Применение регуляторов напряжения на 10 кВ для линий электропередачи

Сельские электрические сети характеризуются большим количеством узлов, широким охватом и длинными линиями передачи. В то же время, электрическая нагрузка в сельской местности имеет выраженную сезонность. Эти особенности приводят к высоким потерям на линиях напряжением 10 кВ, а во время пиковых нагрузок напряжение на концах линий становится слишком низким, что вызывает сбои в работе оборудования пользователей.

В настоящее время существуют три распространенных метода регулирования напряжения в сельских электрических сетях:

• Модернизация электрической сети: требует значительных инвестиций.

• Регулирование под нагрузкой основного трансформатора: используется напряжение шины подстанции в качестве эталона. Однако частые регулировки влияют на безопасную работу основного трансформатора и не могут обеспечить стабильное напряжение на линии.

• Переключение параллельных конденсаторов: снижает падение напряжения, вызванное реактивной мощностью при больших индуктивных нагрузках, но диапазон регулирования напряжения узкий.

После окончательного обсуждения было решено использовать новый тип регулятора напряжения — регулятор напряжения на линии 10 кВ (SVR), который эффективно улучшил качество напряжения в сельской электрической сети. Сравнение мер по улучшению качества напряжения в следующей таблице показывает, что использование регуляторов напряжения на линиях является наиболее эффективным способом повышения качества напряжения на сельских линиях 10 кВ.

Пример применения

На примере линии 10 кВ "Туаньцзе" определенной подстанции процесс установки SVR следующий:

• Определите критическую точку, где падение напряжения превышает допустимые пределы.

• Выберите мощность SVR на основе максимальной нагрузки в критической точке.

• Определите диапазон регулирования напряжения на основе измеренного падения напряжения.

• Выберите место установки, отдавая предпочтение доступности для обслуживания.

Метод расчета

Параметры линии:

• Длина: 20 км

• Проводник: LGJ-50

• Удельное сопротивление: R₀ = 0,65 Ом/км

• Реактивное сопротивление: X₀ = 0,4 Ом/км

• Мощность трансформатора: S = 2000 кВА

• Коэффициент мощности: cosφ = 0,8

• Номинальное напряжение: Ue = 10 кВ

Шаг 1: Расчет полного сопротивления линии

• Сопротивление: R = R₀ × L = 0,65 × 20 = 13 Ом

• Реактивное сопротивление: X = X₀ × L = 0,4 × 20 = 8 Ом

• Активная мощность: P = S × cosφ = 2000 × 0,8 = 1600 кВт

• Реактивная мощность: Q = S × sinφ = 2000 × 0,6 = 1200 кВар

Шаг 2: Расчет падения напряжения
ΔU = (PR + QX)/U = (1600×13 + 1200×8)/10 = 3,04 кВ

Шаг 3: Выбор мощности SVR

• Место установки: 10 км от источника (критическая точка с измеренным напряжением 9,019 кВ).

• Нагрузка в критической точке: P = 1200 кВт, cosφ = 0,8 → S = 1200/0,8 = 1500 кВА.

• Выбранная мощность SVR: 2000 кВА.

Шаг 4: Диапазон регулирования напряжения

• Входное напряжение: U₁ = 9 кВ (измеренное)

• Целевое выходное напряжение: U₂ = 10,5 кВ

• Необходимый диапазон регулирования: 0～+20%.

Шаг 5: Расчет снижения потерь
После установки:

• Оставшаяся длина линии: L₁ = 20 км - 10 км = 10 км

• Снижение потерь мощности:
  ΔP = R₀ × L₁ × (S²/U₁² - S²/U₂²)
  = 0,65 × 10 × (1500²/9² - 1500²/10,5²)
  = 63,9 кВт

• Чистое снижение (после учета потерь SVR): 63,9 кВт - 4,4 кВт = 59,5 кВт

Экономические выгоды:

• Ежегодная экономия энергии: 59,5 кВт × 24 ч × 30 дней × 4 месяца ≈ 450 000 кВт·ч

• Экономия затрат: 450 000 кВт·ч × ₽0,33/кВт·ч ≈ ₽60 000

• Увеличение дохода: ₽80 000 ежегодно

• Период окупаемости: <1 года

Это демонстрирует, что SVR являются наиболее эффективным и экономически выгодным решением для улучшения качества напряжения в сельской местности.