Výzkum aplikace automatického napěťového regulátoru SVR na linkách 10 kV v nízkonapěťovém managementu

S místním rozvojem a průmyslovým přesunem čím dál více podniků investuje a zakládá továrny v méně rozvinutých oblastech. Vzhledem k nedostatečnému rozvoji elektrické zátěže a neúplným doprovodným zařízením, jako jsou distribuční sítě, může být nově přidaná zátěž připojena pouze k existujícím venkovským silovým rozvodným linkám. Distribuční sítě v venkovských oblastech se vyznačují roztříštenou zátěží, malým průměrem vodičů a nadměrně velkým dosahem napájení. 

Připojení nově přidané zátěže s velkou kapacitou na konec vedení může vést k nízkému napětí na lince a nadměrným ztrátám v systémové lince, čímž se ovlivňují ekonomické výhody celého systému. Použití automatického regulátoru napětí na lince SVR pro řešení nízkého napětí v distribučních sítích může vhodně zlepšit provozní kvalitu systému distribuční sítě, čímž se zajistí bezpečnost dodávky elektřiny a splní požadavek na připojení nově přidané zátěže.

1. Princip činnosti automatického regulátoru napětí SVR

Zařízení automatické regulace napětí na odbočné lince SVR je vysoce automatizované regulační zařízení, které může automaticky upravovat výstupní napětí. Jedná se o třífázový autotransformátor. V současné době většina produktů dokáže automaticky upravovat napětí v rozsahu -20 % až 20 %. Toto zařízení lze instalovat do obvodu odbočné linky, buď do střední polohy, nebo do oblasti s nízkým napětím, aby efektivně upravovalo a výrazně kontrolovalo napětí na lince, čímž zajišťuje bezpečné a stabilní napětí pro uživatele. Toto zařízení obvykle zahrnuje tři hlavní komponenty, konkrétně: třífázový autotransformátor, třífázový spínač tapů pod zátěží a inteligentní řadič.

1.1 Třífázový autotransformátor

Třífázové zařízení autotransformátoru se skládá hlavně ze tří částí: sériového vinutí, paralelního vinutí a řídicího vinutí. Mezi tato tři vinutí patří sériové vinutí, které obsahuje vinutí s několika odbočkami, které jsou všechny zapojeny sériově mezi vstupní a výstupní konec prostřednictvím každého kontaktu spínače tapů pod zátěží. Poměr napětí autotransformátoru lze upravit změnou polohy odbočky, čímž se napětí vhodně reguluje. Třífázové paralelní vinutí je společné vinutí, které samo o sobě představuje magnetické pole, které lze použít k přenosu energie. Řídicí vinutí může poskytovat potřebnou energetickou energii pro provoz řadiče a také poskytovat vzorkovací signály.

1.2 Třífázový spínač tapů pod zátěží

Třífázový spínač tapů pod zátěží je speciální přepínací zařízení, které dokáže přepínat kontakty i za zatížení. Počet stupňů spínače tapů by měl být nastaven s plným ohledem na životnost spínače tapů a na přesnostní standard regulace napětí uživatele, což obvykle zahrnuje sedm stupňů a devět stupňů.

1.3 Inteligentní řadič

Toto zařízení má hlavně za úkol sbírat napěťová data přenášená systémem, porovnat tato data se zadanou hodnotou a následně vydávat odpovídající příkazy pro řízení spínače tapů pod zátěží, aby provedl operace regulace napětí. Princip činnosti tohoto zařízení je znázorněn na obrázku 1.

Na obrázku 1 je A vstupní svorka, která je hlavně připojena ke zdroji; a je výstupní svorka, která je hlavně připojena ke zátěži. Inteligentní řadič může detekovat napětí na výstupní svorce a porovnat ho s referenčním napětím. Když se napětí na výstupní svorce odchýlí od referenčního rozsahu, řadič odloží provoz. Pokud doba zpoždění a interval provozu splňují příslušné požadavky, řadič pošle příkaz spínači tapů pod zátěží, aby řídil otáčení motoru ve spínači tapů pod zátěží, čímž pohání spínač tapů k přepnutí mezi odbočkami. 

Tímto způsobem se upraví poměr napětí transformátoru, aby bylo dosaženo cíle automatické regulace napětí pod zátěží. Zařízení automatické regulace napětí na odbočné lince SVR používá režim tři vstupy a tři výstupy, což odpovídá třem fázím 10 kV odbočné linky, a dosahuje cíle prostřednictvím spínacího provozu zařízení regulace napětí jističem. Toto zařízení nezabírá velký prostor (obvykle méně než 10 m²) a jeho umístění je pohodlnější a bezpečnější.

2. Vlastnosti automatického regulátoru napětí na odbočné lince SVR

• Ekonomické a efektivní: Montážní náklady jednoho zařízení regulátoru napětí činí přibližně 500 000 jüanů, což je relativně nízké a dostupné. Protože zařízení využívá princip činnosti autotransformátoru, může dosáhnout lepšího efektu regulace napětí, čímž dosahuje cíle hospodárnosti a vysoké efektivity.

• Vysoká přesnost nastavení: V současné době nejčastější zařízení zahrnují sedmistupňová a devítistupňová zařízení automatické regulace napětí pod zátěží, přičemž rozsah regulace napětí jednoho stupně může dosáhnout až -4 % až 4 %, což umožňuje přesnější a efektivnější nastavení, což je výhodné pro úpravu napětí za různých provozních podmínek.

• Vysoce flexibilní provoz: Jelikož je zařízení automatické regulace napětí na odbočné lince SVR obecně připojeno k odbočné lince v režimu paralelní série, lze jej v případě potřeby snadno vyřadit z provozu a jeho funkci regulace napětí lze také vypnout.

• Nízké ztráty naprázdno: Toto zařízení využívá především konstrukci autotransformátoru, která nezpůsobuje velké ztráty za chodu naprázdno. Efektivně se tak přizpůsobuje různým obdobím špičkové spotřeby energie v venkovských oblastech, zejména některým obdobím mimo špičku, čímž účinně předchází problémům se ztrátami naprázdno.

• Protože je regulátor napětí instalován do systémové linky sériově, nemůže odbočná linka pracovat v přetížení, takže tok výkonu v odbočné lince překračuje maximální výkon zařízení, což může způsobit poškození zařízení.

3. Použití automatického regulátoru napětí na lince SVR při řízení nízkého napětí na 10 kV linkách

V současné době jsou na linkách 10 kV nainstalovány automatické napěťové regulátory SVR. Na příkladu linií AB, BC a CD je analyzováno použití lineárních napěťových regulátorů SVR. Každá linka nese zatížení venkovské elektrické sítě. Celková délka linky je dlouhá, na hlavní lince je mnoho vedlejších větví a zatížení po celé trase není rovnoměrně rozděleno. Následuje analýza změn po instalaci automatických napěťových regulátorů na každé lince.

3.1 Použití na lince AB

V úseku AB distribuční sítě 10 kV má hlavní linka délku 24 km, celková délka linky je 117,01 km a typ vodiče je LGJ-70. Délka přesahuje stanovený standard a na hlavní lince je mnoho vedlejších větví. Před kompenzací reaktivního výkonu byl koeficient využití výkonu linky asi 0,9. Pro automatickou regulaci napětí linky a pro dosažení správného rozdělení elektrické energie bylo do systémové linky nainstalováno vybavení pro automatickou napěťovou regulaci SVR.

Po jednom roce provozu tohoto zařízení saha míra souladu s napětím na vstupní straně zařízení 97,85 % a míra souladu s napětím na výstupní straně 100 %. Instalací napěťového regulačního zařízení SVR lze výrazně optimalizovat kvalitu napětí. V určitém měsíci, sledováním různých referenčních bodů, mají vstupní a výstupní napětí své vlastní trendy změny.

Z grafu statistiky je zjištěno, že napětí na lince AB dosahuje nejnižší hodnoty v 9:00, která je nižší než 90 % nominálního napětí. Za provozu napěťového regulačního zařízení je výstupní napětí 10,02 kV a amplituda zvýšení napětí je asi 19,86 %. Pod vlivem napěťového regulátoru SVR lze hodnotu napětí udržet v ideálním standardním rozmezí 10–10,7 kV. Po kompenzaci reaktivního výkonu je koeficient využití výkonu v této oblasti až 0,95, což umožňuje dosáhnout ideálního kompenzačního efektu. Nicméně, když se velkým měřítkem zapojí kondenzátory reaktivního výkonu, napětí je relativně nízké, obvykle pod 9 kV.

3.2 Použití na lince BC

Délka linky BC je 20,5 km, celková délka linky je 174 km a použitý typ vodiče je poměrně specifický (LGJ-50). Na hlavní lince stále existuje mnoho vedlejších větví. Koeficient využití výkonu před kompenzací reaktivního výkonu linky byl asi 0,88, takže byl na této lince nainstalován automatický napěťový regulátor SVR. Po roce provozu se míra souladu s napětím na vstupním terminálu zařízení blíží 100 % a napětí na výstupním terminálu je také plně kvalifikované.

Po přidání napěťového regulačního zařízení SVR se kvalita napětí celého systému výrazně zlepšila. Z naměřené křivky napětí lze vidět, že napětí na této lince je nejnižší mezi 20:00 a 21:00, pouze 8,07 kV, což je pod 90 % nominálního napětí. Díky účinku napěťového regulátoru je výstupní napětí 9,68 kV a amplituda zvýšení napětí 20,07 %, dosahující maximální standardní hodnoty regulačního napětí 20 %.

3.3 Použití na lince CD

Hlavní linka linky CD má délku 14 km, celková délka linky činí 153,98 km a specifický typ vodiče je LGJ-70. Koeficient využití výkonu před kompenzací reaktivního výkonu linky dosahuje 0,9, takže lze na věži linky nainstalovat automatický napěťový regulátor SVR (model: SVR-2000/10-7). Po roce provozu se míra souladu s napětím na vstupním terminálu zařízení blíží 100 % a napětí na výstupním terminálu je také velmi standardní, dosahující 99,86 %.

Přidáním napěťového regulačního zařízení SVR se kvalita napětí výrazně optimalizuje, ale hladina napětí na vstupním terminálu je mírně nedostatečná pro plné splnění 100% standardu. Z pozorované křivky napětí lze vidět, že na lince CD během daného dne existují dvě výrazné období poklesu napětí: 8:00–10:00 a 19:00–21:00. Jejich vstupní hodnoty napětí jsou pod 9 kV. Během tohoto období dosahuje napětí v 20:00 nejnižší hodnoty, pouze 7,77 kV (jen 78 % nominálního napětí). Použití napěťového regulátoru SVR může napětí udržovat vyvážené a stabilní.

Nicméně, výstupní napětí v 20:00 dosahuje 8,82 kV, což stále znamená stav nízkého napětí. Amplituda zvýšení napětí zařízení je 12,51 %, téměř dosahující standardní hodnoty 15 %. Z analýzy skutečného stavu a efektivity výše uvedených napěťových regulátorů lze usoudit, že i při setkání s extrémními hodnotami mohou amplitudy zvýšení napětí splňovat standard, takže lze dospět k závěru, že vybrané regulátory jsou kvalifikované.

4. Výhody a přínosy automatického napěťového regulačního zařízení SVR

Toto regulační zařízení dosahuje stabilní kontroly výstupního napětí především upravováním transformačního poměru třífázového autotransformátoru. V praxi ukazuje následující výhody:

• Umožňuje úplně automatickou, efektivní a pod zatížením provedenou regulaci napětí.

• Sám transformátor používá třífázový autotransformátor se hvězdicovým spojením, který má velkou kapacitu a relativně malý objem a může být postaven na dvojitých sloupech.

• Rozsah regulace napětí běžně leží mezi -10 % a 20 %, což splňuje požadavky na napětí. Podle relevantní teoretické analýzy a výpočtu lze automatický napěťový regulátor SVR nainstalovat podle specifických charakteristik a skutečné situace link v různých úsecích. Po instalaci tohoto regulátoru lze napětí flexibilně nastavit na 10,5 kV.

Velké množství praktických příkladů dokazuje, že kompletní sada vybavení pro automatickou regulaci napětí SVR má vysokou míru automatizace a inteligentních funkcí, které mohou dynamicky sledovat kolísání vstupního napětí, což zajišťuje relativně stabilní výkon konstantního výstupního napětí a efektivně překonává problém s nízkým napětím. Po instalaci vybavení pro regulaci napětí SVR na nízkovoltové vedení, ve srovnání s výstavbou nové podstanice, může výměna vodičů efektivně ovládat kapitálové investice, tedy efektivně řídit napětí na vedení a také reagovat na příslušné státní orgány, čímž přináší lepší společenské a ekonomické výhody.

Když zůstane zátěž vedení konstantní, zvýšením napětí na vedení lze efektivně kontrolovat proud vedení, což výrazně ovládá ztráty vedení, zvyšuje efektivitu přenosu energie a nakonec dosahuje cíle úspory energie a snížení ztrát. Ve srovnání s výstavbou nové podstanice regulační zařízení SVR efektivně ovládá použití kapitálu aktualizací vodičů, takže se zvýší napětí celého systémového vedení, což splňuje příslušné pravidla státních průmyslových odvětví, dosahuje ideálních ekonomických výsledků a také přináší určité společenské výhody. Když zůstane zátěž vedení stabilní, zvýšením napětí na vedení lze efektivně kontrolovat proud vedení, což do jisté míry ovládá ztráty vedení, dosahuje cíle úspory energie a snížení ztrát, udržuje ekonomické výsledky dodavatele elektrické energie a efektivně potlačuje jeho ekonomické ztráty, což zlepšuje celkový ekonomický výsledek.

5. Závěr

V oblastech s omezeným prostorem pro rozvoj zátěže, málo zdrojů elektrické energie, velkým poloměrem dodávky, vážnými ztrátami vedení, těžkou zátěží a bez plánované 35 kV podstanice v blízké budoucnosti je vhodné nainstalovat vybavení pro automatickou regulaci napětí SVR, aby se ovládaly problémy provozu systému. To nejen efektivně ovládá problém kvality napětí, ale také minimalizuje ztráty vedení, aby byly dosaženy ideální ekonomické a společenské výhody. Použití tohoto vybavení může také efektivně ovládat náklady, zlepšit efektivitu provozu elektřinového systému a vytvořit ideální společenské výhody.