Anwendungen von SVR (Stromversorgungsautomatische Spannungsregler) in ländlichen Verteilnetzen

1 Einführung

Mit dem stetigen Wachstum der nationalen Wirtschaft steigt der Strombedarf. Für ländliche Netze führen zunehmende Lasten, ungleichmäßige Energieversorgung und begrenzte Spannungsregelung des Hauptnetzes dazu, dass einige 10 kV-Linien (die über die nationalen Radiusstandards hinausgehen) in abgelegenen oder schwachen Netzgebieten mit schlechter Spannungsqualität, niedrigem Leistungsfaktor und hohen Verlusten konfrontiert sind. Aufgrund von Kostenschranken und Investitionseinschränkungen sind massive Hochspannungsknoten oder eine Netzausweitung nicht realisierbar. Der 10 kV-Zuleitungsautomatikspannungsregler bietet eine technische Lösung für langreichweitige, niederspannungstechnische Probleme.

2 Arbeitsprinzip des Spannungsreglers

Der SVR-Automatikregler verfügt über einen Hauptschaltkreis (dreiphasiger Autotransformator + Unterlast-Schaltelement, Struktur siehe Abbildung 1) und eine Steuereinheit. Sein Kern besteht aus Schalt-, Reihen- und Steuerspannungsspulen:

• Reihenspule: Mehrfach abgetastet, zwischen Eingang/Ausgang über das Schaltelement verbunden, regelt die Ausgangsspannung.

• Schaltspule: Gemeinsame Wicklung, erzeugt Energietransfer-Magnetfelder.

• Steuerspannungsspule: Umwickelt an der Schaltspule, speist den Controller/Motor und liefert Messspannung.

Arbeitslogik: Die Stellungen der Reihenspule (über das Unterlast-Schaltelement) ändern das Windungsverhältnis von Eingang zu Ausgang, um die Ausgangsspannung anzupassen. Unterlastschalter haben in der Regel 7 oder 9 Gänge (benutzerseitig wählbar nach Bedarf). Das Primär-Sekundär-Windungsverhältnis des Reglers entspricht dem der Transformatoren, d.h.:

3 Anwendungsbeispiel

3.1 Leitungszustand

Eine 10 kV-Leitung hat eine Haupttrasse mit einer Länge von 15,138 km, die zwei Leitermodelle verwendet: LGJ-70mm² und LGJ-50mm². Die Gesamtkapazität der Verteiltransformatoren beträgt 7260 kVA. Während der Spitzenlastperiode sinkt die Spannung auf der 220V-Seite der Verteiltransformatoren in den mittleren und hinteren Abschnitten der Leitung auf bis zu 175V.

Für die LGJ-70-Leitung beträgt der Widerstand pro Kilometer 0,458 Ω und der Blindwiderstand pro Kilometer 0,363 Ω. Dann betragen der Leitungswiderstand und der Blindwiderstand vom Umspannwerk zum Mast 97# der Haupttrasse:

R = 0.458 × 6.437 = 2.95Ω

X = 0.363 × 6.437 = 2.34Ω

Basierend auf der Verteiltransformator-Kapazität und der Lastquote der Leitung kann der Spannungsabfall vom Umspannwerk zum Mast 97# der Haupttrasse berechnet werden als:

• Δu — Leitungsspannungsabfall, Einheit: kV.

• R — Leitungswiderstand, Einheit: Ω.

• X — Leitungsblindwiderstand, Einheit: Ω.

• r — Widerstand pro Längeneinheit, Einheit: Ω.

• x — Blindwiderstand pro Längeneinheit, Einheit: Ω.

• P — Wirkleistung der Leitung, Einheit: kW.

• Q — Blindleistung der Leitung, Einheit: kvar.

Dann beträgt die Spannung am Mast 97# der Haupttrasse nur: 10.4 - 0.77 = 9.63 kV und am Mast 178 kann berechnet werden als: 8.42 kV. Die Spannung am Ende der Leitung beträgt: 8.39 kV.

3.2 Lösungen

Um die Spannungsqualität sicherzustellen, beinhalten die Hauptspannungsregelmethoden und -maßnahmen in Mittel- und Niederspannungsverteilnetzen die folgenden Aspekte:

• Bau eines neuen 35 kV-Umspannwerks, um den Versorgungsradius der 10 kV-Leitungen zu verkürzen.

• Ersetzen des Leiterquerschnitts, um die Leitungslastquote zu reduzieren.

• Installieren von Blindleistungskompensation für die Leitung. Diese Methode hat eine geringe Regelwirkung bei langen Leitungen und großen Lasten.

• Installieren eines SVR-Zuleitungsautomatikspannungsreglers. Er hat ein hohes Maß an Automatisierung, eine gute Spannungsregelwirkung und eine flexible Nutzung. Im Folgenden werden drei Methoden verwendet, um Schemata zur Verbesserung der Spannungsqualität am Ende der 10 kV-Blockleitung zu vergleichen.

3.2.1 Schema für den Bau eines neuen 35 kV-Umspannwerks

Erwartete Wirkungsanalyse: Der Bau eines neuen Umspannwerks kann den Versorgungsradius verkürzen, die Endspannung längerer Leitungen verbessern und die Versorgungsqualität erhöhen. Dieses Schema kann das Spannungsproblem gut lösen, aber die Investition ist relativ groß.

3.2.2 Schema für die Rekonstruktion der 10 kV-Haupttrasse

Das Ändern der Leitungsparameter umfasst hauptsächlich die Erhöhung des Leiterquerschnitts. Bei Leitungen mit relativ zerstreuten Nutzern und kleinem Leiterquerschnitt nimmt der Widerstandsanteil im Spannungsabfall einen relativ großen Anteil ein. Daher kann die Reduzierung des Leiterwiderstands eine gewisse Spannungsregelwirkung erzielen. Die 10 kV-Endspannung kann von 8,39 kV auf 9,5 kV angepasst werden.

3.2.3 Schema für die Installation eines SVR-Zuleitungsautomatikspannungsreglers

Installieren Sie 1 Satz 10 kV-Automatikspannungsregler, um das Problem der niedrigen Spannung am Ende der Leitung nach Mast 161 zu lösen.

Erwartete Wirkungsanalyse: Die 10 kV-Endspannung kann von 8,39 kV auf 10,3 kV angepasst werden.

Nach vergleichender Analyse ist die dritte Lösung die wirtschaftlichste und praktischste. Das SVR-Zuleitungsautomatikspannungsregler-Gesamtsystem erreicht die Stabilität der Ausgangsspannung durch die Anpassung des Windungsverhältnisses des dreiphasigen Autotransformators und hat die folgenden Hauptvorteile:

• Es ermöglicht vollautomatische und unter Last durchgeführte Spannungsregelung. Der Transformator selbst verwendet einen sterngeschalteten dreiphasigen Autotransformator, der eine große Kapazität und ein kleines Volumen hat und zwischen zwei Masten (S ≤ 2000 KVA) errichtet werden kann.

• Der Spannungsregelbereich beträgt in der Regel -10% ~ +20%, was die Spannungsanforderungen erfüllt.

Laut theoretischer Berechnungen wird empfohlen, einen SVR-Zuleitungsautomatikspannungsregler mit dem Modell SVR-5000/10-7 (0 ~ +20%) auf der Haupttrasse zu installieren. Nach der Installation des Spannungsreglers kann die maximale Spannung am Mast 141 angepasst werden zu:

U₁₆₁=U×10/8=10.5 kV

In der Formel:

• U₁₆₁ — Die Spannung am Installationspunkt nach der Installation des Spannungsreglers.

• 10/8 — Das maximale Windungsverhältnis des Spannungsreglers mit einem Spannungsregelbereich von 0 ~ +20%.

Die tatsächliche Betriebserfahrung hat gezeigt, dass die Funktion und Leistung des SVR-Zuleitungsautomatikspannungsregler-Gesamtsystems, das automatisch die Eingangsspannung verfolgt, um eine konstante Ausgangsspannung sicherzustellen, sehr stabil sind und effektiv bei der Niederspannungsregelung sind.

3.2.4 Nutzenanalyse

Die Verwendung des SVR-Spannungsreglers auf der Leitung spart im Vergleich zum Bau eines neuen Umspannwerks oder zum Austauschen der Leiter eine große Menge an Mitteln. Nicht nur wird die Leitungsspannung erhöht, um den relevanten nationalen Vorschriften zu entsprechen, was zu guten sozialen Vorteilen führt; wenn die Leitungslast unverändert bleibt, reduziert die Erhöhung der Leitungsspannung den Leitungsstrom, was in gewissem Maße die Leitungsverluste reduziert, das Ziel der Verlustreduzierung und Energieeinsparung erreicht und die wirtschaftlichen Vorteile des Unternehmens verbessert.

4 Schlussfolgerung

Für Gebiete mit begrenztem Lastwachstumspotenzial, insbesondere ländliche Stromnetze mit 10 kV-Langenleitungen, wo die Versorgungspunkte unzureichend, die Versorgungsradien groß, die Leitungsverluste hoch, die Lasten überlastet und keine nahegelegene 35 kV-Umspannwerk-Versorgung in kurzer bis mittlerer Frist verfügbar ist, bietet der SVR-Zuleitungsautomatikspannungsregler eine Lösung. Er löst die Probleme der niedrigen Spannungsqualität und hoher elektrischer Energieverluste ohne den Bau oder die Verzögerung des Baus von 35 kV-Umspannwerken.

Dieser Ansatz bietet erhebliche soziale und wirtschaftliche Vorteile. Darüber hinaus liegt die Investitionskosten etwa bei einem Zehntel des Baus eines neuen 35 kV-Umspannwerks, sodass der SVR in Anwendungen ländlicher Stromnetze sehr förderungswürdig ist.