کاربردهای SVR (تنظیم‌کننده‌های خودکار ولتاژ خط) در شبکه‌های توزیع روستایی

1 مقدمه

با رشد پایدار اقتصاد ملی، تقاضای برق افزایش می‌یابد. برای شبکه‌های روستایی، بارهای در حال افزایش، توزیع نامتعادل تأمین برق و محدودیت تنظیم ولتاژ شبکه اصلی باعث می‌شود برخی خطوط طولانی 10 kV (که فراتر از استانداردهای شعاع ملی هستند) در مناطق دور و ضعیف شبکه قرار داشته باشند. این خطوط با کیفیت ولتاژ ضعیف، عامل توان کم و زیان‌های بالا مواجه هستند. به دلیل محدودیت‌های هزینه و سرمایه‌گذاری، گره‌های ولتاژ بالا یا توسعه شبکه در مقیاس گسترده عملی نیست. تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار 10 kV راه حل فنی برای مشکلات شعاع طولانی و ولتاژ پایین ارائه می‌دهد.

2 اصل کار تنظیم‌کننده ولتاژ

تنظیم‌کننده خودکار SVR شامل مدار اصلی (اتو ترانسفورماتور سه‌فاز + تنظیم‌کننده تپ در حالت بارگیری، ساختار در شکل 1) و واحد کنترل است. هسته آن شامل سیم‌پیچ‌های موازی، سری و کنترل ولتاژ است:

• سیم‌پیچ سری: چند تپ، از طریق تنظیم‌کننده تپ بین ورودی/خروجی متصل می‌شود و ولتاژ خروجی را تنظیم می‌کند.

• سیم‌پیچ موازی: سیم‌پیچ مشترک که میدان‌های مغناطیسی انتقال انرژی را ایجاد می‌کند.

• سیم‌پیچ کنترل ولتاژ: روی سیم‌پیچ موازی پیچیده شده و برای تأمین برق کنترلر/موتور و ارائه ولتاژ اندازه‌گیری استفاده می‌شود.

منطق کار: موقعیت‌های تپ در سیم‌پیچ سری (از طریق تنظیم‌کننده تپ در حالت بارگیری) نسبت تعداد لپ‌های ورودی-خروجی را تغییر می‌دهند و ولتاژ خروجی را تنظیم می‌کنند. معمولاً سوئیچ‌های بارگیری 7 یا 9 دنده (قابل انتخاب توسط کاربر بر اساس نیاز) دارند. نسبت تعداد لپ‌های اصلی-ثانویه تنظیم‌کننده مطابق با ترانسفورماتورها است، یعنی:

3 مثال کاربردی

3.1 وضعیت خط

خط 10 kV با طول شاخه اصلی 15.138 کیلومتر، از دو مدل رسانه استفاده می‌کند: LGJ - 70mm² و LGJ - 50mm². ظرفیت کل ترانسفورماتورهای توزیع 7260 kVA است. در دوره‌های بار پیک، ولتاژ در سمت 220V ترانسفورماتورهای توزیع در بخش‌های میانی و پشتی خط به حداقل 175V کاهش می‌یابد.

برای خط LGJ - 70، مقاومت در هر کیلومتر 0.458 Ω و واکنش در هر کیلومتر 0.363 Ω است. بنابراین، مقاومت و واکنش خط از زیراستانیون تا میله 97# شاخه اصلی به ترتیب عبارتند از:

R = 0.458 × 6.437 = 2.95Ω

X = 0.363 × 6.437 = 2.34Ω

بر اساس ظرفیت ترانسفورماتورهای توزیع و نرخ بار خط، زوال ولتاژ از زیراستانیون تا میله 97# شاخه اصلی محاسبه می‌شود به صورت:

• Δu — زوال ولتاژ خط، واحد: kV.

• R — مقاومت خط، واحد: Ω.

• X — واکنش خط، واحد: Ω.

• r — مقاومت در هر واحد طول، واحد: Ω.

• x — واکنش در هر واحد طول، واحد: Ω.

• P — توان فعال خط، واحد: kW.

• Q — توان واکنشی خط، واحد: kvar.

بنابراین، ولتاژ در میله 97# شاخه اصلی فقط: 10.4 - 0.77 = 9.63 kV در میله 178 محاسبه می‌شود به صورت: 8.42 kV. ولتاژ در انتهای خط: 8.39 kV.

3.2 راه‌حل‌ها

برای تضمین کیفیت ولتاژ، روش‌های و اقدامات اصلی تنظیم ولتاژ در شبکه‌های توزیع متوسط و کم ولتاژ شامل جنبه‌های زیر است:

• ساخت یک زیراستانیون جدید 35 kV برای کوتاه کردن شعاع تأمین برق خطوط 10 kV.

• تعویض مقطع رسانه برای کاهش نرخ بار خط.

• نصب جبران توان واکنشی برای خط. این روش در مواردی با خطوط طولانی و بارهای بزرگ اثر تنظیم ضعیفی دارد.

• نصب تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار SVR. این دستگاه دارای درجه بالایی از خودکاری، اثر تنظیم ولتاژ خوب و استفاده انعطاف‌پذیر است. در ادامه، سه روش برای مقایسه طرح‌های بهبود کیفیت ولتاژ در انتهای خط 10 kV استفاده می‌شود.

3.2.1 طرح ساخت یک زیراستانیون جدید 35 kV

تحلیل اثر مورد انتظار: ساخت یک زیراستانیون جدید می‌تواند شعاع تأمین برق را کوتاه کند، ولتاژ انتهای خطوط طولانی را بهبود بخشد و کیفیت تأمین برق را افزایش دهد. این طرح می‌تواند مشکل ولتاژ را به خوبی حل کند، اما سرمایه‌گذاری نسبتاً زیاد است.

3.2.2 طرح بازسازی خط اصلی 10 kV

تغییر پارامترهای خط عمدتاً شامل افزایش مقطع رسانه است. برای خطوط با کاربران پراکنده و مقاطع رسانه کوچک، مؤلفه مقاومت در زوال ولتاژ نسبتاً بزرگ است. بنابراین، کاهش مقاومت رسانه می‌تواند اثر تنظیم ولتاژ معینی داشته باشد. ولتاژ انتهای 10 kV می‌تواند از 8.39 kV به 9.5 kV تنظیم شود.

3.2.3 طرح نصب تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار SVR

نصب یک دستگاه تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار 10 kV برای حل مشکل ولتاژ پایین در انتهای خط بعد از میله 161.

تحلیل اثر مورد انتظار: ولتاژ انتهای 10 kV می‌تواند از 8.39 kV به 10.3 kV تنظیم شود.

پس از تحلیل مقایسه‌ای، راه‌حل سوم اقتصادی‌تر و عملی‌تر است. دستگاه کامل تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار SVR با تنظیم نسبت تعداد لپ‌های اتو ترانسفورماتور سه‌فاز ولتاژ خروجی ثابت را تأمین می‌کند و دارای مزایای اصلی زیر است:

• می‌تواند تنظیم ولتاژ کاملاً خودکار و در حالت بارگیری را انجام دهد. خود ترانسفورماتور از نوع ستاره‌ای سه‌فاز است که ظرفیت بزرگ و حجم کوچک دارد و می‌تواند بین دو میله (S ≤ 2000 KVA) نصب شود.

• محدوده تنظیم ولتاژ معمولاً - 10% ~ + 20% است که می‌تواند نیازهای ولتاژ را برآورده کند.

بر اساس محاسبات نظری، توصیه می‌شود یک تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار SVR با مدل SVR - 5000/10 - 7 (0 ~ + 20%) در خط اصلی نصب شود. پس از نصب تنظیم‌کننده، ولتاژ ماکزیمم میله 141 می‌تواند به:

U₁₆₁=U×10/8=10.5 kV

در فرمول:

• U₁₆₁ — ولتاژ در نقطه نصب پس از نصب تنظیم‌کننده.

• 10/8 — نسبت تعداد لپ‌های ماکزیمم تنظیم‌کننده با محدوده تنظیم ولتاژ 0 ~ + 20%.

عملیات واقعی نشان داده است که عملکرد و عملکرد دستگاه کامل تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار SVR که به طور خودکار تغییرات ولتاژ ورودی را ردیابی می‌کند تا ولتاژ خروجی ثابت را تأمین کند، بسیار پایدار است و در مدیریت ولتاژ پایین مؤثر است.

3.2.4 تحلیل سودمندی

استفاده از تنظیم‌کننده ولتاژ SVR در خط میزان زیادی از هزینه‌ها را نسبت به ساخت یک زیراستانیون جدید یا تعویض رسانه‌ها صرفه‌جویی می‌کند. نه تنها ولتاژ خط افزایش می‌یابد تا مقررات ملی مربوطه را برآورده کند و سودمندی‌های اجتماعی خوبی داشته باشد؛ بلکه وقتی بار خط ثابت باقی می‌ماند، افزایش ولتاژ خط جریان خط را کاهش می‌دهد و به میزانی زیان‌های خط را کاهش می‌دهد، هدف کاهش زیان و صرفه‌جویی در انرژی را به دست می‌آورد و سودمندی‌های اقتصادی شرکت را افزایش می‌دهد.

4 نتیجه‌گیری

برای مناطق با پتانسیل رشد بار محدود، به ویژه شبکه‌های برق روستایی که خطوط 10 kV طولانی دارند — جایی که نقاط تأمین برق کافی نیستند، شعاع تأمین برق بزرگ است، زیان‌های خط بالا هستند، بارهای بیش از حد هستند و در کوتاه مدت تا متوسط مدت تأمین برق از زیراستانیون 35 kV نزدیک در دسترس نیست — تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار SVR راه‌حلی ارائه می‌دهد. این دستگاه مشکلات کیفیت ولتاژ پایین و زیان‌های انرژی الکتریکی بالا را بدون نیاز به ساخت یا به تعویق انداختن ساخت زیراستانیون‌های 35 kV حل می‌کند.

این رویکرد سودمندی‌های اجتماعی و اقتصادی قابل توجهی ارائه می‌دهد. علاوه بر این، با هزینه سرمایه‌گذاری تقریباً یک دهم ساخت یک زیراستانیون 35 kV جدید، SVR بسیار شایسته ترویج در کاربردهای شبکه برق روستایی است.