Aplicacións de SVR (Reguladores Automáticos de Voltagen en Linhas de Alimentación) nas Redes de Distribución Rural

1 Introdución

Con o crecemento estable da economía nacional, a demanda de electricidade aumenta. Para as redes rurais, as cargas en aumento, a distribución desigual do suministro de enerxía e a limitada regulación de voltaxe da rede principal deixan algúns liñeiros de 10 kV (que superan os estándares nacionais de raio) en áreas remotas ou con rede débil. Estes liñeiros enfrentan unha mala calidade de voltaxe, baixo factor de potencia e altas perdas. Debido ás restricións de custo e investimento, non é factible a creación em masa de nodos de alta tensión ou a expansión da rede. O regulador automático de voltaxe de alimentación de 10 kV ofrece unha solución técnica para problemas de baixa voltaxe en liñas de gran raio.

2 Principio de funcionamento do regulador de voltaxe

O regulador automático SVR ten un circuito principal (autotransformador trifásico + mudador de derivación sobrecarga, estrutura na Figura 1) e unha unidade de control. O seu núcleo ten bobinas de derivación, serie e control de voltaxe:

• Bobina de serie: Multi-tap, conectada entre entrada/saída a través do mudador de derivación, axusta a voltaxe de saída.

• Bobina de derivación: Envolvente común, xera campos magnéticos de transferencia de enerxía.

• Bobina de control de voltaxe: Enrolada na bobina de derivación, alimenta o controlador/motor e proporciona voltaxe de medida.

Lóxica de funcionamento: As posicións de derivación na bobina de serie (a través do mudador de derivación sobrecarga) alteran as relacións de espiras de entrada-saída, axustando a voltaxe de saída. Os interruptores sobrecarga xeralmente teñen 7 ou 9 velocidades (seleccionables polo usuario segundo as necesidades). A relación de espiras primaria-secundaria do regulador coincide coas transformadoras, isto é:

3 Exemplo de aplicación

3.1 Estado da liña

Unha liña de 10 kV ten unha lonxitude do tronco principal de 15,138 km, utilizando dous modelos de condutor: LGJ-70mm² e LGJ-50mm². A capacidade total dos transformadores de distribución é de 7260 kVA. Durante os períodos de carga pico, a voltaxe no lado de 220V dos transformadores de distribución nas seccións media e traseira da liña desciende ata 175V.

Para a liña LGJ-70, a resistencia por quilómetro é de 0,458 Ω e a reactividade por quilómetro é de 0,363 Ω. Entón, a resistencia e reactividade da liña desde a subestación ata o poste 97# do tronco principal son respectivamente:

R = 0.458 × 6.437 = 2.95Ω

X = 0.363 × 6.437 = 2.34Ω

Segundo a capacidade dos transformadores de distribución e a taxa de carga da liña, a perda de voltaxe desde a subestación ata o poste 97# do tronco principal pode calcularse como:

• Δu — Perda de voltaxe da liña, unidade: kV.

• R — Resistencia da liña, unidade: Ω.

• X — Reactancia da liña, unidade: Ω.

• r — Resistencia por unidade de lonxitude, unidade: Ω.

• x — Reactancia por unidade de lonxitude, unidade: Ω.

• P — Potencia activa da liña, unidade: kW.

• Q — Potencia reactiva da liña, unidade: kvar.

Entón, a voltaxe no poste 97# do tronco principal é só: 10.4 - 0.77 = 9.63 kV no poste 178 pode calcularse como: 8.42 kV. A voltaxe no final da liña é: 8.39 kV.

3.2 Solucións

Para asegurar a calidade da voltaxe, os principais métodos e medidas de regulación de voltaxe nas redes de distribución de media e baixa tensión inclúen os seguintes aspectos:

• Construír unha nova subestación de 35 kV para acortar o raio de suministro das liñas de 10 kV.

• Substituír a sección transversal do condutor para reducir a taxa de carga da liña.

• Instalar compensación de potencia reactiva para a liña. Este método ten un efecto de regulación pobre para situaciones con liñas longas e cargas grandes.

• Instalar un regulador automático de voltaxe de alimentación SVR. Ten un alto grao de automatización, bom efecto de regulación de voltaxe e uso flexible. Abaixo, tres métodos son usados para comparar esquemas para mellorar a calidade da voltaxe no final da liña de bloque de 10 kV.

3.2.1 Esquema de construción dunha nova subestación de 35 kV

Análise de efecto esperado: Construír unha nova subestación pode acortar o raio de suministro, mellorar a voltaxe terminal de liñas máis longas e mellorar a calidade do suministro de enerxía. Este esquema pode resolver ben o problema de voltaxe, pero a inversión é relativamente grande.

3.2.2 Esquema de reconstrución da liña troncal de 10 kV

Cambiar os parámetros da liña principalmente implica aumentar a sección transversal do condutor. Para liñas con usuarios dispersos e pequena sección transversal do condutor, a compoñente de resistencia na perda de voltaxe representa unha proporción relativamente grande. Polo tanto, reducir a resistencia do condutor pode lograr un certo efecto de regulación de voltaxe. A voltaxe terminal de 10 kV pode ser axustada de 8.39 kV a 9.5 kV.

3.2.3 Esquema de instalación dun regulador automático de voltaxe de alimentación SVR

Instalar 1 conxunto de reguladores automáticos de voltaxe de 10 kV para resolver o problema de baixa voltaxe no terminal da liña despois do poste 161.

Análise de efecto esperado: A voltaxe terminal de 10 kV pode ser axustada de 8.39 kV a 10.3 kV.

Despois de unha análise comparativa, a terceira solución é a máis económica e práctica. O dispositivo completo de regulación automática de voltaxe de alimentación SVR logra a estabilidade da voltaxe de saída axustando a relación de espiras do autotransformador trifásico e ten as seguintes vantaxes principais:

• Pode realizar unha regulación de voltaxe totalmente automática e sobrecarga. O propio transformador adopta un autotransformador trifásico en conexión estrela, que ten unha gran capacidade e un volume pequeno e pode ser erixido entre dous postes (S ≤ 2000 KVA).

• O rango de regulación de voltaxe é xeralmente -10% ~ +20%, que pode satisfacer os requisitos de voltaxe.

Segundo cálculos teóricos, recoméndase instalar un regulador automático de voltaxe de alimentación SVR co modelo SVR-5000/10-7 (0 ~ +20%) na liña troncal principal. Despois de instalar o regulador de voltaxe, a máxima voltaxe no poste 141 pode ser axustada a:

U₁₆₁=U×10/8=10.5 kV

Na fórmula:

• U₁₆₁ — A voltaxe no punto de instalación despois de instalar o regulador de voltaxe.

• 10/8 — A máxima relación de espiras do regulador de voltaxe con un rango de regulación de 0 ~ +20%.

A operación real demostrou que a función e rendemento do dispositivo completo de regulación automática de voltaxe de alimentación SVR, que segue automaticamente os cambios na voltaxe de entrada para asegurar unha voltaxe de saída constante, son moi estables e son eficaces no goberno de baixa voltaxe.

3.2.4 Análise de beneficios

Usar o regulador de voltaxe SVR na liña aforra unha gran cantidade de fondos comparado con construír unha nova subestación ou substituír conductores. Non só a voltaxe da liña aumenta para cumprir as disposicións nacionais relevantes, resultando en bons beneficios sociais; cando a carga da liña permanece inalterada, aumentar a voltaxe da liña reduce a corrente da liña, a un certo nivel, reducindo as perdas da liña, logrando o obxectivo de redución de perdas e aforro de enerxía, e mellorando os beneficios económicos da empresa.

4 Conclusión

Para áreas con potencial de crecemento de carga limitado, especialmente redes eléctricas rurais con liñas de 10 kV longas—onde os puntos de suministro son insuficientes, os radios de suministro son grandes, as perdas da liña son altas, as cargas están sobrecargadas e non hai suministro de enerxía de subestación de 35 kV preto a medio prazo—o regulador automático de voltaxe de alimentación SVR ofrece unha solución. Resolve a baixa calidade da voltaxe e as altas perdas de enerxía eléctrica sen a necesidade de construír ou adiar a construción de subestacións de 35 kV.

Esta abordaxe proporciona beneficios sociais e económicos significativos. Ademais, cun custo de investimento aproximadamente un décimo do de construír unha nova subestación de 35 kV, o SVR é altamente merecedor de promoción nas aplicacións de redes eléctricas rurais.