Nghiên cứu ứng dụng bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR trong quản lý điện áp thấp trên đường dây 10 kV

Với sự phát triển địa phương và chuyển dịch công nghiệp, ngày càng nhiều doanh nghiệp đầu tư và xây dựng nhà máy ở các khu vực kém phát triển. Tuy nhiên, do sự phát triển chưa chín muồi của tải điện và cơ sở hạ tầng hỗ trợ như mạng phân phối không hoàn thiện, tải mới chỉ có thể được kết nối vào các đường dây lưới điện nông thôn hiện có. Các đường dây phân phối ở nông thôn có đặc điểm là tải phân tán, đường kính dây nhỏ và bán kính cấp điện quá lớn.

Kết nối tải lớn mới vào cuối đường dây có thể dẫn đến điện áp đường dây thấp và tổn thất hệ thống đường dây quá mức, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của toàn bộ hệ thống. Áp dụng thiết bị điều chỉnh điện áp tự động SVR cho việc xử lý điện áp thấp trên các đường dây phân phối có thể cải thiện chất lượng hoạt động của hệ thống phân phối, đảm bảo an toàn cung cấp điện và đáp ứng nhu cầu kết nối tải mới.

1. Nguyên tắc hoạt động của Bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR

Thiết bị điều chỉnh điện áp tự động SVR là thiết bị điều chỉnh điện áp tự động hóa cao, có thể tự động điều chỉnh điện áp đầu ra. Đây là biến áp tự động ba pha. Tại giai đoạn này, hầu hết các sản phẩm có thể tự động điều chỉnh điện áp trong phạm vi từ -20% đến 20%. Thiết bị này có thể được lắp đặt trên mạch nguồn, ở vị trí giữa hoặc khu vực điện áp thấp, để điều chỉnh và kiểm soát hiệu quả điện áp đường dây, từ đó đảm bảo cung cấp điện áp an toàn và ổn định cho người dùng. Thiết bị này thường bao gồm ba thành phần chính, cụ thể: biến áp tự động ba pha, thiết bị thay đổi nấc dưới tải ba pha, và bộ điều khiển thông minh.

1.1 Biến áp tự động ba pha

Thiết bị biến áp tự động ba pha chủ yếu bao gồm ba phần: cuộn dây chuỗi, cuộn dây song song và cuộn dây điều khiển. Trong ba cuộn dây này, cuộn dây chuỗi bao gồm các cuộn dây với nhiều nấc, tất cả đều được kết nối theo chuỗi giữa đầu vào và đầu ra thông qua mỗi tiếp điểm của thiết bị thay đổi nấc dưới tải. Tỷ lệ điện áp của biến áp tự động có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi vị trí nấc, để điều chỉnh hợp lý điện áp. Cuộn dây song song ba pha là cuộn dây chung, nó chính là một từ trường có thể được sử dụng để truyền năng lượng. Cuộn dây điều khiển có thể cung cấp năng lượng cần thiết cho hoạt động của bộ điều khiển và cũng cung cấp tín hiệu lấy mẫu.

1.2 Thiết bị thay đổi nấc dưới tải ba pha

Thiết bị thay đổi nấc dưới tải ba pha là thiết bị chuyển mạch đặc biệt có thể chuyển tiếp điểm ngay cả khi có tải. Số nấc của thiết bị thay đổi nấc nên được thiết lập xem xét kỹ lưỡng tuổi thọ của thiết bị thay đổi nấc và tiêu chuẩn chính xác của việc điều chỉnh điện áp của người dùng, thường bao gồm bảy nấc và chín nấc.

1.3 Bộ điều khiển thông minh

Thiết bị này chủ yếu chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu điện áp do hệ thống truyền, so sánh dữ liệu này với giá trị đặt, sau đó phát lệnh tương ứng để điều khiển thiết bị thay đổi nấc dưới tải thực hiện các hoạt động điều chỉnh điện áp. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị này được hiển thị trong Hình 1.

Trong Hình 1, A là đầu vào, chủ yếu kết nối với nguồn điện; a là đầu ra, chủ yếu kết nối với tải. Bộ điều khiển thông minh có thể phát hiện điện áp tại đầu ra và so sánh nó với điện áp tham chiếu. Khi điện áp đầu ra chệch khỏi phạm vi tham chiếu, bộ điều khiển sẽ trì hoãn hoạt động. Nếu thời gian trì hoãn và khoảng cách hoạt động đáp ứng các yêu cầu liên quan, bộ điều khiển sẽ gửi lệnh đến thiết bị thay đổi nấc dưới tải để điều khiển sự quay của mô tơ trong thiết bị thay đổi nấc dưới tải, từ đó thúc đẩy thiết bị thay đổi nấc chuyển đổi giữa các nấc. Điều này điều chỉnh tỷ lệ điện áp của biến áp để đạt mục tiêu điều chỉnh điện áp tự động dưới tải. Thiết bị điều chỉnh điện áp tự động SVR sử dụng chế độ ba vào và ba ra, tương ứng với ba pha của đường dây nguồn 10 kV, và đạt được mục tiêu thông qua hoạt động chuyển mạch của thiết bị điều chỉnh điện áp. Thiết bị này không chiếm diện tích lớn (thường ít hơn 10 m²) và dễ dàng và an toàn hơn để bố trí.

2. Đặc điểm của Bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR

• Tiết kiệm và hiệu quả: Chi phí lắp ráp một thiết bị điều chỉnh điện áp khoảng 500.000 nhân dân tệ, tương đối thấp và có thể chấp nhận được. Do thiết bị sử dụng nguyên tắc hoạt động của biến áp tự động, nó có thể đạt được hiệu quả điều chỉnh điện áp tốt hơn, từ đó đạt được mục tiêu tiết kiệm và hiệu quả cao.

• Độ chính xác điều chỉnh cao: Hiện nay, thiết bị phổ biến nhất bao gồm thiết bị điều chỉnh điện áp tự động dưới tải 7 nấc và 9 nấc, và phạm vi điều chỉnh điện áp của một nấc có thể đạt tới -4% đến 4%, làm cho điều chỉnh chính xác và hiệu quả hơn, thuận tiện cho việc điều chỉnh điện áp trong các điều kiện làm việc khác nhau.

• Hoạt động linh hoạt cao: Do thiết bị điều chỉnh điện áp tự động SVR thường được kết nối với nguồn điện theo chế độ chuỗi song song, nó có thể được rút ra khỏi hoạt động một cách thuận tiện khi cần thiết, và chức năng điều chỉnh điện áp của nó cũng có thể được tắt.

• Mất mát không tải thấp: Thiết bị này chủ yếu sử dụng cấu trúc biến áp tự động, không gây mất mát lớn trong điều kiện không tải. Nó có thể thích ứng hiệu quả với các giai đoạn tiêu thụ điện cao điểm khác nhau ở nông thôn, đặc biệt là một số giai đoạn thấp điểm, từ đó ngăn chặn hiệu quả vấn đề mất mát không tải.

• Do bộ điều chỉnh điện áp được lắp đặt trong hệ thống đường dây theo chế độ chuỗi, nguồn điện không thể hoạt động quá tải, để dòng điện vượt quá công suất tối đa của thiết bị, điều này có thể gây hư hỏng thiết bị.

3. Ứng dụng của Bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR trong quản lý điện áp thấp của đường dây 10 kV

Hiện nay, các bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR được trang bị trên các đường dây 10 kV. Lấy ví dụ về đường dây AB, BC và CD, việc ứng dụng của bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR được phân tích. Mỗi đường dây đều mang tải lưới điện nông thôn. Độ dài tổng thể của đường dây dài, có nhiều nhánh trên đường chính, và tải trên toàn bộ đường dây không được phân tán đồng đều. Sau đây là phân tích về sự thay đổi sau khi bổ sung bộ điều chỉnh điện áp tự động cho từng đường dây.

3.1 Ứng dụng trên đường dây AB

Trên đoạn AB của đường dây phân phối 10 kV, độ dài của đường chính là 24 km, tổng chiều dài đường dây là 117,01 km, và loại dây dẫn là LGJ-70. Độ dài vượt quá tiêu chuẩn quy định, và có nhiều nhánh trên đường chính. Trước khi bù công suất phản kháng, hệ số công suất của đường dây khoảng 0,9. Để điều chỉnh tự động điện áp đường dây và thực hiện phân phối hợp lý năng lượng điện, thiết bị điều chỉnh điện áp tự động SVR được lắp đặt trên đường dây hệ thống. 

Sau một năm hoạt động, tỷ lệ điện áp đạt chuẩn ở đầu vào của thiết bị đạt 97,85%, và tỷ lệ điện áp đạt chuẩn ở đầu ra đạt 100%. Bằng cách thêm thiết bị điều chỉnh điện áp tự động SVR, chất lượng điện áp có thể được tối ưu hóa đáng kể. Trong một tháng cụ thể, quan sát tại các điểm tham chiếu khác nhau, điện áp đầu vào và đầu ra có xu hướng thay đổi riêng biệt. 

Từ biểu đồ thống kê, phát hiện rằng điện áp của đường dây AB đạt giá trị thấp nhất vào lúc 9 giờ, dưới 90% điện áp định mức. Dưới tác dụng của thiết bị điều chỉnh điện áp, điện áp đầu ra là 10,02 kV, và biên độ tăng điện áp khoảng 19,86%. Dưới tác dụng của bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR, giá trị điện áp có thể được kiểm soát trong phạm vi tiêu chuẩn lý tưởng từ 10 đến 10,7 kV. Sau khi bù công suất phản kháng, hệ số công suất trong khu vực này lên đến 0,95, có thể đạt hiệu quả bù lý tưởng. Tuy nhiên, khi tụ điện phản kháng được đưa vào hoạt động với quy mô lớn, điện áp tương đối thấp, thường dưới 9 kV.

3.2 Ứng dụng trên đường dây BC

Độ dài của đường dây BC là 20,5 km, tổng chiều dài đường dây là 174 km, và loại dây dẫn sử dụng tương đối đặc biệt (LGJ-50). Vẫn còn nhiều nhánh trên đường chính. Hệ số công suất trước khi bù công suất phản kháng của đường dây khoảng 0,88, vì vậy bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR được lắp đặt trên đường dây này. Sau 1 năm hoạt động, tỷ lệ điện áp đạt chuẩn ở đầu vào của thiết bị gần 100%, và điện áp ở đầu ra cũng hoàn toàn đạt chuẩn. 

Sau khi thêm thiết bị điều chỉnh điện áp tự động SVR, chất lượng điện áp của toàn hệ thống đã tăng đáng kể. Từ đường cong điện áp đo được, có thể thấy rằng điện áp của đường dây này thấp nhất trong khoảng thời gian từ 20:00 đến 21:00, chỉ 8,07 kV, dưới 90% điện áp định mức. Nhờ tác dụng của bộ điều chỉnh điện áp, điện áp đầu ra là 9,68 kV, và biên độ tăng điện áp là 20,07%, đạt giá trị tiêu chuẩn điều chỉnh điện áp tối đa là 20%.

3.3 Ứng dụng trên đường dây CD

Độ dài của đường chính CD đạt 14 km, tổng chiều dài đường dây đạt 153,98 km, và loại dây dẫn cụ thể là LGJ-70. Hệ số công suất trước khi bù công suất phản kháng của đường dây đạt 0,9, vì vậy bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR (mô hình: SVR-2000/10-7) có thể được lắp đặt trên cột điện. Sau một năm hoạt động, tỷ lệ điện áp đạt chuẩn ở đầu vào của thiết bị gần 100%, và điện áp ở đầu ra cũng rất chuẩn, đạt 99,86%. 

Việc bổ sung thiết bị điều chỉnh điện áp tự động SVR đã tối ưu hóa đáng kể chất lượng điện áp, nhưng mức điện áp ở đầu vào vẫn hơi thiếu để đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn 100%. Từ đường cong điện áp được quan sát, có thể thấy có hai giai đoạn giảm điện áp rõ rệt trên đường dây CD trong ngày: từ 8:00 đến 10:00 và từ 19:00 đến 21:00. Giá trị điện áp đầu vào của chúng đều dưới 9 kV. Trong thời gian này, điện áp lúc 20:00 đạt mức thấp nhất, chỉ 7,77 kV (chỉ 78% điện áp định mức). Việc sử dụng bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR có thể giúp cân bằng và ổn định điện áp. 

Tuy nhiên, điện áp đầu ra lúc 20:00 đạt 8,82 kV, vẫn ở trạng thái điện áp thấp. Biên độ tăng điện áp của thiết bị là 12,51%, cơ bản đạt giá trị tiêu chuẩn 15%. Từ việc phân tích tình trạng hoạt động thực tế và hiệu quả của các bộ điều chỉnh điện áp tự động trên, ngay cả khi gặp phải giá trị cực đại, biên độ tăng điện áp vẫn có thể đáp ứng tiêu chuẩn, do đó có thể kết luận rằng các bộ điều chỉnh điện áp được chọn là đạt chuẩn.

4. Ưu điểm và lợi ích của thiết bị điều chỉnh điện áp tự động SVR

Thiết bị điều chỉnh điện áp này chủ yếu đạt được kiểm soát ổn định điện áp đầu ra bằng cách điều chỉnh tỷ lệ biến đổi của biến áp tự động ba pha. Trong ứng dụng thực tế, nó thể hiện những ưu điểm sau: 

• Có thể hoàn toàn thực hiện điều chỉnh điện áp tự động, hiệu quả và trên tải. 

• Biến áp itself sử dụng cấu trúc tam giác nối ba pha, có dung lượng lớn và kích thước tương đối nhỏ, có thể được dựng trên hai cột. 

• Phạm vi điều chỉnh điện áp thường nằm giữa -10% và 20%, có thể đáp ứng yêu cầu về điện áp. Theo phân tích và tính toán lý thuyết liên quan, bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR có thể được lắp đặt theo các đặc điểm và điều kiện thực tế cụ thể của các đoạn đường dây khác nhau. Sau khi lắp đặt bộ điều chỉnh điện áp này, điện áp có thể được điều chỉnh linh hoạt lên 10,5 kV. 

Một số lượng lớn các ví dụ thực tế chứng minh rằng bộ thiết bị điều chỉnh điện áp tự động SVR có độ tự động hóa và chức năng thông minh cao, có thể theo dõi động sự dao động của điện áp đầu vào, do đó đảm bảo hiệu suất ổn định tương đối của điện áp đầu ra, và khắc phục hiệu quả vấn đề về điện áp thấp. Sau khi lắp đặt thiết bị điều chỉnh điện áp SVR trên đường dây điện áp thấp, so với việc xây dựng một trạm biến áp mới, việc thay thế dây dẫn có thể kiểm soát hiệu quả vốn đầu tư, do đó kiểm soát hiệu quả điện áp đường dây, đồng thời đáp ứng các cơ quan quốc gia liên quan, mang lại lợi ích kinh tế và xã hội tốt hơn.

Khi tải đường dây không đổi, bằng cách tăng điện áp đường dây, dòng điện đường dây được kiểm soát hiệu quả, do đó kiểm soát đáng kể tổn thất đường dây, cải thiện hiệu suất truyền tải điện, và cuối cùng đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng và giảm tổn thất. So với việc xây dựng một trạm biến áp mới, bộ điều chỉnh điện áp SVR kiểm soát hiệu quả sử dụng vốn bằng cách cập nhật dây dẫn, làm tăng điện áp của toàn bộ hệ thống đường dây, đáp ứng quy định ngành công nghiệp quốc gia liên quan, đạt được lợi ích kinh tế lý tưởng, và cũng mang lại một số lợi ích xã hội nhất định. Khi tải đường dây ổn định, bằng cách tăng điện áp đường dây, dòng điện đường dây có thể được kiểm soát hiệu quả, do đó kiểm soát tổn thất đường dây ở mức độ nào đó, đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng và giảm tổn thất, duy trì lợi ích kinh tế của doanh nghiệp cung cấp điện, và kiềm chế hiệu quả tổn thất kinh tế, từ đó cải thiện tổng lợi ích kinh tế.

5.Kết luận

Trong các khu vực có không gian phát triển tải hạn chế, ít bố trí nguồn điện, bán kính cung cấp điện lớn, tổn thất đường dây nghiêm trọng, tải nặng, và không có kế hoạch xây dựng trạm biến áp 35 kV trong tương lai gần, việc lắp đặt thiết bị điều chỉnh điện áp tự động SVR để kiểm soát vấn đề vận hành hệ thống là phù hợp. Điều này không chỉ kiểm soát hiệu quả vấn đề chất lượng điện áp mà còn giảm thiểu tổn thất đường dây, nhằm đạt được lợi ích kinh tế và xã hội lý tưởng. Việc áp dụng thiết bị này cũng có thể kiểm soát hiệu quả chi phí, cải thiện hiệu suất hoạt động của hệ thống điện, và tạo ra lợi ích xã hội lý tưởng.