زادت جودة الجهد لنظام كامل بشكل كبير. من خلال المنحنى المسجل للجهد، يمكن رؤية أن الجهد لهذا الخط يكون الأقل بين الساعة 20:00 والساعة 21:00، حيث يصل فقط إلى 8.07 كيلوفولت، وهو أقل من 90٪ من الجهد المقنن. بسبب تأثير معدات تنظيم جهد الخط، يصل الجهد الخارج إلى 9.68 كيلوفولت، ونسبة زيادة الجهد هي 20.07٪، مما يصل إلى الحد الأقصى لقيمة التنظيم المقدرة بـ 20٪.

3.3 التطبيق في خط CD

يصل طول الخط الرئيسي لخط CD إلى 14 كم، بينما يصل طول الخط الإجمالي إلى 153.98 كم، والنوع الخاص من الموصل هو LGJ-70. كان معامل القوة قبل التعويض اللافعالية للخط يبلغ 0.9، لذا يمكن تركيب معدات تنظيم الجهد التلقائي SVR (الموديل: SVR-2000/10-7) على أبراج الخط. بعد عام من التشغيل، اقترب معدل التوافق في الجهد عند نقطة الدخول للمعدات من 100٪، وكان الجهد عند نقطة الخروج أيضاً متوافق بشكل قياسي، حيث وصل إلى 99.86٪.

إضافة معدات تنظيم جهد الخط SVR تحسن بشكل كبير جودة الجهد، ولكن مستوى الجهد عند نقطة الدخول قليل قليلاً لتحقيق المعيار 100٪ بالكامل. من خلال المنحنى المسجل للجهد، يمكن رؤية أن هناك فترتين واضحتين لتراجع الجهد في خط CD خلال اليوم: من الساعة 8:00 حتى الساعة 10:00 ومن الساعة 19:00 حتى الساعة 21:00. تكون قيم الجهد الداخل لكلتا الفترةين أقل من 9 كيلوفولت. خلال هذه الفترة، يصل الجهد إلى أدنى مستوياته عند الساعة 20:00، حيث يصل فقط إلى 7.77 كيلوفولت (وهو فقط 78٪ من الجهد المقنن). استخدام معدات تنظيم جهد الخط SVR يمكن أن يساهم في تحقيق توازن واستقرار الجهد.

ومع ذلك، يصل الجهد الخارج عند الساعة 20:00 إلى 8.82 كيلوفولت، وهو ما يظل في حالة انخفاض الجهد. نسبة زيادة الجهد للمعدات هي 12.51٪، وهي تصل تقريباً إلى القيمة المحددة البالغة 15٪. من خلال تحليل الحالة العملية والأثر الفعلي للمعدات المنظمات للجهد كما سبق ذكرها، حتى عند مواجهة القيم المتطرفة، يمكن أن تلبي نسبة زيادة الجهد المعيار، وبالتالي يمكن استنتاج أن المنظمات المختارة للجهد مؤهلة.

4. مزايا وفوائد معدات تنظيم الجهد التلقائي SVR

تحقيق هذه المعدات التحكم المستقر في الجهد الخارج عبر تعديل نسبة التحويل للتحولات الثلاثية الذاتية. في التطبيق العملي، تظهر المزايا التالية:

• يمكنها تحقيق تنظيم الجهد التلقائي والفعال أثناء الحمل بالكامل.

• يستخدم المحول نفسه تحولاً ثلاثياً ذاتياً متصل بنظام النجمة، والذي يتمتع بسعة كبيرة وحجم صغير نسبياً، ويمكن رفعه على أعمدة ثنائية.

• يتراوح نطاق تنظيم الجهد عادة بين -10٪ و 20٪، مما يمكنه من تلبية متطلبات الجهد. وفقاً للتحليل والحسابات النظرية ذات الصلة، يمكن تركيب معدات تنظيم الجهد التلقائي SVR وفقاً لخصائص وأحوال الخطوط المختلفة. بعد تركيب هذا المنظم للجهد، يمكن ضبط الجهد بشكل مرن ليصل إلى 10.5 كيلوفولت.

أثبت عدد كبير من الأمثلة العملية أن مجموعة معدات تنظيم الجهد التلقائي لخط التغذية SVR تتمتع بدرجة عالية من الأتمتة والوظائف الذكية، حيث يمكنها تتبع التقلبات في الجهد المدخل بشكل ديناميكي، مما يضمن أداءً نسبيًا ثابتًا للجهد الخرجي الثابت، ويتجاوز فعاليًا مشكلة انخفاض الجهد. بعد تركيب معدات تنظيم الجهد SVR في الخط المنخفض الجهد، مقارنة بإنشاء محطة تحويل جديدة، يمكن أن يساهم استبدال الموصلات في السيطرة على الاستثمار الرأسمالي بشكل فعال، وبالتالي السيطرة على جهد الخط بشكل فعال، والاستجابة لأقسام الدولة ذات الصلة، مما يجلب فوائد اجتماعية واقتصادية أفضل.

عندما يبقى الحمل على الخط ثابتًا، يمكن السيطرة على تيار الخط بشكل فعال عن طريق زيادة جهد الخط، مما يسمح بالسيطرة بشكل كبير على خسارة الخط، وتحسين كفاءة نقل الطاقة، وتحقيق الهدف النهائي لتوفير الطاقة وتقليل الخسارة. مقارنة بإنشاء محطة تحويل جديدة، يمكن لمعدات تنظيم الجهد SVR السيطرة على استخدام رأس المال عن طريق تحديث الموصلات، بحيث يتم زيادة جهد النظام بأكمله، مما يتوافق مع اللوائح الصناعية الوطنية ذات الصلة، ويحقق فوائد اقتصادية مثالية، ويجلب أيضًا بعض الفوائد الاجتماعية. عندما يبقى الحمل على الخط ثابتًا، يمكن السيطرة على تيار الخط بشكل فعال عن طريق زيادة جهد الخط، مما يؤدي إلى السيطرة على خسارة الخط إلى حد ما، وتحقيق الهدف لتوفير الطاقة وتقليل الخسارة، والحفاظ على الفوائد الاقتصادية للمؤسسة الموردة للطاقة، والحد الفعال من خسارتها الاقتصادية، وبالتالي تحسين الكفاءة الاقتصادية العامة.

5. الخلاصة

في المناطق ذات مساحة تطور الحمل المحدودة، وتوزيع مصادر الطاقة القليل، ونصف قطر التغذية الكبير، وخسارة الخط الشديدة، والحمل الثقيل، وعدم وجود خطط لإنشاء محطة تحويل 35 كيلو فولت في المستقبل القريب، يكون مناسبًا تركيب معدات تنظيم الجهد التلقائي لخط التغذية SVR للتحكم في مشاكل تشغيل النظام. هذا لا يسمح فقط بتحكم فعال في مشكلة جودة الجهد، ولكنه يقلل أيضًا من خسارة الخط، مما يؤدي إلى تحقيق فوائد اقتصادية واجتماعية مثالية. يمكن أيضًا لهذه المعدات السيطرة على التكاليف بشكل فعال، وتحسين كفاءة تشغيل نظام الطاقة، وإنشاء فوائد اجتماعية مثالية.