Sovellustutkimus SVR-linjan automaattisesta jännitevaihtelujen säätimestä 10 kV -linjojen alijännitet hallinnassa

Kun yhteiskunnallinen kehitys ja teollisuuden siirtymä edistyy, yhä useammat yritykset sijoittavat ja perustavat tehtaita vähäkehittyneille alueille. Kuitenkin sähköntuotannon ja -jakelun epäpäivättyminen sekä puutteelliset infrastruktuurit, kuten jakeluverkot, tarkoittavat, että uudet sähköntuotannosta aiheutuvat kuormat voidaan kytkää vain olemassa oleviin maaseutuverkkoihin. Maaseutuverkot ovat luonteeltaan hajautettuja, johtojen halkaisija on pieni ja sähköntarjonnan kantama on liian suuri.

Uusien suurten kuormien kytkeminen verkon loppuun saattaa johtaa matalaan jännitteeseen ja liian suuriin verhon tappioihin, mikä vaikuttaa koko järjestelmän taloudellisiin hyötyihin. SVR-pistorasiautomaattisen jännitevaihtajan soveltaminen jakeluverkkojen alijännitetekniseen hoitoon voi parantaa huomattavasti jakeluverkkojärjestelmän toimintalaatua, mikä takaa sähköntarjonnan turvallisuuden ja vastaa uusien kuormien kytkemisen tarpeisiin.

1. SVR-automatisoidun jännitevaihtajan toimintaperiaate

SVR-pistorasiautomaattinen jännitevaihtaja on erittäin automaattinen jännitevaihtaja, joka voi automaattisesti säätää ulostulovirtaa. Se on kolmifasinen autotransformaattori. Tällä hetkellä useimmat tuotteet voivat automaattisesti säätää jännitettä -20 %:sta 20 %:iin. Tämä laite voidaan asentaa pistorasiin, joko keskellä tai alijännitetissä alueessa, jolloin se voi tehokkaasti säätää ja valvoa merkittävästi linjajännitettä, varmistaa käyttäjille turvallisen ja vakauden jännitteen tarjoamisen. Tämä laite sisältää yleensä kolme pääkomponenttia, nimittäin: kolmifasinen autotransformaattori, kolmifasinen lastilla tapahtuva pistevaihtaja ja älykäs ohjaaja.

1.1 Kolmifasinen autotransformaattori

Kolmifasinen autotransformaattori koostuu pääasiassa kolmesta osasta: sarjavirtapiiri, rinnakkainvirtapiiri ja ohjauspiiri. Näistä kolmesta piireistä sarjavirtapiiri sisältää useita pisteyhteyksiä, jotka kaikki kytketään sarjana syöttö- ja ulostulopäin kuhunkin lastilla tapahtuvan pistevaihtajan yhteyksiin. Autotransformaattorin jännitesuhdetta voidaan säätää muuttamalla pisteen sijaintia, mikä mahdollistaa jännitteen asianmukaisen säädön. Kolmifasinen rinnakkainvirtapiiri on yhteinen piiri, joka itse asiassa on magneettikenttä, jota voidaan käyttää energian siirtämiseen. Ohjauspiiri voi tarjota tarvittavan energiaohjauksen ohjaimeen ja samalla antaa otossignaalit.

1.2 Kolmifasinen lastilla tapahtuva pistevaihtaja

Kolmifasinen lastilla tapahtuva pistevaihtaja on erityinen kytkentälaitte, joka voi vaihtaa yhteyksiä myös lastilla olevissa olosuhteissa. Pistevaihtajan tahdistusten määrän tulisi olla täysin harkittu pistevaihtajan käyttöikä ja käyttäjän jännitesäädön tarkkuustaso huomioiden, mikä yleensä sisältää seitsemän tai yhdeksän tahdistusta.

1.3 Älykäs ohjaaja

Tämä laite on pääasiassa vastuussa järjestelmän välittämien jännitetietojen keräämisestä, näiden tietojen vertailusta asetettuun arvoon ja sen jälkeen vastaavien komentojen lähettämisestä pistevaihtajan hallintaan jännitteen säädön toteuttamiseksi. Tämän laitteen toimintaperiaate on esitetty kuvassa 1.

Kuvassa 1 A on syöttöpäte, joka kytketään pääasiassa sähkölähteeseen; a on ulostulopäte, joka kytketään pääasiassa kuormaan. Älykäs ohjaaja voi havaita ulostulopäden jännitteen ja verrata sitä viitejännitteeseen. Kun ulostulopäden jännite poikkeaa viiterajoista, ohjaaja viivyttelee toimintansa. Jos viiveen kesto ja toimintaväli täyttävät vaaditut ehdot, ohjaaja lähettää komennon pistevaihtajaan ohjatakseen pistevaihtajan moottorin pyörimistä, mikä kuljettaa pistevaihtajan vaihtamaan pisteyhteyksiä.

Tämä säädettää transformaattorin jännitesuhdetta, jotta saavutetaan tavoite lastilla tapahtuvaan automaattiseen jännitesäädökseen. SVR-pistorasiautomaattinen jännitesäädin käyttää kolme-syöttö-kolme-ulostulo-menetelmää, joka vastaa kolmea 10 kV pistorasiaa ja saavuttaa tavoitteen kytkentälaitejännitteen säädön avulla. Tämä laite ei vie paljon tilaa (yleensä alle 10 neliötä) ja on paikallistettavaksi helpompaa ja turvallisempaa.

2. SVR-pistorasiautomaattisen jännitesäädin ominaisuudet

• Edullinen ja tehokas: Yhden jännitesäädinlaitteen kokoonpanokustannukset ovat noin 500 000 yuania, mikä on suhteellisen alhainen ja edullinen. Koska laite käyttää autotransformaattorin toimintaperiaatetta, se voi saavuttaa paremman jännitesäädön, mikä johtaa taloudellisuuteen ja tehokkuuteen.

• Korkea säädöstarkkuus: Nykyisin yleisimpiä laitteita ovat 7-tahdistuksen ja 9-tahdistuksen lastilla tapahtuvat automaattiset jännitesäädinvälineet, ja yhden tahdistuksen jännitesäädön raja voi ulottua -4 %:sta 4 %:iin, mikä tekee säädöstä tarkemmaksi ja tehokkaammaksi, mikä on kätevää eri työoloissa jännitteen säädölle.

• Erityisen joustava toiminta: Koska SVR-pistorasiautomaattinen jännitesäädin yleensä kytketään pistorasiaan sivusuuntainen sarja, se voidaan tarvittaessa helposti poistaa käytöstä, ja sen jännitesäädön toimintoa voidaan myös kytkeä pois päältä.

• Alhainen tyhjiömenetykset: Tämä laite käyttää pääasiassa autotransformaattorirakennetta, joka ei tuota suuria menetyksiä tyhjiötilanteessa. Se pystyy tehokkaasti sopeutumaan monenlaisiin huippukulutuskausiin maaseudulla, erityisesti joitakin huippu-aikoja, mikä estää tehokkaasti tyhjiömenetyksiä.

• Koska jännitesäädin on asennettu järjestelmälinjaan sarjassa, pistorasia ei voi toimia ylikuormituksessa, joten pistorasian virtavirtaus ei saa ylittää laitteen maksimivirtausta, mikä saattaisi aiheuttaa laitteen vaurioitumisen.

3. SVR-linja-automaattisen jännitesäädin soveltaminen 10 kV linjojen alijännitetekniseen hallintaan

Tällä hetkellä SVR-voimajohdon automaattisilla jänniteasentoimilla on varustettu 10 kV -linjat. Otetaan esimerkiksi AB-linja, BC-linja ja CD-linja, joissa SVR-jänniteasentoimien soveltaminen on analysoitu. Jokainen linja kuljettaa maaseudun sähköverkon kuormia. Kokonaislinjan pituus on pitkä, päälinjalla on paljon haaroja, ja koko linjan kuormitus ei ole tasaisesti jakautunut. Seuraavassa analysoidaan muutoksia, jotka tapahtuvat, kun jokaiseen linjaan lisätään voimajohdon automaattisia jänniteasentoimia.

3.1 Soveltaminen AB-linjassa

AB-osiossa 10 kV -jakelulinjasta päälinjan pituus on 24 km, kokonaislinjan pituus on 117,01 km, ja johtotyyppi on LGJ-70. Sen pituus ylittää määritellyn pituusstandardin, ja päälinjalla on paljon haaroja. Vastusvaihtovirtakompensaation ennen linjan tehokkuussuhde on noin 0,9. Voimajohdon jännitteen automaattista säätöä ja sähkön energian kohtuullista jakautumista varten järjestelmälinjaan on asennettu SVR-voimajohdon automaattinen jänniteasentolaitteisto. 

Laitteiston käytöstä yhden vuoden jälkeen laitteiston syöttölaitteen jännitteen vastaavuusaste on 97,85 %, ja ulostulolaitteen jännitteen hyväksyttävyysaste on 100 %. SVR-voimajohdon jänniteasentolaitteiston lisäämisen avulla jännitteen laatu voidaan merkittävästi optimoida. Tietyn kuukauden aikana eri viitepisteiden havainnoinnin perusteella syöttöjännite ja ulostulojännite näyttävät omia muuttumistrendejään. 

Tilastotaulukosta huomataan, että AB-linjan jännite saavuttaa alimman arvonsa kello 9, mikä on alle 90 % nimijännitteestä. Voimajohdon jänniteasentolaitteiston toiminnassa ulostulojännite on 10,02 kV, ja jännitteen nostoamplitudi on noin 19,86 %. SVR-voimajohdon jänniteasennon toiminnassa jännitteen arvo voidaan hallita ideaalisen standardiarvovälin 10~10,7 kV sisällä. Vastusvaihtovirtakompensaation jälkeen tässä alueessa tehokkuussuhde on korkea 0,95, mikä mahdollistaa ideaalisen kompensaatiovaikutuksen. Kuitenkin suurella mittakaavalla toimivien vastusvaihtovirtakondensaattorien käytössä jännite on suhteellisen alhainen, yleensä alle 9 kV.

3.2 Soveltaminen BC-linjassa

BC-linjan pituus on 20,5 km, kokonaislinjan pituus on 174 km, ja käytetty johtotyyppi on suhteellisen erityinen (LGJ-50). Päälinjalla on edelleen paljon haaroja. Linjan tehokkuussuhde ennen vastusvaihtovirtakompensaatiota on noin 0,88, joten tälle linjalle on asennettu SVR-voimajohdon automaattinen jänniteasentolaitteisto. Yhden vuoden käytön jälkeen laitteiston syöttölaitteen jännitteen vastaavuusaste on lähellä 100 %, ja ulostulolaitteen jännite on myös täysin hyväksyttävä. 

SVR-voimajohdon jänniteasentolaitteiston lisäämisen avulla koko järjestelmän jännitteen laatu on merkittävästi parantunut. Mittauksen perusteella nähdään, että tämän linjan jännite on alhaimpana kello 20:00~21:00, vain 8,07 kV, mikä on alle 90 % nominaalijännitteestä. Voimajohdon jänniteasenton vaikutuksena ulostulojännite on 9,68 kV, ja jännitteen nostoamplitudi on 20,07 %, saavuttaen maksimijännitteen säädön standardiarvon 20 %.

3.3 Soveltaminen CD-linjassa

CD-linjan päälinjan pituus on 14 km, kokonaislinjan pituus on 153,98 km, ja tarkempi johtotyyppi on LGJ-70. Linjan tehokkuussuhde ennen vastusvaihtovirtakompensaatiota on 0,9, joten linjapylväälle voidaan asentaa SVR-automaattinen jänniteasentolaitteisto (malli: SVR-2000/10-7). Yhden vuoden käytön jälkeen laitteiston syöttölaitteen jännitteen vastaavuusaste on lähellä 100 %, ja ulostulolaitteen jännite on myös hyvin standardi, saavuttaen 99,86 %. 

SVR-voimajohdon jänniteasentolaitteiston lisääminen optimoi merkittävästi jännitteen laatua, mutta syöttölaitteen jännitetaso on hieman riittämätön täysin täyttääkseen 100 % -standardin. Havaitusta jännitekaaresta nähdään, että CD-linjalla on kaksi selkeää jännitteen laskua seurannut aikaväliä: 8:00~10:00 ja 19:00~21:00. Niiden syöttöjännitteet ovat kaikki alle 9 kV. Tässä ajassa kello 20:00 jännite on alimmillaan, vain 7,77 kV (vain 78 % nominaalijännitteestä). SVR-voimajohdon jänniteasennon käyttö voi edistää jännitteen tasapainottamista ja vakauttamista. 

Kuitenkin kello 20:00 ulostulojännite on 8,82 kV, mikä on edelleen alhaisessa jännitteessä. Laitteiston jännitteen nostoamplitudi on 12,51 %, lähes saavuttaen 15 % -standardiarvon. Edellä mainittujen voimajohdon jänniteasentoimien todellisen toiminnan ja vaikutuksen analyysin perusteella voidaan päätellä, että valitut jänniteasentolaitteet ovat hyväksyttäviä, vaikka ne kohtaavatkin äärimmäisiä arvoja.

4. SVR-voimajohdon automaattisen jänniteasentolaitteiston etuja ja hyötyjä

Tämä jänniteasentolaitteisto saavuttaa ulostulojännitteen vakavan säätelyn muuttamalla kolmen vaiheen automaattimuunnin muuntosuhdetta. Käytännössä se osoittaa seuraavia etuja: 

• Se voi täysin toteuttaa automaattisen, tehokkaan ja ladattujen jännitteen säädön. 

• Muunnin itse käyttää tähtikytkentäistä kolmen vaiheen automaattimuunninta, jolla on suuri kapasiteetti ja suhteellisen pieni tilavuus, ja se voidaan pystyttää kaksipylvässä. 

• Jännitteen säädösväli on yleensä välillä -10 % ja 20 %, mikä vastaa jännitteen vaatimuksia. Aiheeseen liittyvän teoreettisen analyysin ja laskelman perusteella SVR-voimajohdon automaattinen jänniteasentolaitteisto voidaan asentaa eri osioissa olevien linjojen tarkojen ominaisuuksien ja todellisten olosuhteiden mukaan. Tämän jänniteasentolaitteiston asentamisen jälkeen jännitettä voidaan joustavasti säätää 10,5 kV:ksi. 

Suuri määrä käytännön esimerkkejä osoittaa, että SVR-voimanjohtajan automaattisen jännitepitoisuuden kokonaisvaltainen laite on erittäin automatisoitu ja älykäs, mikä mahdollistaa syöttöjännitteen heilahtelujen dynaamisen seurannan. Tämä taas takaa suhteellisen vakaiden ulosmenovirtauksen jännitteen, ja tehostaa tehokkaasti alijännitteisiin liittyvän ongelman ylentymistä. SVR-jännitepitoisuuslaitteiston asentaminen alijännitteiseen linjaan, verrattuna uuden alijänniteaseman rakentamiseen, sähköjohtojen korvaaminen voi tehokkaasti hallita pääomansiirtoja, mikä puolestaan auttaa linja-alijännitteen hallinnassa ja vastaamaan myös kansallisten virastojen vaatimuksiin, tuoden näin parempia sosiaalisia ja taloudellisia hyötyjä.

Kun linjan kuormitus pysyy vakiona, linja-alijännitteen lisääminen mahdollistaa linja-virtauksen tehokkaan hallinnan, mikä valtavasti vähentää linja-häviöitä, parantaa sähkönsiirron tehokkuutta ja lopulta saavuttaa energiansäästön ja häviöiden vähentämisen tavoitteen. SVR-jänniteregulaattori, verrattuna uuden alijänniteaseman rakentamiseen, voimakkaasti hallitsee pääomasijoitusta johtojen päivityksellä, mikä nostaa koko järjestelmälinjan jännitettä, täyttää kansalliset alan säännöt, saavuttaa ideaalisen taloudellisen hyödyn ja tuo myös tietyt sosiaaliset hyödyt. Kun linjan kuormitus on vakaa, linja-alijännitteen lisääminen mahdollistaa linja-virtauksen tehokkaan hallinnan, mikä osittain hallitsee linja-häviöitä, saavuttaa energiansäästön ja häviöiden vähentämisen tavoitteen, ylläpitää sähköntarjoajayrityksen taloudellista hyötyä ja tehokkaasti hillitsee sen taloudellista menetystä, parantaa siten koko taloudellista hyötyä.

5. Yhteenveto

Alueilla, joilla on rajoitetut kuormituksen kehitysmahdollisuudet, harvat sähkölähteet, suuri sähköntarjoamisalue, vakava linja-häviö, raskas kuormitus ja ei suunniteltu 35 kV alijänniteasema lähitulevaisuudessa, on sopivaa asentaa SVR-voimanjohtajan automaattinen jännitepitoisuuslaitteisto järjestelmän toimintiongelmien hallintaan. Tämä ei ainoastaan hallitse tehokkaasti jännitteen laadun ongelmaa, mutta myös minimoi linja-häviöt, jotta saavutetaan ideaalinen taloudellinen ja sosiaalinen hyöty. Tämän laitteiston käyttö voi myös tehokkaasti hallita kustannuksia, parantaa sähköjärjestelmän toiminnan tehokkuutta ja luoda ideaalisen sosiaalisen hyödyn.