پژوهش کاربردی درباره تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار خط SVR در مدیریت ولتاژ پایین خطوط ۱۰ کیلوولت

با توسعه محلی و انتقال صنعتی، شرکت‌های بیشتری در مناطق کم‌توسعه سرمایه‌گذاری می‌کنند و کارخانه‌ها را تأسیس می‌نمایند. با این حال، به دلیل نبودن توسعه پیشرفته بار الکتریکی و زیرساخت‌های پشتیبان ناقص مانند شبکه‌های توزیع، بار جدید تنها می‌تواند به خطوط موجود شبکه برق روستایی متصل شود. خطوط توزیع در مناطق روستایی با بار پراکنده، قطر سیم کوچک و شعاع تأمین برق بسیار بزرگ مشخص می‌شوند.

اتصال بار با ظرفیت بالا به انتهای خط می‌تواند منجر به ولتاژ کم خط و ضریب زیاد خسارت سیستم شود که این امر از طرف دیگر بهره‌وری اقتصادی کل سیستم را تحت تأثیر قرار می‌دهد. استفاده از تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار SVR برای درمان ولتاژ پایین خطوط توزیع می‌تواند عملکرد کیفی سیستم توزیع را به طور مناسب بهبود بخشد، بنابراین ایمنی تأمین برق را تضمین می‌کند و نیاز به اتصال بار جدید را برآورده می‌کند.

۱. اصل عملکرد تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار SVR

تجهیزات تنظیم ولتاژ خودکار فیدر SVR یک دستگاه تنظیم ولتاژ با سطح بالای خودکاری است که می‌تواند ولتاژ خروجی را به طور خودکار تنظیم کند. این یک خودسازنده سه‌فاز است. در این مرحله، بیشتر محصولات می‌توانند ولتاژ را در محدوده -۲۰٪ تا ۲۰٪ به طور خودکار تنظیم کنند. این تجهیز می‌تواند در مدار فیدر نصب شود، یا در موقعیت میانی یا در منطقه ولتاژ پایین، به طوری که بتواند به طور موثر ولتاژ خط را تنظیم و کنترل کند و اینکه ولتاژ ایمن و پایدار برای کاربران تأمین شود. این تجهیز عموماً شامل سه مؤلفه اصلی است: خودسازنده سه‌فاز، سوئیچ‌کننده تپه‌ای تحت بار سه‌فاز و کنترل‌کننده هوشمند.

۱.۱ خودسازنده سه‌فاز

تجهیز خودسازنده سه‌فاز عمدتاً از سه بخش تشکیل شده است: پیچش سری، پیچش موازی و پیچش کنترل. از بین این سه پیچش، پیچش سری شامل پیچش‌هایی با چند تپه است که همه آنها از طریق هر تماس سوئیچ‌کننده تپه‌ای تحت بار بین ورودی و خروجی به طور سری متصل می‌شوند. نسبت ولتاژ خودسازنده می‌تواند با تغییر موقعیت تپه به طور مناسب تنظیم شود. پیچش موازی سه‌فاز یک پیچش مشترک است که خود یک میدان مغناطیسی است که می‌تواند برای انتقال انرژی استفاده شود. پیچش کنترل می‌تواند انرژی لازم برای عملکرد کنترل‌کننده را فراهم کند و همچنین سیگنال‌های نمونه‌برداری را ارائه دهد.

۱.۲ سوئیچ‌کننده تپه‌ای تحت بار سه‌فاز

سوئیچ‌کننده تپه‌ای تحت بار سه‌فاز یک دستگاه تغییر تپه خاص است که حتی در شرایط بار می‌تواند تماس‌ها را تغییر دهد. تعداد دندانه‌های سوئیچ‌کننده تپه‌ای باید با در نظر گرفتن طول عمر سوئیچ‌کننده و استاندارد دقت تنظیم ولتاژ کاربر به طور کامل تنظیم شود که معمولاً شامل هفت دندانه و نه دندانه است.

۱.۳ کنترل‌کننده هوشمند

این دستگاه عمدتاً مسئول جمع‌آوری داده‌های ولتاژ منتقل شده توسط سیستم، مقایسه این داده‌ها با مقدار تنظیم شده و سپس صدور دستورات مربوطه برای کنترل سوئیچ‌کننده تپه‌ای تحت بار برای اجرای عملیات تنظیم ولتاژ است. اصل عملکرد این تجهیز در شکل ۱ نشان داده شده است.

در شکل ۱، A ورودی اصلی است که عموماً به منبع برق متصل می‌شود؛ a خروجی اصلی است که عموماً به بار متصل می‌شود. کنترل‌کننده هوشمند می‌تواند ولتاژ خروجی را اندازه‌گیری کرده و آن را با ولتاژ مرجع مقایسه کند. وقتی ولتاژ خروجی از محدوده مرجع خارج شود، کنترل‌کننده عملیات را به تعویق می‌اندازد. اگر مدت زمان تعویق و فاصله عملیاتی معیارهای مرتبط را برآورده کنند، کنترل‌کننده دستوری را به سوئیچ‌کننده تپه‌ای تحت بار ارسال می‌کند تا دوران موتور در سوئیچ‌کننده تپه‌ای تحت بار را کنترل کند و بدین ترتیب سوئیچ‌کننده تپه‌ای را بین تپه‌ها تغییر دهد.

این عملیات نسبت ولتاژ ترانسفورماتور را تنظیم می‌کند تا هدف تنظیم ولتاژ خودکار تحت بار را به دست آورد. تجهیزات تنظیم ولتاژ خودکار فیدر SVR از مدل سه ورودی و سه خروجی استفاده می‌کنند که به ترتیب به سه فاز فیدر ۱۰ کیلوولت مربوط می‌شود و از طریق عملیات تغییر ولتاژ توسط دستگاه‌های کنترل‌کننده ولتاژ هدف را به دست می‌آورند. این تجهیز حجم زیادی را اشغال نمی‌کند (معمولاً کمتر از ۱۰ متر مربع) و مکان‌یابی آن راحت‌تر و ایمن‌تر است.

۲. ویژگی‌های تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار فیدر SVR

• اقتصادی و کارآمد: هزینه مونتاژ یک دستگاه تنظیم‌کننده ولتاژ حدود ۵۰۰,۰۰۰ یوان است که نسبتاً کم و قابل تحمل است. چون این تجهیز از اصل عملکرد یک خودسازنده استفاده می‌کند، می‌تواند اثر تنظیم ولتاژ بهتری به دست آورد و بدین ترتیب هدف اقتصادی و کارآمدی را به دست آورد.

• دقیق و کارآمد: در حال حاضر، پرکاربردترین تجهیزات شامل تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خودکار تحت بار با هفت دندانه و نه دندانه هستند و محدوده تنظیم ولتاژ یک دندانه می‌تواند تا -۴٪ تا ۴٪ برسد که تنظیم را دقیق‌تر و کارآمدتر می‌کند و این کار برای تنظیم ولتاژ در شرایط مختلف کاری راحت‌تر است.

• عملکرد بسیار انعطاف‌پذیر: چون تجهیزات تنظیم ولتاژ خودکار فیدر SVR معمولاً به صورت سری‌بازی به فیدر متصل می‌شوند، می‌توانند به راحتی از عملیات خارج شوند و عملکرد تنظیم ولتاژ آنها نیز می‌تواند خاموش شود.

• کم‌ضرر بدون بار: این تجهیز عمدتاً از ساختار خودسازنده استفاده می‌کند که تحت شرایط بدون بار ضرر زیادی ایجاد نمی‌کند. این تجهیز می‌تواند به طور موثر به دوره‌های مختلف ذروه مصرف برق در مناطق روستایی، به ویژه برخی دوره‌های غیرذروه، تطبیق یابد و بدین ترتیب مسائل ضرر بدون بار را به طور موثر جلوگیری کند.

• چون تنظیم‌کننده ولتاژ به صورت سری در خط سیستم نصب می‌شود، فیدر نمی‌تواند در وضعیت بیش از بار کار کند، به طوری که جریان برق فیدر از بیشترین توان تجهیزات بیشتر شود که می‌تواند منجر به خرابی تجهیزات شود.

۳. کاربرد تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار خط SVR در مدیریت ولتاژ پایین خطوط ۱۰ کیلوولت

در حال حاضر، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خودکار خط (SVR) در خطوط ۱۰ کیلوولت نصب شده‌اند. با توجه به خطوط AB، BC و CD به عنوان مثال، کاربرد تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خط SVR تحلیل می‌شود. هر خط بار شبکه روستایی را حمل می‌کند. طول کل خط طولانی است، خطوط فرعی زیادی در خط اصلی وجود دارد و بار در کل خط به صورت یکنواخت توزیع نشده است. در ادامه تغییرات بعد از افزودن تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خودکار خط در هر خط تحلیل می‌شود.

۳.۱ کاربرد در خط AB

در بخش AB خط شبکه توزیع ۱۰ کیلوولت، طول خط اصلی ۲۴ کیلومتر، طول کل خط ۱۱۷.۰۱ کیلومتر و نوع هادی LGJ-70 است. طول آن از استاندارد طول تعیین شده بیشتر است و خطوط فرعی زیادی در خط اصلی وجود دارد. قبل از جبران بار غیرفعال، عامل قدرت خط حدود ۰.۹ است. برای تنظیم خودکار ولتاژ خط و توزیع مناسب انرژی الکتریکی، تجهیزات تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ خودکار خط SVR در خط سیستم نصب شده است.

پس از یک سال عملیاتی بودن تجهیزات، نرخ مطابقت ولتاژ در سمت ورودی تجهیزات ۹۷.۸۵٪ و نرخ مطابقت ولتاژ در سمت خروجی ۱۰۰٪ می‌باشد. با افزودن تجهیزات تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ خط SVR، کیفیت ولتاژ به طور قابل توجهی بهبود یافته است. در ماه خاصی، با مشاهده نقاط مرجع مختلف، ولتاژ ورودی و خروجی روندهای تغییر خود را دارند.

از نمودار آماری مشخص شده است که ولتاژ خط AB در ساعت ۹:۰۰ به کمترین مقدار خود می‌رسد که کمتر از ۹۰٪ ولتاژ اسمی است. تحت عملکرد تجهیزات تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ خط، ولتاژ خروجی ۱۰.۰۲ کیلوولت و دامنه افزایش ولتاژ حدود ۱۹.۸۶٪ است. تحت عملکرد تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ خط SVR، مقدار ولتاژ می‌تواند در محدوده استاندارد ایده‌آل ۱۰~۱۰.۷ کیلوولت کنترل شود. پس از جبران بار غیرفعال، عامل قدرت در این منطقه به ۰.۹۵ می‌رسد که می‌تواند اثر جبران ایده‌آل را به دست آورد. اما وقتی خازن‌های بار غیرفعال به طور گسترده‌ای به کار گرفته می‌شوند، ولتاژ نسبتاً کم است، معمولاً کمتر از ۹ کیلوولت.

۳.۲ کاربرد در خط BC

طول خط BC ۲۰.۵ کیلومتر، طول کل خط ۱۷۴ کیلومتر و نوع هادی استفاده شده نسبتاً خاص (LGJ-50) است. هنوز خطوط فرعی زیادی در خط اصلی وجود دارد. عامل قدرت خط قبل از جبران بار غیرفعال حدود ۰.۸۸ است، بنابراین تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ خودکار خط SVR در این خط نصب شده است. پس از یک سال عملیاتی بودن، نرخ مطابقت ولتاژ سمت ورودی تجهیزات نزدیک به ۱۰۰٪ و ولتاژ سمت خروجی نیز به طور کامل مطابق است.

پس از افزودن تجهیزات تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ خط SVR، کیفیت ولتاژ کل سیستم به طور قابل توجهی افزایش یافته است. از نمودار ولتاژ اندازه‌گیری شده مشخص شده است که ولتاژ این خط در بازه ۲۰:۰۰~۲۱:۰۰ کمترین است، فقط ۸.۰۷ کیلوولت که کمتر از ۹۰٪ ولتاژ اسمی است. به دلیل تأثیر تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ خط، ولتاژ خروجی ۹.۶۸ کیلوولت و دامنه افزایش ولتاژ ۲۰.۰۷٪ است که به حداکثر مقدار تنظیم ولتاژ ۲۰٪ می‌رسد.

۳.۳ کاربرد در خط CD

طول خط اصلی خط CD به ۱۴ کیلومتر می‌رسد، طول کل خط به ۱۵۳.۹۸ کیلومتر و نوع هادی خاص LGJ-70 است. عامل قدرت خط قبل از جبران بار غیرفعال به ۰.۹ می‌رسد، بنابراین تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ خودکار SVR (مدل: SVR-2000/10-7) می‌تواند روی برج خط نصب شود. پس از یک سال عملیاتی بودن، نرخ مطابقت ولتاژ سمت ورودی تجهیزات نزدیک به ۱۰۰٪ و ولتاژ سمت خروجی نیز بسیار استاندارد است، به ۹۹.۸۶٪ می‌رسد.

افزودن تجهیزات تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ خط SVR به طور قابل توجهی کیفیت ولتاژ را بهبود می‌بخشد، اما سطح ولتاژ سمت ورودی کمی کمتر از استاندارد ۱۰۰٪ است. از نمودار ولتاژ مشاهده شده، مشخص شده است که در خط CD در آن روز دو دوره کاهش ولتاژ واضح وجود دارد: ۸:۰۰~۱۰:۰۰ و ۱۹:۰۰~۲۱:۰۰. مقادیر ولتاژ ورودی آنها همه کمتر از ۹ کیلوولت هستند. در این دوره، ولتاژ در ساعت ۲۰:۰۰ به کمترین میزان می‌رسد، فقط ۷.۷۷ کیلوولت (فقط ۷۸٪ ولتاژ اسمی). استفاده از تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ خط SVR می‌تواند ولتاژ را متوازن و پایدار کند.

اما ولتاژ خروجی در ساعت ۲۰:۰۰ به ۸.۸۲ کیلوولت می‌رسد که هنوز در وضعیت ولتاژ پایین است. دامنه افزایش ولتاژ تجهیزات ۱۲.۵۱٪ است که به طور اساسی به مقدار استاندارد ۱۵٪ می‌رسد. از تحلیل وضعیت و اثر عملیاتی واقعی تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خط فوق، حتی در مواجهه با مقادیر حدی، دامنه افزایش ولتاژ می‌تواند استاندارد را برآورده کند، بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که تنظیم‌کننده‌های انتخاب شده مطابق است.

۴. مزایا و فواید تجهیزات تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ خودکار خط SVR

این تجهیزات تنظیم ولتاژ عمدتاً با تنظیم نسبت تبدیل ترانسفورماتور خودکار سه‌فاز ولتاژ خروجی را به صورت پایدار کنترل می‌کنند. در کاربرد عملی، مزایای زیر را نشان می‌دهند:

• می‌تواند تنظیم ولتاژ خودکار، کارآمد و با بار را به طور کامل انجام دهد.

• خود ترانسفورماتور از نوع ترانسفورماتور خودکار سه‌فاز به صورت ستاره‌ای است که ظرفیت بزرگ و حجم نسبتاً کوچک دارد و می‌تواند روی دو ستون نصب شود.

• محدوده تنظیم ولتاژ معمولاً بین -۱۰٪ و ۲۰٪ است که می‌تواند نیازهای ولتاژ را برآورده کند. بر اساس تحلیل و محاسبات نظری مرتبط، تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ خودکار خط SVR می‌تواند بر اساس ویژگی‌ها و شرایط واقعی خطوط مختلف نصب شود. پس از نصب این تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ، می‌توان ولتاژ را به طور انعطاف‌پذیر به ۱۰.۵ کیلوولت تنظیم کرد.

تعداد زیادی از مثال‌های عملی نشان می‌دهد که مجموعه تجهیزات تنظیم ولتاژ خودکار فیدر SVR دارای درجه بالایی از خودکارسازی و قابلیت‌های هوشمند است، می‌تواند به طور پویا نوسانات ولتاژ ورودی را دنبال کند، بنابراین عملکرد نسبتاً ثابت ولتاژ خروجی را تضمین می‌کند و مشکل ولتاژ پایین را به طور موثر غلبه می‌کند. پس از نصب تجهیزات تنظیم ولتاژ SVR در خطوط ولتاژ پایین، در مقایسه با ساخت یک زیرстанسیون جدید، تعویض هادی‌ها می‌تواند سرمایه‌گذاری را به طور موثر کنترل کند، بنابراین ولتاژ خط را به طور موثر کنترل می‌کند و همچنین به بخش‌های مربوطه کشور پاسخ می‌دهد، بنابراین منافع اجتماعی و اقتصادی بهتری را به همراه می‌آورد.

هنگامی که بار خط ثابت باقی می‌ماند، با افزایش ولتاژ خط، جریان خط به طور موثر کنترل می‌شود، بنابراین ضرر خط به طور قابل توجهی کنترل می‌شود، کارایی انتقال برق بهبود می‌یابد و در نهایت هدف صرفه‌جویی در انرژی و کاهش ضرر برآورده می‌شود. در مقایسه با ساخت یک زیرستانسیون جدید، تنظیم‌کننده ولتاژ SVR با به‌روزرسانی هادی‌ها سرمایه‌گذاری را به طور موثر کنترل می‌کند، به طوری که ولتاژ خط کل سیستم افزایش می‌یابد که مطابق با مقررات صنعتی مربوطه کشور است، منافع اقتصادی ایده‌آلی را به دست می‌آورد و همچنین منافع اجتماعی معینی را به همراه می‌آورد. هنگامی که بار خط ثابت باقی می‌ماند، با افزایش ولتاژ خط، جریان خط به طور موثر کنترل می‌شود، بنابراین ضرر خط تا حدی کنترل می‌شود، هدف صرفه‌جویی در انرژی و کاهش ضرر برآورده می‌شود، منافع اقتصادی شرکت تأمین برق حفظ می‌شود و ضررهای اقتصادی آن به طور موثر کاهش می‌یابد، بنابراین منافع اقتصادی کلی بهبود می‌یابد.

۵. نتیجه‌گیری

در مناطقی که فضای توسعه بار محدود است، توزیع منابع برق کم است، شعاع تأمین برق بزرگ است، ضرر خط جدی است، بار سنگین است و در آینده نزدیک برنامه‌ای برای ساخت زیرستانسیون ۳۵ کیلوولت وجود ندارد، مناسب است تجهیزات تنظیم ولتاژ خودکار فیدر SVR را نصب کنیم تا مشکلات عملیاتی سیستم کنترل شود. این کار نه تنها می‌تواند مشکل کیفیت ولتاژ را به طور موثر کنترل کند بلکه ضرر خط را به حداقل برساند تا منافع اقتصادی و اجتماعی ایده‌آلی به دست آید. استفاده از این تجهیزات می‌تواند هزینه‌ها را به طور موثر کنترل کند، کارایی عملیاتی سیستم برق را بهبود بخشد و منافع اجتماعی ایده‌آلی ایجاد کند.