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 رو به افزایش، توزیع نامساوی تأمین برق و تنظیم ولتاژ محدود در شبکه اصلی باعث می‌شود برخی خطوط طولانی 10 کیلوولت (بیشتر از استانداردهای شعاعی ملی) در مناطق دور و ضعیف شبکه با کیفیت ولتاژ ضعیف، عامل توان کم و زیانات بالا مواجه شوند. به دلیل محدودیت هزینه و سرمایه‌گذاری، گره‌های ولتاژ بالا یا گسترش شبکه قابل اجرا نیستند. تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار 10 کیلوولت راه حل فنی برای مشکلات شعاع طولانی و ولتاژ پایین ارائه می‌دهد.

2 اصول عملکرد تنظیم‌کننده ولتاژ

تنظیم‌کننده خودکار SVR شامل مدار اصلی (اتوترانسفورماتور سه‌فاز + تغییر دهنده تپ در حالت بارگیری، ساختار در شکل 1) و واحد کنترل است. هسته آن شامل لپی‌های موازی، سری و ولتاژ کنترلی است:

• لپی سری: چند تپ، از طریق تغییر دهنده تپ بین ورودی/خروجی متصل شده، ولتاژ خروجی را تنظیم می‌کند.

• لپی موازی: پیچش مشترک، میدان‌های مغناطیسی انتقال انرژی را تولید می‌کند.

• لپی ولتاژ کنترلی: روی لپی موازی پیچیده شده، تجهیزات کنترلی/موتور را تغذیه می‌کند و ولتاژ اندازه‌گیری را ارائه می‌دهد.

منطق کار: موقعیت تپ‌ها در لپی سری (از طریق تغییر دهنده تپ در حالت بارگیری) نسبت تعداد دور ورودی-خروجی را تغییر می‌دهد و ولتاژ خروجی را تنظیم می‌کند. سوئیچ‌های بارگیری معمولاً 7 یا 9 دندانه (قابل انتخاب توسط کاربر بر اساس نیاز) دارند. نسبت دور اصلی-ثانویه تنظیم‌کننده با ترانسفورماتورهای مطابقت دارد، یعنی:

3 مثال کاربردی

3.1 وضعیت خط

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

برای خط LGJ-70، مقاومت هر کیلومتر 0.458 اهم و واکنش هر کیلومتر 0.363 اهم است. بنابراین، مقاومت و واکنش خط از زیراستانسیون تا ستون 97# خط اصلی به ترتیب عبارتند از:

R = 0.458 × 6.437 = 2.95 اهم

X = 0.363 × 6.437 = 2.34 اهم

با توجه به ظرفیت ترانسفورماتورهای توزیع و نرخ بار خط، کاهش ولتاژ از زیراستانسیون تا ستون 97# خط اصلی محاسبه می‌شود به صورت:

• Δu — کاهش ولتاژ خط، واحد: کیلوولت.

• R — مقاومت خط، واحد: اهم.

• X — واکنش خط، واحد: اهم.

• r — مقاومت در واحد طول، واحد: اهم.

• x — واکنش در واحد طول، واحد: اهم.

• P — توان فعال خط، واحد: کیلووات.

• Q — توان غیرفعال خط، واحد: کیلووار.

در نتیجه، ولتاژ در ستون 97# خط اصلی فقط: 10.4 - 0.77 = 9.63 کیلوولت در ستون 178 می‌تواند محاسبه شود به صورت: 8.42 کیلوولت. ولتاژ در انتهای خط: 8.39 کیلوولت.

3.2 راه‌حل‌ها

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

• ساخت یک زیراستانسیون 35 کیلوولت جدید برای کوتاه کردن شعاع تأمین برق خطوط 10 کیلوولت.

• تعویض سطح مقطع هادی برای کاهش نرخ بار خط.

• نصب جبران توان غیرفعال برای خط. این روش برای مواقعی با خطوط طولانی و بارهای زیاد اثر تنظیم ضعیفی دارد.

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

3.2.1 طرح ساخت زیراستانسیون 35 کیلوولت جدید

تحلیل اثر مورد انتظار: ساخت یک زیراستانسیون 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 کیلوولت

تغییر پارامترهای خط اصلاً شامل افزایش سطح مقطع هادی است. برای خطوط با کاربران پراکنده و سطح مقطع هادی کوچک، مؤلفه مقاومت در کاهش ولتاژ نسبتاً زیاد است. بنابراین، کاهش مقاومت هادی می‌تواند اثر تنظیم ولتاژی را به دست آورد. ولتاژ انتهای 10 کیلوولت می‌تواند از 8.39 کیلوولت به 9.5 کیلوولت تنظیم شود.

3.2.3 طرح نصب تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار SVR

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

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

بعد از تحلیل مقایسه‌ای، راه‌حل سوم اقتصادی‌ترین و عملی‌ترین است. دستگاه کامل تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار SVR با تنظیم نسبت دور اتوترانسفورماتور سه‌فاز ولتاژ خروجی را ثابت نگه می‌دارد و دارای مزایای اصلی زیر است:

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

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

با توجه به محاسبات نظری، توصیه می‌شود یک تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار SVR با مدل SVR-5000/10-7 (0 ~ +20%) در خط اصلی نصب شود. بعد از نصب تنظیم‌کننده، ولتاژ ماکسیمم ستون 141 می‌تواند تنظیم شود به:

U₁₆₁=U×10/8=10.5 kV

در فرمول:

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

• 10/8 — بیشترین نسبت دور تنظیم‌کننده با محدوده تنظیم ولتاژ 0 ~ +20%.

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

3.2.4 تحلیل سودمندی

استفاده از تنظیم‌کننده ولتاژ SVR در خط، نسبت به ساخت زیراستانسیون جدید یا تعویض هادی‌ها، مبلغ قابل توجهی از هزینه‌ها را صرفه‌جویی می‌کند. نه تنها ولتاژ خط به میزانی افزایش می‌یابد که مقررات ملی را برآورده کند و سودمندی‌های اجتماعی خوبی را به همراه داشته باشد؛ بلکه وقتی بار خط ثابت باقی می‌ماند، افزایش ولتاژ خط باعث کاهش جریان خط می‌شود و به میزانی زیانات خط را کاهش می‌دهد، هدف کاهش زیان و صرفه‌جویی در انرژی را به دست می‌آورد و سودمندی‌های اقتصادی شرکت را بهبود می‌بخشد.

4 نتیجه‌گیری

برای مناطقی با پتانسیل رشد بار محدود، به ویژه شبکه‌های برق روستایی با خطوط 10 کیلوولت طولانی — که نقاط تأمین برق کافی نیستند، شعاع تأمین برق بزرگ است، زیانات خط بالا هستند، بارهای بیش از حد وجود دارند و تأمین برق از زیراستانسیون 35 کیلوولت نزدیک در کوتاه‌مدت و متوسط‌مدت در دسترس نیست — تنظیم‌کننده ولتاژ خودکار SVR راه‌حلی ارائه می‌دهد. این روش مشکلات کیفیت ولتاژ پایین و زیانات انرژی الکتریکی بالا را بدون نیاز به ساخت یا تأخیر در ساخت زیراستانسیون 35 کیلوولت حل می‌کند.

این رویکرد سودمندی‌های اجتماعی و اقتصادی قابل توجهی ارائه می‌دهد. علاوه بر این، با هزینه سرمایه‌گذاری حدوداً یک دهم ساخت یک زیراستانسیون 35 کیلوولت جدید، SVR برای کاربردهای شبکه برق روستایی بسیار شایسته ترویج است.