Primjene SVR (automatskih regulatora napona na odvojiocu) u ruralnim distribucijskim mrežama

1 Uvod

S stabilnim rastom nacionalne ekonomije, potražnja za električnom energijom se povećava. Za ruralne mreže, porast opterećenja, nejednaka distribucija snabdijevanja strujom i ograničena regulacija napona u glavnoj mreži ostavljaju neke linije od 10 kV (koje prelaze nacionalne standardne radijuse) u udaljenim/slabinim područjima mreže. Ove linije su suočene s lošom kvalitetom napona, niskim faktorom snage i velikim gubitcima. Zbog ograničenja u troškovima i investicijama, masovni visokonaponski čvorovi ili proširenje mreže nisu mogući. Automatski regulator napona na 10 kV niskotransformatorne linije pruža tehničko rješenje za probleme dalekog radijusa i niskog napona.

2 Načelo rada regulatora napona

Automatski regulator SVR ima glavnu vezu (trofazni autotransformator + promjenjiv postavljivač tapova, struktura prikazana na slici 1) i jedinicu upravljanja. Njegovo jezgro ima paralelni, serijalni i kontrolni navojnice:

• Serijalna navojnica: Više tapova, spojena između ulaza/izlaza putem promjenjivog postavljivača tapova, prilagođava izlazni napon.

• Paralelna navojnica: Zajednička navojnica, generira magnetska polja za prenos energije.

• Kontrolna navojnica napona: Navojeva se na paralelnoj navojnici, snabdeva kontroler/motor i pruža mjeriteljski napon.

Radni logika: Položaji tapova na serijalnoj navojnici (putem promjenjivog postavljivača tapova) mijenjaju omjere broja zavojnica na ulazu-izlazu, prilagođavajući izlazni napon. Promjenjivi postavljivači obično imaju 7 ili 9 stupnjeva (korisnik ih može birati prema potrebama). Omjer broja zavojnica primarnog-sekundarnog regulatora odgovara transformatorima, tj.:

3 Primjer primjene

3.1 Stanje linije

Linija od 10 kV ima duljinu glavnog stuba od 15,138 km, koristeći dva modela vodnika: LGJ-70mm² i LGJ-50mm². Ukupna kapacitet raspodelnih transformatora je 7260 kVA. Tijekom vrhunskih opterećenja, napon na strani od 220V raspodelnih transformatora u srednjem i zadnjem dijelu linije pada do 175V.

Za liniju LGJ-70, otpornost po kilometru je 0,458 Ω, a reaktancija po kilometru je 0,363 Ω. Tada su otpornost i reaktancija linije od podstacijske stanice do stuba 97# glavnog stuba redom:

R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω

X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

Prema kapacitetu raspodelnih transformatora i stopi opterećenja linije, pad napona od podstacijske stanice do stuba 97# glavnog stuba može se izračunati kao:

• Δu — Pad napona na liniji, jedinica: kV.

• R — Otpornost linije, jedinica: Ω.

• X — Reaktancija linije, jedinica: Ω.

• r — Otpornost po jedinici duljine, jedinica: Ω.

• x — Reaktancija po jedinici duljine, jedinica: Ω.

• P — Aktivna snaga linije, jedinica: kW.

• Q — Reaktivna snaga linije, jedinica: kvar.

Tada je napon na stubu 97# glavnog stuba samo: 10,4 - 0,77 = 9,63 kV na stubu 178 može se izračunati kao: 8,42 kV. Napon na kraju linije je: 8,39 kV.

3.2 Rješenja

Da bi se osigurala kvaliteta napona, glavne metode i mjere regulacije napona u srednje- i niskonaponskim distribucijskim mrežama uključuju sljedeće aspekte:

• Izgradnja nove 35 kV podstacijske stanice kako bi se skratio radijus snabdijevanja strujom linija od 10 kV.

• Promjena presjeka vodnika kako bi se smanjila stopa opterećenja linije.

• Instalacija kompenzacije reaktivne snage za liniju. Ova metoda ima loš efekt regulacije za situacije s dugačkim linijama i velikim opterećenjima.

• Instalacija automatskog regulatora napona niskotransformatorne linije SVR. Ima visoku razinu automatizacije, dobar efekt regulacije napona i fleksibilnu upotrebu. U nastavku, tri metode koriste se za usporedbu shema poboljšanja kvalitete napona na kraju blok-linije od 10 kV.

3.2.1 Shema izgradnje nove 35 kV podstacijske stanice

Analiza očekivanog učinka: Izgradnja nove podstacijske stanice može skratiti radijus snabdijevanja strujom, poboljšati terminalni napon dužih linija i unaprijediti kvalitetu snabdijevanja strujom. Ova shema može dobro riješiti problem napona, ali je ulaganje relativno veliko.

3.2.2 Shema rekonstrukcije glavnog stuba linije od 10 kV

Promjena parametara linije uglavnom uključuje povećanje presjeka vodnika. Za linije s relativno raspršenim korisnicima i malim presjekom vodnika, otporna komponenta u padu napona zauzima relativno veliku proporciju. Stoga, smanjenjem otpora vodnika može se postići određeni učinak regulacije napona. Terminalni napon od 10 kV može se prilagoditi s 8,39 kV na 9,5 kV.

3.2.3 Shema instalacije automatskog regulatora napona niskotransformatorne linije SVR

Instalirajte 1 set automatskih regulatora napona od 10 kV kako biste riješili problem niskog napona na kraju linije iza stuba 161.

Analiza očekivanog učinka: Terminalni napon od 10 kV može se prilagoditi s 8,39 kV na 10,3 kV.

Nakon usporedne analize, treće rješenje je najekonomičnije i praktično. Cijelokupan uređaj automatske regulacije napona niskotransformatorne linije SVR postiže stabilnost izlaznog napona prilagođavanjem omjera broja zavojnica trofaznog autotransformatora i ima sljedeće glavne prednosti:

• Može ostvariti potpuno automatiziranu i pod opterećenjem regulaciju napona. Sam transformator koristi zvjezdno povezan trofazni autotransformator, koji ima veliku kapacitet i mali volumen i može se postaviti između dvaju stubova (S ≤ 2000 KVA).

• Raspon regulacije napona je obično -10% ~ +20%, što može ispuniti zahtjeve za naponom.

Prema teorijskim izračunima, preporučuje se instalirati automatski regulator napona niskotransformatorne linije SVR s modelom SVR-5000/10-7 (0 ~ +20%) na glavnom stubu. Nakon instalacije regulatora, maksimalni napon na stubu 141 može se prilagoditi na:

U₁₆₁=U×10/8=10,5 kV

U formuli:

• U₁₆₁ — Napon na točki instalacije nakon instalacije regulatora.

• 10/8 — Maksimalni omjer broja zavojnica regulatora s rasponom regulacije napona od 0 ~ +20%.

Stvarna operacija je dokazala da funkcionalnost i performanse cijelog uređaja automatske regulacije napona niskotransformatorne linije SVR, koji automatski pratite promjene ulaznog napona kako biste osigurali konstantan izlazni napon, su vrlo stabilne i učinkovite u upravljanju niskim naponom.

3.2.4 Analiza koristi

Korištenje regulatora napona SVR na liniji štedi velike iznose novca u usporedbi s izgradnjom nove podstacijske stanice ili zamjenom vodnika. Ne samo da se napon na liniji poveća kako bi ispunio relevantne nacionalne propise, rezultirajući dobrom društvenom koristima; kada se opterećenje linije ne mijenja, povećanjem napona na liniji smanjuje se struja na liniji, do određene mjere smanjujući gubitke na liniji, ostvarujući cilj smanjenja gubitaka i uštede energije, i poboljšavajući ekonomske koristi poduzeća.

4 Zaključak

Za područja s ograničenim potencijalom rasta opterećenja, posebno ruralne mreže s dugim linijama od 10 kV—gdje su točke snabdijevanja strujom nedovoljne, radijusi snabdijevanja strujom su veliki, gubitci na liniji su visoki, opterećenja su pretjerana, i nema blizu 35 kV podstacijske stanice za snabdijevanje strujom u kratkom do srednjem roku—automatski regulator napona niskotransformatorne linije SVR pruža rješenje. On rješava probleme niske kvalitete napona i visokih gubitaka električne energije bez potrebe za izgradnjom ili odgađanjem izgradnje 35 kV podstacijskih stanica.

Ovaj pristup donosi značajne društvene i ekonomske koristi. Dodatno, s troškovima ulaganja otprilike deset puta manjim od izgradnje nove 35 kV podstacijske stanice, SVR je izuzetno vrijedan za promociju u primjeni u ruralnim mrežama.