SVR:n (jalostusverkkojen automaattisten jännitevaihtelujen säätimet) sovellukset maaseudun jakeluverkoissa

1 Johdanto

Kun kansantalouden kasvu on vakauttumassa, sähköntarve kasvaa. Maaseudun verkkoissa nousseet kuormat, epätasainen sähkönjakelu ja rajoitetut pääverkon jänniteohjauksen mahdollisuudet aiheuttavat, että joissakin 10 kV pituusjoissa (yli kansalliset säteilyrajan normit) heikossa/nuolevassa verkkossa jännitelaatu on huono, tehokkuuskertoimella on ongelmia ja hukka on suuri. Kustannusten ja investointien rajoitteiden vuoksi massiivisten korkeajännitepistekkeiden tai verkon laajentamisen toteuttaminen ei ole realistista. 10 kV ulkoilman automaattinen jänniteregulaattori tarjoaa teknisen ratkaisun pitkien säteilyalojen alijännitteisiin ongelmiin.

2 Jänniteregulaattorin toimintaperiaate

SVR-automatisoidulla regulaattorilla on pääpiiri (kolmifasedinen automuunnin + ladalla tapahtuva tappisulku, rakenne kuvassa 1) ja ohjausyksikkö. Sen ydin koostuu rinnakkaissyynä, sarjasolenoidista ja ohjausjännitesolenoidista:

• Sarjasolenoidi: Monipuolinen tappi, yhdistetty syöttö/tuloste tappisulkun kautta, säätää tulostevolttia.

• Rinnakkaissyynä: Yhteinen lankojousi, luo energia-siirtymän magneettikenttiä.

• Ohjausjännitesolenoidi: Kiertyny rinnakkaissyynään ympärille, toimittaa voiman ohjaimeen/moottoriin ja tarjoaa mitattavan jännitteen.

Toimintalogiikka: Sarjasolenoidin tappiasemat (ladalla tapahtuvan tappisulkun kautta) muuttavat syöttö-tulosteen keilaparvia, minkä avulla säädellään tulostevolttia. Ladalla tapahtuvilla sulkuilla on yleensä 7 tai 9 vaihetta (käyttäjän valittavissa tarpeen mukaan). Regulaattorin pää-alaosien keilasuhteet vastaavat muuntimien, eli:

3 Sovellusestitys

3.1 Linjan tila

10 kV linjalla on päävarren pituus 15,138 km, käytettyjä johtomalleja ovat LGJ-70mm² ja LGJ-50mm². Jakelumuuntimien kokonaistyökyky on 7260 kVA. Huippukuorma-ajoissa jakelumuuntimien 220V puolella oleva jännite linjan keskiosissa ja loppuosissa laskee jopa 175V:aan.

LGJ-70 linjalle vastustus kilometriä kohti on 0,458 Ω ja reaktanssi kilometriä kohti on 0,363 Ω. Tällöin linjan vastustus ja reaktanssi substaatiosta pylvään 97# päävarrella ovat:

R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω

X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

Linjan jakelumuuntimien kapasiteetin ja kuormituksen perusteella voidaan laskea jännitelaskenta substaatiosta pylvään 97# päävarrella:

• Δu — Linjan jännitelaskenta, yksikkö: kV.

• R — Linjan vastustus, yksikkö: Ω.

• X — Linjan reaktanssi, yksikkö: Ω.

• r — Vastustus pituuden yksikköä kohti, yksikkö: Ω.

• x — Reaktanssi pituuden yksikköä kohti, yksikkö: Ω.

• P — Linjan aktiiviteho, yksikkö: kW.

• Q — Linjan reaktiiviteho, yksikkö: kvar.

Tällöin pylvään 97# päävarressa jännite on vain: 10,4 - 0,77 = 9,63 kV pylvään 178 voidaan laskea: 8,42 kV. Linjan loppuosan jännite on: 8,39 kV.

3.2 Ratkaisut

Jännitelaadun varmistamiseksi keski- ja matalajännitejakeluverkossa pääasialliset jänniteregulaatiomenetelmät ja toimenpiteet sisältävät seuraavat näkökohdat:

• Uuden 35 kV substaation rakentaminen lyhentää 10 kV linjojen sähkölaitoksen säteilyaluetta.

• Johtokonduktorin poisto-alueen muutos pienentää linjan kuorman.

• Linjan reaktiivitehon kompensointi. Tämä menetelmä ei sovellu hyvin pitkiin linjoihin ja suuriin kuormiin.

• SVR-ulkoilman automaattisen jänniteregulaattorin asennus. Se on automatisoitu, jännitelaatu on hyvä ja käyttö on joustava. Alla verrataan kolmea menetelmää 10 kV lohkolinjan loppuosan jännitelaadun parantamiseksi.

3.2.1 Uuden 35 kV substaation rakentamisen suunnitelma

Odotettu vaikutusanalyysi: Uuden substaation rakentaminen lyhentää sähkölaitoksen säteilyaluetta, parantaa pidempien linjojen loppujännitettä ja parantaa sähkölaitoksen laadun. Tämä suunnitelma voi ratkaista jänniteongelman hyvin, mutta investointi on suhteellisen suuri.

3.2.2 10 kV päävarren uudelleenrakentamisen suunnitelma

Linjan parametrien muuttaminen koskee pääasiassa johtokonduktorin poisto-alueen lisäämistä. Linjoilla, joilla käyttäjät ovat suhteellisen hajanaisia ja johtokonduktorin poisto-alue on pieni, jännitelaskentassa vastusosa on suhteellisen suuri. Siksi vastuksen vähentäminen voi saavuttaa tietyn jänniteregulaatiovaikutuksen. 10 kV loppujännite voidaan säätää 8,39 kV:sta 9,5 kV:seen.

3.2.3 SVR-ulkoilman automaattisen jänniteregulaattorin asennuksen suunnitelma

Asenna 1 kpl 10 kV automaattisia jänniteregulaattoreita ratkaisemaan ongelmaa linjan loppuosan alijännitteestä pylvään 161 jälkeen.

Odotettu vaikutusanalyysi: 10 kV loppujännite voidaan säätää 8,39 kV:sta 10,3 kV:seen.

Vertailuanalyysin jälkeen kolmas ratkaisu on taloudellisesti ja käytännössä paras. SVR-ulkoilman automaattinen jänniteregulaattorijärjestelmä saavuttaa tulostevoltin vakauden säätämällä kolmifasedisen automuunnin keilasuhteita ja sillä on seuraavat pääedut:

• Se voi toteuttaa täysin automaattisen ja ladalla tapahtuvan jänniteregulaation. Muuntin itsessään käyttää tähtikuvion kolmifasedista automuunninta, jolla on suuri kapasiteetti ja pieni tilavuus, ja sitä voidaan pystyttää kahden pylvään välille (S ≤ 2000 kVA).

• Jänniteregulaatiokelpoisuus on yleensä -10 % ~ +20 %, mikä täyttää jännitevaatimukset.

Teoreettisten laskelmien perusteella suositellaan SVR-5000/10-7 (0 ~ +20 %) mallisen SVR-ulkoilman automaattisen jänniteregulaattorin asentamista päävarrelle. Jänniteregulaattorin asentamisen jälkeen pylvään 141 maksimijännite voidaan säätää:

U₁₆₁=U×10/8=10,5 kV

Kaavassa:

• U₁₆₁ — Jänniteregulaattorin asentamisen jälkeen asennuspisteen jännite.

• 10/8 — Jänniteregulaattorin maksimi keilasuhteet, kun jänniteregulaatiokelpoisuus on 0 ~ +20 %.

Käytännön toiminnassa on osoitettu, että SVR-ulkoilman automaattisen jänniteregulaattorijärjestelmän ominaisuudet ja suorituskyky, jotka automaattisesti seuraavat syöttöjännitteen muutoksia varmistaakseen vakio tulostevoltin, ovat erittäin vakaita, ja se on tehokasta alijännitteen hallinnassa.

3.2.4 Hyötyanalyysi

SVR-jänniteregulaattorin käyttö linjalla säästää huomattavan määrän rahaa verrattuna uuden substaation rakentamiseen tai johtokonduktorin vaihtamiseen. Ei ainoastaan linjan jännite nousee vastaamaan liittyviä kansallisia säännöksiä, mikä tuottaa hyvät yhteiskunnalliset hyödyt; kun linjan kuorma pysyy samana, linjan jännitteen nostaminen vähentää linjan virtaa, joka vähentää linjahukkaa tietysti, saavuttaa tavoitteen hukkavähennyksestä ja energiansäästämisestä, ja parantaa yrityksen taloudellisia hyötyjä.

4 Johtopäätös

Alueilla, joilla kuormituksen kasvupotentiaali on rajallinen, erityisesti maaseudun sähköverkoissa, joissa on 10 kV pitkät linjat, riittämättömät sähkölaitokset, suuret säteilyaluet, korkeat linjahukat, ylikuormitettu kuormitus ja lähiradius 35 kV substaation sähkölaitoksessa ei ole saatavilla lyhyellä tai keskipitkällä aikavälillä, SVR-ulkoilman automaattinen jänniteregulaattori tarjoaa ratkaisun. Se ratkaisee alijännitteen laadun ja sähköenergian hukkaongelman ilman 35 kV substaation rakentamista tai sen viivästyttämistä.

Tämä lähestymistapa tuottaa merkittäviä yhteiskunnallisia ja taloudellisia hyötyjä. Lisäksi, kun investointikustannukset ovat noin kymmenesosa uuden 35 kV substaation rakentamisesta, SVR on erittäin arvokas edistää maaseudun sähköverkossa.