Primjena istraživanja SVR automatskog regulatora napona u upravljanju niskim naponom na linijama od 10 kV

S razvojem lokalne industrije i prenosom industrije, sve više poduzeća ulazi u investicije i otvaranje proizvodnji u manje razvijenim regijama. Međutim, zbog nezrelosti razvoja električne opterećenosti i nedostatka potpune opreme kao što su distribucijske mreže, nova opterećenja mogu biti povezana samo s postojećim ruralnim električnim mrežama. Distribucijske mreže u ruralnim područjima karakterizirane su razasutom opterećenju, malim promjerom žica i prevelikim radijusom snabdijevanja strujom.

Povezivanje novih velikih kapaciteta na kraj linije može dovesti do niske napetosti u liniji i prevelike gubitke u sistemu, čime se utječe na ekonomske koristi cijelog sistema. Primjena automatskog regulatera napetosti linije SVR na tretiranje niskih napona distribucijskih mreža može odgovarajuće poboljšati kvalitetu operativnosti distribucijskog sustava, osiguravajući sigurnost snabdijevanja strujom i ispunjavajući potrebu za povezivanjem novih opterećenja.

1. Načelo rada automatskog regulatera napetosti SVR

Uređaj za automatiziranu regulaciju napetosti SVR je visoko automatizirani uređaj za regulaciju napetosti koji može automatski prilagođavati izlaznu napetost. To je trofazni samopreključnik. U ovom trenutku, većina proizvoda može automatski prilagoditi napetost unutar raspona od -20% do 20%. Ovaj uređaj može biti instaliran u kraku kruga, bilo u središnjem položaju ili u niskonaponskom području, kako bi efektivno prilagodio i značajno kontrolirao napetost linije, osiguravajući tako siguran i stabilan napon korisnicima. Ovaj uređaj obično uključuje tri glavne komponente, točnije: trofazni samopreključnik, trofazni preključnik pod opterećenjem i pametni kontroler.

1.1 Trofazni samopreključnik

Trofazni samopreključnik se sastoji uglavnom od tri dijela: serijalno namotanice, paralelna namotanica i upravljačka namotanica. Od ovih tri namotanica, serijalna namotanica uključuje namotnice s nekoliko tapova, koje su sve spojene u seriju između ulaza i izlaza putem svakog kontakta preključnika pod opterećenjem. Omjer napona samopreključnika može se prilagoditi mijenjanjem položaja tapa, kako bi se razumno prilagodila napetost. Trofazna paralelna namotanica je zajednička namotanica koja sama po sebi predstavlja magnetno polje koje se može koristiti za prijenos energije. Upravljačka namotanica može pružiti nužnu energetska sredstva za rad kontrolera te pružiti uzorke signala.

1.2 Trofazni preključnik pod opterećenjem

Trofazni preključnik pod opterećenjem je specijalni prekidni uređaj koji može prebacivati kontakte čak i pod opterećenjem. Broj stupnjeva preključnika treba postaviti uz potpunu razmatranju vremena trajanja preključnika i standarda preciznosti regulacije napetosti korisnika, što obično uključuje sedam i devet stupnjeva.

1.3 Pametni kontroler

Ovaj uređaj je glavno zadužen za prikupljanje podataka o napetosti koje šalje sustav, usporedbu tih podataka s postavljenom vrijednošću, a zatim izdavanje odgovarajućih naredbi za kontrolu preključnika pod opterećenjem kako bi se implementirale operacije regulacije napetosti. Načelo rada ovog uređaja prikazano je na slici 1.

Na slici 1, A je ulazni terminal, uglavnom spojen na izvor struje; a je izlazni terminal, uglavnom spojen na opterećenje. Pametni kontroler može detektirati napetost na izlaznom terminalu i usporediti je s referentnom napetosti. Kada izlazna napetost odstupi od referentnog raspona, kontroler će odgoditi rad. Ako trajanje odgode i intervali rada zadovoljavaju relevantne zahtjeve, kontroler će poslati naredbu preključniku pod opterećenjem kako bi kontrolirao rotaciju motora u preključniku pod opterećenjem, čime se pokreće preključnik da prebaci tapove.

Time se prilagodi omjer napona transformatora kako bi se ostvarila meta automatizirane regulacije napetosti pod opterećenjem. Uređaj za automatiziranu regulaciju napetosti SVR koristi model sa tri ulaza i tri izlaza, odgovarajući redom tri faze 10 kV kraka, i postiže cilj putem operacija preključivanja regulatorskog opreme. Ovaj uređaj ne zauzima veliki prostor (obično manje od 10 m²) i smještaj je udobniji i sigurniji.

2. Karakteristike automatskog regulatera napetosti SVR

• Ekonomska i učinkovita: Trošak montaže jednog regulatera napetosti iznosi oko 500.000 kuna, što je relativno nisko i prihvatljivo. Budući da oprema koristi princip rada samopreključnika, može dosegnuti bolji učinak regulacije napetosti, stvarajući tako ekonomsko i učinkovito rješenje.

• Visoka preciznost prilagodbe: Trenutno, najčešća oprema uključuje 7-stupnjeve i 9-stupnjeve automatske regulatore napetosti pod opterećenjem, a raspon regulacije napetosti pojedine stupnjeve može doseći do -4% do 4%, čime se prilagodba postaje preciznija i učinkovitija, što je pogodno za prilagodbu napetosti u različitim radnim uvjetima.

• Visoka fleksibilnost u upotrebi: Budući da se oprema za automatiziranu regulaciju napetosti SVR obično spaja na krak u obilaznom serijskom modu, lako se može isključiti iz rada kad je potrebno, a njegova funkcija regulacije napetosti također se može isključiti.

• Niska gubitci bez opterećenja: Ova oprema uglavnom koristi strukturu samopreključnika, koja ne stvara velike gubitke bez opterećenja. Može efektivno prilagoditi različite vrhunske razdoblja potrošnje struje u ruralnim područjima, posebno neka razdoblja niske potrošnje, čime se efektivno sprečavaju problemi s gubitcima bez opterećenja.

• Budući da je regulater napetosti instaliran u serijskom spoju sustava, krak ne može raditi preopterećen, kako bi se izbjeglo premašivanje maksimalne snage opreme, što bi moglo dovesti do oštećenja opreme.

3. Primjena automatskog regulatera napetosti linije SVR u upravljanju niskim naponima 10 kV linija

Trenutno, SVR automatski regulatori napona na priključnim vodovima opremljeni su na linijama od 10 kV. Na primjeru linija AB, BC i CD analizira se primjena SVR regulatora napona na priključnim vodovima. Svaka linija prenosi opterećenja ruralne mreže. Ukupna duljina linije je duga, na glavnoj liniji postoji mnogo ogranaka, a opterećenje u cijelom vodu nije ravnomjerno raspoređeno. U nastavku se analiziraju promjene nakon dodavanja automatskih regulatora napona na priključnim vodovima u svakoj liniji.

3.1 Primjena na liniji AB

U dijelu AB distribucijske mreže od 10 kV, duljina glavne linije iznosi 24 km, ukupna duljina linije iznosi 117,01 km, a vrsta vodnika je LGJ-70. Njegova duljina prelazi propisani standard duljine, a na glavnoj liniji postoji mnogo ogranaka. Prije reaktivne kompenzacije, faktor snage linije iznosi oko 0,9. Radi automatskog prilagođavanja napona na liniji i ostvarivanja razumne distribucije električne energije, u sustavnu liniju instalirano je opremu za automatsko reguliranje napona na priključnim vodovima tipa SVR. 

Nakon što je oprema bila u upotrebi jednu godinu, stopa usklađenosti napona na ulaznom kraju opreme dosegnula je 97,85 %, a stopa usklađenosti napona na izlaznom kraju dosegnula je 100 %. Dodavanjem opreme za reguliranje napona na priključnim vodovima tipa SVR, kvaliteta napona može biti značajno optimizirana. U određenom mjesecu, promatranjem različitih referentnih točaka, ulazni napon i izlazni napon imaju svoje vlastite trendove promjene. 

Iz statističkog grafa utvrđuje se da napon na liniji AB dosegne najnižu vrijednost u 9 sati, što je ispod 90 % nominativnog napona. Pod djelovanjem opreme za reguliranje napona na priključnim vodovima, izlazni napon iznosi 10,02 kV, a amplituda povećanja napona iznosi oko 19,86 %. Pod djelovanjem regulatora napona na priključnim vodovima tipa SVR, vrijednost napona može se kontrolirati unutar idealnog standardnog raspona od 10 do 10,7 kV. Nakon reaktivne kompenzacije, faktor snage u toj regiji visok je do 0,95, što može ostvariti idealan kompenzacijski učinak. Međutim, kada se reaktivni kondenzatori masovno upotrijebavaju, napon je relativno nizak, obično ispod 9 kV.

3.2 Primjena na liniji BC

Duljina linije BC iznosi 20,5 km, ukupna duljina linije iznosi 174 km, a vrsta upotrijebljenog vodnika je relativno specifična (LGJ-50). I dalje postoji mnogo ogranaka na glavnoj liniji. Faktor snage prije reaktivne kompenzacije linije iznosi oko 0,88, stoga je na ovu liniju instaliran automatizirani regulator napona na priključnim vodovima tipa SVR. Nakon jedne godine rada, stopa usklađenosti napona na ulaznom kraju opreme blizu je 100 %, a napon na izlaznom kraju također je potpuno usklađen. 

Nakon dodavanja opreme za reguliranje napona na priključnim vodovima, kvaliteta napona u cijelom sustavu značajno se povećala. Iz merenog crteža napona vidljivo je da je napon na ovoj liniji najniž tijekom 20:00 do 21:00, samo 8,07 kV, što je ispod 90 % nominativnog napona. Zbog djelovanja regulatora napona na priključnim vodovima, izlazni napon iznosi 9,68 kV, a amplituda povećanja napona iznosi 20,07 %, dostižući maksimalnu standardnu vrijednost reguliranja napona od 20 %.

3.3 Primjena na liniji CD

Duljina glavne linije CD dosegu 14 km, ukupna duljina linije dosegu 153,98 km, a specifična vrsta vodnika je LGJ-70. Faktor snage prije reaktivne kompenzacije linije dosega 0,9, stoga se na stupove linije može instalirati automatizirani regulator napona tipa SVR (model: SVR-2000/10-7). Nakon jedne godine rada, stopa usklađenosti napona na ulaznom kraju opreme blizu je 100 %, a napon na izlaznom kraju također je vrlo standardan, dosegući 99,86 %. 

Dodavanje opreme za reguliranje napona na priključnim vodovima značajno optimizira kvalitetu napona, ali razina napona na ulaznom kraju je nešto nedostatna da bi u potpunosti zadovoljila standard od 100 %. Iz promatrane krivulje napona vidljivo je da postoje dva izražena perioda pada napona na liniji CD tog dana: 8:00 do 10:00 i 19:00 do 21:00. Vrijednosti ulaznih napona su sve ispod 9 kV. Tijekom ovog perioda, napon u 20:00 doseguje najnižu vrijednost, samo 7,77 kV (samo 78 % nominativnog napona). Uporaba regulatora napona na priključnim vodovima tipa SVR može poboljšati ravnotežu i stabilnost napona. 

Međutim, izlazni napon u 20:00 doseguje 8,82 kV, što je i dalje stanje niskog napona. Amplituda povećanja napona opreme iznosi 12,51 %, gotovo dosegući standardnu vrijednost od 15 %. Analizirajući stvarnu radnu stanju i učinke gore navedenih regulatora napona na priključnim vodovima, čak i kada se suočimo s ekstremnim vrijednostima, amplituda povećanja napona može zadovoljiti standard, stoga se može zaključiti da su odabrani regulatori napona kvalitetni.

4. Prednosti i koristi opreme za automatsko reguliranje napona na priključnim vodovima tipa SVR

Ova oprema za reguliranje napona uglavnom ostvaruje stabilnu kontrolu izlaznog napona prilagođavanjem transformacijskog omjera tri-faznog samoprelaznog transformatora. U praktičnoj primjeni pokazuje sljedeće prednosti: 

• Potpuno ostvaruje automatsko, učinkovito i pod opterećenjem reguliranje napona. 

• Sam transformator koristi tri-fazni samoprelazni transformator spojen u zvijezdu, koji ima veliku kapacitet i relativno malu zapreminu, te se može uzdigati na dvostruki stup. 

• Raspon reguliranja napona obično je između -10 % i 20 %, što može zadovoljiti zahtjeve za naponom. Prema relevantnoj teorijskoj analizi i računu, regulator napona na priključnim vodovima tipa SVR može se instalirati prema specifičnim karakteristikama i stvarnim uvjetima linija u različitim dijelovima. Nakon instalacije ovog regulatora, napon se može fleksibilno prilagoditi na 10,5 kV. 

Veliki broj praktičnih primjera dokazuje da kompletna oprema za automatsko reguliranje napona SVR ima visok stupanj automatizacije i inteligentnih funkcija, može dinamički pratiti fluktuacije ulaznog napona, čime se osigurava relativno stabilna performansa konstantnog izlaznog napona, te učinkovito premašuje problem niskog napona. Nakon instalacije opreme za reguliranje napona SVR na niskonaponsku liniju, uspoređeno s izgradnjom nove podstanice, zamjena vodilaca može učinkovito kontrolirati kapitalne investicije, čime se učinkovito kontrolira napon na liniji, a također i odgovara relevantnim državnim tijelima, što donosi bolje društvene i ekonomske koristi.

Kada se opterećenje linije ne mijenja, povećanjem napona na liniji učinkovito se kontrolira struja na liniji, čime se značajno kontrolira gubitak na liniji, poboljšava se učinkovitost prijenosa energije, a konačno se postiže cilj uštede energije i smanjenja gubitaka. Uspoređeno s izgradnjom nove podstanice, regulator napon SVR učinkovito kontrolira upotrebu kapitala nadogradnjom vodilaca, čime se povećava napon cijele sustavne linije, što ispunjava relevantna državna industrijska pravila, postiže se idealni ekonomski učinak, a također i donosi određene društvene koristi. Kada je opterećenje linije stabilno, povećanjem napona na liniji učinkovito se kontrolira struja na liniji, čime se do neke mjere kontroliraju gubitci na liniji, postiže se cilj uštede energije i smanjenja gubitaka, održavaju se ekonomske koristi poduzeća za opskrbu električnom energijom, a učinkovito se suzbija njegov ekonomski gubitak, čime se poboljšava ukupni ekonomski učinak.

5. Zaključak

U područjima sa ograničenim prostorom za razvoj opterećenja, malim brojem rasporeda izvora energije, velikim radijusom opskrbe, ozbiljnim gubitcima na liniji, teškim opterećenjem i bez planirane 35 kV podstanice u bliskoj budućnosti, smisleno je instalirati opremu za automatsko reguliranje napona SVR kako bi se kontrolirali problemi u radu sustava. To ne samo da učinkovito kontrolira problem kvalitete napona, već i minimizira gubitke na liniji, kako bi se dobile idealne ekonomske i društvene koristi. Primjena ove opreme može također učinkovito kontrolirati troškove, poboljšati učinkovitost rada električnog sustava i stvoriti idealne društvene koristi.