Raziskava uporabe samodejnega regulatorja napetosti SVR v napajalnih črevesih za upravljanje nizeknapetostnih 10 kV linij

S lokalnim razvojem in industrijskim prenosom vlagajo vedno več podjetij v manj razvitih območjih. Vendar zaradi nerazvite električne obremenitve in nepopolnih podpornih infrastruktur, kot so distribucijske mreže, se lahko nova obremenitev poveže le na obstoječe podeželske električne mreže. Distribucijske mreže na podeželju so karakterizirane z razpršeno obremenitvijo, majhno premerom žice in preveliko polmerom oskrbe s strmo.

Povezava nove velike obremenitve na konec črte lahko vodi do nizega napetosti črte in prevelikih izgub v sistemu, kar vpliva na gospodarske učinke celotnega sistema. Uporaba avtomatskega regulatorja napetosti SVR za obravnavo nize napetosti v distribucijskih mrežah lahko ustrezno izboljša kakovost delovanja sistema distribucijske mreže, tako da zagotovi varnost oskrbe s strmo in zadovolji potrebo po povezavi nove obremenitve.

1. Načelo delovanja avtomatskega regulatorja napetosti SVR

Avtomatska oprema za regulacijo napetosti SVR je visoko avtomatiziran naprava, ki lahko samodejno prilagaja izhodno napetost. Gre za trifazni avto-transformator. Trenutno lahko večina izdelkov samodejno prilagaja napetost v obsegu od -20% do 20%. Ta oprema se lahko namesti v krmarne črte, bodisi v srednji legi ali v nizkonapetostnem območju, tako da lahko učinkovito prilagaja in znatno nadzira napetost črte, s tem pa zagotavlja varno in stabilno napetost za uporabnike. Ta oprema običajno vključuje tri glavne komponente, točneje: trifazni avto-transformator, trifazni tap changer z obremenitvijo in pametni kontroler.

1.1 Trifazni avto-transformator

Oprema trifaznega avto-transformatorja se glavno sestoji iz treh delov: vrsticevna navojenina, vzporedna navojenina in kontrolna navojenina. Med temi tremi navojninami vključuje vrsticevna navojenina navojnine z več tap, ki so vse zaporedno povezane med vhodom in izlazom preko vsakega kontakta tap changerja. Razmerje napetosti avto-transformatorja se lahko prilagodi z menjavo položaja tap, s tem pa lahko razumno prilagodite napetost. Trifazna vzporedna navojenina je skupna navojenina, ki sama predstavlja magnetno polje, ki se lahko uporablja za prenos energije. Kontrolna navojenina lahko zagotovi potrebno energijo za delovanje kontrolerja in tudi vzorčne signale.

1.2 Trifazni tap changer z obremenitvijo

Trifazni tap changer z obremenitvijo je posebna preklopnica, ki lahko menjajo kontakte tudi pod obremenitvijo. Število stopinj tap changerja bi moralo biti določeno v popolnem občutku za življenjsko dobo tap changerja in natančnost standarda regulacije napetosti uporabnika, ki običajno vključuje sedem in devet stopinj.

1.3 Pameten kontroler

Ta naprava je glavno odgovorna za zbiranje podatkov o napetosti, ki jih sistem posreduje, primerjavo teh podatkov z nastavljenimi vrednostmi in nato izdajo ustreznih ukazov za nadzor tap changerja z obremenitvijo za izvedbo operacij regulacije napetosti. Načelo delovanja te opreme je prikazano na Sliki 1.

Na Sliki 1 je A vhodni terminal, ki je glavno povezan z virom strme, a je izhodni terminal, ki je glavno povezan z obremenitvijo. Pameten kontroler lahko zazna napetost na izhodnem terminalu in jo primerja z referenčno napetostjo. Ko se napetost izhodnega terminala oddalji od referenčnega obsega, bo kontroler zamudil operacijo. Če trajanje zamude in interval operacije ustrezata relevantnim zahtevam, bo kontroler poslal ukaz tap changerju z obremenitvijo, da nadzira vrtenje motorja v tap changerju z obremenitvijo, s tem pa pogon tap changerja za menjavo med tap.

Tako se prilagodi razmerje napetosti transformatorja, da se doseže cilj avtomatske regulacije napetosti z obremenitvijo. Oprema za avtomatsko regulacijo napetosti SVR uporablja tri-vhodni in tri-izhodni način, ki ustreza treh faz 10 kV krmarne, in doseže cilj preko preklopne operacije naprave za regulacijo napetosti z veznikom. Ta oprema ne zaseda velikega prostora (običajno manj kot 10 m²) in je lažje in varneje postaviti.

2. Značilnosti avtomatskega regulatorja napetosti SVR

• Gospodarno in učinkovito: Trošek montaže ene naprave za regulacijo napetosti znaša okoli 500.000 juanov, kar je relativno nizko in dostopno. Ker oprema uporablja načelo delovanja avto-transformatorja, lahko doseže boljši učinek regulacije napetosti, s tem pa doseže cilj gospodarstva in visoke učinkovitosti.

• Visoka natančnost prilagoditve: Trenutno najpogostejše opreme vključujejo 7-stopinjske in 9-stopinjske naprave za avtomatsko regulacijo napetosti z obremenitvijo, pri čemer lahko obseg regulacije napetosti ene stopinje doseže do -4% do 4%, kar omogoča bolj natančno in učinkovito prilagajanje, kar je koristno za prilagoditev napetosti v različnih delovnih pogoji.

• Visoka fleksibilnost delovanja: Ker je oprema za avtomatsko regulacijo napetosti SVR običajno povezana s krmarjo v obhodnem zaporednem načinu, jo je lahko pri potrebi enostavno izvzet iz delovanja, njena funkcija regulacije napetosti pa se lahko tudi izklopi.

• Nize izgube brez obremenitve: Ta oprema glavno uporablja strukturo avto-transformatorja, ki ne proizvaja velikih izgub brez obremenitve. Lahko učinkovito prilagodi različnim vrhunskim obdobjem porabe strme na podeželju, še posebej nekaterim obdobjem brez vrhunca, s tem pa učinkovito prepreči probleme z izgubami brez obremenitve.

• Ker je regulator napetosti v krmarne črti nameščen zaporedno, krmarne ne morejo delovati v preobremenjenem stanju, da bi pretok krmarne presegel maksimalno moč opreme, kar bi lahko povzročilo poškodbo opreme.

3. Uporaba avtomatskega regulatorja napetosti SVR v upravljanju nize napetosti 10 kV črt

Trenutno so v 10 kV linijah nameščeni avtomatski napetostni regulaterji SVR. Na primeru AB, BC in CD linije je analizirana uporaba avtomatskih napetostnih regulaterjev SVR. Vsaka od teh linij prenaša breme podeželjskega električnega omrežja. Skupna dolžina linije je dolga, na glavni liniji je veliko odvodnih linij, breme po celotni liniji pa ni enakomerno razporejeno. Spodaj je analiziran vpliv dodatka avtomatskih napetostnih regulaterjev SVR na vsako od linij.

3.1 Uporaba v liniji AB

V odseku AB distribucijskega omrežja na 10 kV je dolžina glavne linije 24 km, skupna dolžina linije pa 117,01 km, vrsta vodiča pa LGJ-70. Njena dolžina presega določen standard dolžine, na glavni liniji pa je veliko odvodnih linij. Pred kompenzacijo reaktivne moči faktor moči te linije znaša približno 0,9. Za avtomatsko prilagajanje napetosti v liniji in za ustrezen razpored električne energije je v sistemu linije nameščeno opremo za avtomatsko napetostno regulacijo SVR.

Po letu delovanja opreme doseže stopnja uskladitve napetosti na vhodu opreme 97,85 %, stopnja uskladitve napetosti na izhodu pa 100 %. S dodatkom opreme za napetostno regulacijo SVR se lahko napetostna kakovost bistveno optimizira. V določenem mesecu, pri opazovanju različnih referenčnih točk, imajo vhodna in izhodna napetost svoje lastne trende sprememb.

Iz statističnega grafikona je videti, da doseže napetost v liniji AB najnižjo vrednost ob 9. uri, kar je pod 90 % nominalne napetosti. Pod dejstvom napetostnega regulaterja je izhodna napetost 10,02 kV, amplituda povečave napetosti pa približno 19,86 %. Pod dejstvom napetostnega regulaterja SVR se lahko vrednost napetosti omeji znotraj idealnega standardnega obsega 10~10,7 kV. Po kompenzaciji reaktivne moči znaša faktor moči v tem območju do 0,95, kar omogoča dosego idealnega kompenzacijskega učinka. Vendar, ko se reaktivni kondenzatori velikoploskovno uporabljajo, je napetost relativno nizka, običajno pod 9 kV.

3.2 Uporaba v liniji BC

Dolžina linije BC znaša 20,5 km, skupna dolžina linije pa 174 km, vrsta uporabljenega vodiča pa je relativno posebna (LGJ-50). Na glavni liniji je še vedno veliko odvodnih linij. Faktor moči pred kompenzacijo reaktivne moči te linije znaša približno 0,88, zato je na tej liniji nameščen avtomatski napetostni regulater SVR. Po letu delovanja je stopnja uskladitve napetosti na vhodu opreme blizu 100 %, napetost na izhodu pa je tudi popolnoma usklajena.

S dodatkom opreme za napetostno regulacijo SVR se napetostna kakovost celotnega sistema bistveno poveča. Iz merjenega napetostnega krivulje je videti, da je napetost te linije najnižja med 20. in 21. uro, le 8,07 kV, kar je pod 90 % nominalne napetosti. Zaradi vpliva napetostnega regulaterja je izhodna napetost 9,68 kV, amplituda povečave napetosti pa 20,07 %, dosežena je najvišja standardna vrednost napetostne regulacije 20 %.

3.3 Uporaba v liniji CD

Dolžina glavne linije CD znaša 14 km, skupna dolžina linije pa 153,98 km, specifična vrsta vodiča pa je LGJ-70. Faktor moči pred kompenzacijo reaktivne moči te linije doseže 0,9, zato se lahko na stolpu linije namesti avtomatski napetostni regulater SVR (model: SVR-2000/10-7). Po letu delovanja je stopnja uskladitve napetosti na vhodu opreme blizu 100 %, napetost na izhodu pa je tudi zelo standardna, doseže 99,86 %.

S dodatkom opreme za napetostno regulacijo SVR se napetostna kakovost bistveno optimizira, vendar je raven napetosti na vhodu malo nedostatna, da bi popolnoma zadostila 100 % standardu. Iz opažene napetostne krivulje je videti, da obstajata dva različna obdobji padanja napetosti v liniji CD tega dne: 8. do 10. in 19. do 21. ure. Vhodne vrednosti napetosti so v obe obdobji pod 9 kV. V tem obdobju doseže napetost ob 20. uri najnižjo vrednost, le 7,77 kV (samo 78 % nominalne napetosti). Uporaba napetostnega regulaterja SVR lahko prispeva k uravnoteženosti in stabilnosti napetosti.

Vendar doseže izhodna napetost ob 20. uri 8,82 kV, kar je še vedno stanje nizke napetosti. Amplituda povečave napetosti opreme znaša 12,51 %, kar je približno standardna vrednost 15 %. Na podlagi analize dejanskega stanja in učinka gornjih napetostnih regulaterjev, se lahko zaključi, da izbrani napetostni regulaterji so kvalificirani, saj amplituda povečave napetosti zadošča standardu tudi ob srečevanju ekstremnih vrednosti.

4. Prednosti in koristi opreme za avtomatsko napetostno regulacijo SVR

Ta napetostna regulacijska oprema predvsem doseže stabilno nadzor izhodne napetosti z prilagajanjem transformacijskega razmerja trofaznega samonapetostnega transformatorja. V praktični uporabi se kaže naslednje prednosti:

• Popolnoma omogoča avtomatsko, učinkovito in podobremenjsko regulacijo napetosti.

• Samanapetostni transformator sam uporablja zvezdo povezan trofazni samonapetostni transformator, ki ima velika kapaciteta in relativno majhen prostorninski obseg ter ga je mogoče vzpostaviti na dvojni stolpi.

• Obseg napetostne regulacije je običajno med -10 % in 20 %, kar lahko zadovolji zahteve glede napetosti. Na podlagi relevantne teoretične analize in računanja se lahko avtomatski napetostni regulater SVR namesti glede na specifične značilnosti in dejanske pogoje različnih odsekov linij. Po namestitvi tega napetostnega regulaterja se lahko napetost prosto prilagodi na 10,5 kV.

Veliko praktičnih primerov dokazuje, da ima kompletna oprema za avtomatsko regulacijo napetosti SVR visoko stopnjo avtomatizacije in inteligentnih funkcij, ki lahko dinamično sledijo nihanju vhodne napetosti, s tem pa zagotavljajo relativno stabilno delovanje konstantne izhodne napetosti in učinkovito premočujejo problem nizke napetosti. Po namestitvi opreme za regulacijo napetosti SVR v nizkonapetostni liniji, v primerjavi z gradnjo nove podstanice, lahko zamenjava vodičev učinkovito nadzoruje kapitalske naložbe, s tem pa učinkovito nadzorujejo napetost v liniji in tudi odgovarjajo relevantnim državnim organom, kar prinaša boljše družbene in gospodarske koristi.

Ko ostane obremenitev linije nespremenjena, se z povečanjem napetosti v liniji učinkovito nadzoruje tok v liniji, s tem pa veliko nadzorujejo izgube v liniji, izboljšujejo učinkovitost prenosa električne energije in na koncu dosežejo cilj prihranka energije in zmanjševanja izgub. V primerjavi z gradnjo nove podstanice učinkovito nadzoruje uporabnik kapitalskih sredstev z nadgradnjo vodičev, s tem pa poveča napetost celotne sistemske linije, kar je v skladu z relevantnimi državnimi industrijskimi predpisi, dosega idealne gospodarske koristi in prinaša tudi določene družbene koristi. Ko ostane obremenitev linije stabilna, se z povečanjem napetosti v liniji učinkovito nadzoruje tok v liniji, s tem pa do določene mere nadzorujejo izgube v liniji, dosežejo cilj prihranka energije in zmanjševanja izgub, ohranjajo gospodarske koristi podjetja za oskrbo z električno energijo in učinkovito premočujejo njihove gospodarske izgube, s tem pa izboljšujejo celoten gospodarski učinek.

5.Zaključek

V območjih z omejenim prostorom za razvoj obremenitve, redkimi razporeditvami virjev električne energije, velikim polmerom oskrbe z električno energijo, težkimi izgubami v liniji, težkim obremenitvijo in brez načrtovane podstanice 35 kV v bližnji prihodnosti, je primerno namestiti opremo za avtomatsko regulacijo napetosti SVR za nadzor operacijskih težav sistema. To ne le učinkovito nadzira problem kakovosti napetosti, ampak tudi minimalizira izgube v liniji, s tem pa doseže idealne gospodarske in družbene koristi. Uporaba te opreme lahko tudi učinkovito nadzira stroške, izboljša učinkovitost delovanja elektroenergetskega sistema in ustvari idealne družbene koristi.