SVR (áramelosztó automatikus feszültségállítók) alkalmazása a vidéki elosztó hálózatokban

1 Bevezetés

A nemzeti gazdaság egyenletes növekedésével a villamosenergia-igény is emelkedik. A vidéki hálózatok esetében a terhelés növekedése, az áramellátás egyenlőtlen eloszlása és a főhálózati feszültség szabályozásának korlátozottsága miatt néhány 10 kV-es hosszú vezeték (ami meghaladja az országos sugárzási normákat) távoli/gyenge hálózati területeken található. Ezek a vezetékek alacsony minőségű feszültséggel, alacsony teljesítmény-faktorral és magas veszteségekkel küzdenek. A költségek és a befektetések korlátozottsága miatt a nagy feszültségű csomópontok tömeges létrehozása vagy a hálózat kiterjesztése nem megoldható. Az 10 kV adagoló automatikus feszültség-szabályzó technikai megoldást nyújt a hosszú sugárzású, alacsony feszültségű problémákra.

2 A feszültség-szabályzó működési elve

Az SVR automatikus szabályzónak van egy fő áramkör (háromfázisú automata transzformátor + terhelés alatti csapda-váltó, szerkezet lásd 1. ábrán) és egy irányító egység. A magjában soros, párhuzamos és irányító feszültség ciklusok vannak:

• Soros ciklus: Sokszorosan kapcsolódó, a bemenet/kimenet között a csapda-váltó segítségével csatlakoztatva, beállítja a kimeneti feszültséget.

• Párhuzamos ciklus: Gyakori tevékenység, energiaátviteli mágneses mezőket generál.

• Irányító feszültség ciklus: A párhuzamos cikluson keresztül, az irányító/motor támogatására szolgál, és mérési feszültséget biztosít.

Működési logika: A soros ciklus csapdapozíciói (a terhelés alatti csapda-váltó segítségével) módosítják a bemeneti-kimeneti tejesarányokat, így beállítják a kimeneti feszültséget. A terhelés alatti kapcsolók általában 7 vagy 9 fogaskereket használnak (felhasználói igény szerint választható). A szabályzó elsődleges-másodlagos tejesaránya a transzformátoroknak megfelel, azaz:

3 Alkalmazási példa

3.1 Vezeték állapota

Egy 10 kV-os vezeték fő ágának hossza 15,138 km, két vezetékmodellt használ: LGJ-70 mm² és LGJ-50 mm². A szétosztó transzformátorok teljes kapacitása 7260 kVA. A csúcsterhelés időszakában a vezeték középső és hátsó részén a szétosztó transzformátorok 220V oldalán a feszültség akár 175V-ra is eshet.

Az LGJ-70 vezeték esetében a kilométerenkénti ellenállás 0,458 Ω, a reaktancia pedig 0,363 Ω. Ekkor a vezeték ellenállása és reaktanciája a telephelytől a 97# oszlopig a fő ágon a következőképpen alakul:

R = 0.458 × 6.437 = 2.95Ω

X = 0.363 × 6.437 = 2.34Ω

A vezeték szétosztó transzformátor kapacitásának és terhelési arányának alapján a feszültségveszteség a telephelytől a 97# oszlopig a fő ágon a következőképpen számítható:

• Δu — Vezeték feszültségvesztesége, mértékegység: kV.

• R — Vezeték ellenállása, mértékegység: Ω.

• X — Vezeték reaktancia, mértékegység: Ω.

• r — Kilométerenkénti ellenállás, mértékegység: Ω.

• x — Kilométerenkénti reaktancia, mértékegység: Ω.

• P — Vezeték aktív teljesítménye, mértékegység: kW.

• Q — Vezeték reaktív teljesítménye, mértékegység: kvar.

Ekkor a fő ág 97# oszlopán a feszültség csak: 10.4 - 0.77 = 9.63 kV, a 178# oszlopon pedig: 8.42 kV. A vezeték végének feszültsége: 8.39 kV.

3.2 Megoldások

A feszültség minőségének biztosítása érdekében a köz- és alacsony feszültségű szétosztó hálózatok fő feszültség-szabályozási módjai és intézkedései a következők:

• Új 35 kV-os telephely építése, hogy rövidítsük a 10 kV-os vezetékek ellátási sugarát.

• A vezeték kereteinek cseréje, hogy csökkentsük a vezeték terhelési arányát.

• Reaktív teljesítmény kompenzálása a vezetéknél. Ez a módszer kevésbé hatékony a hosszú vezetékek és nagy terhelések esetén.

• SVR adagoló automatikus feszültség-szabályzó telepítése. Ez magas mértékű automatizációt, jó feszültség-szabályozási hatást és rugalmasságot biztosít. A következőkben három módszerrel összehasonlítjuk a megoldásokat a 10 kV blokkvezeték végének feszültségminőségének javítása érdekében.

3.2.1 Új 35 kV-os telephely építésének tervje

Elvárható hatás elemzése: Az új telephely építése rövidítheti az ellátási sugarat, javíthatja a hosszabb vezetékek végső feszültségét, és növelheti az ellátás minőségét. Ez a terv jól megoldhatja a feszültségproblémát, de a befektetés viszonylag nagy.

3.2.2 A 10 kV fő ágú vezeték újratervezése

A vezeték paramétereinek módosítása főleg a vezeték kereteinek növelését jelenti. A relatíve szétszórt felhasználókkal és kis vezeték keretekkel rendelkező vezetékek esetében a feszültségveszteség ellenállási komponense viszonylag nagy arányban járul hozzá. Tehát a vezeték ellenállásának csökkentése bizonyos feszültség-szabályozási hatást eredményez. A 10 kV végső feszültséget 8,39 kV-ről 9,5 kV-ra lehet beállítani.

3.2.3 SVR adagoló automatikus feszültség-szabályzó telepítésének tervje

Telepítse 1 db 10 kV automatikus feszültség-szabályzót a 161# oszlopot követő vezeték végének alacsony feszültségének megoldására.

Elvárható hatás elemzése: A 10 kV végső feszültséget 8,39 kV-ről 10,3 kV-ra lehet beállítani.

Összehasonlító elemzés után a harmadik megoldás a leggazdaságosabb és legpraktikusabb. Az SVR adagoló automatikus feszültség-szabályzó teljes készüléke a háromfázisú automata transzformátor tejesarányának beállításával stabilizálja a kimeneti feszültséget, és a következő fő előnyökkel rendelkezik:

• Teljesen automatikus és terhelés alatti feszültség-szabályozást valósít meg. A transzformátor maga egy csillagszerűen kapcsolt háromfázisú automata transzformátor, amely nagy kapacitású, kis térfogatú, és két oszlop között állítható fel (S ≤ 2000 KVA).

• A feszültség-szabályozási tartomány általában -10% ~ +20%, ami kielégíti a feszültség követelményeit.

A elméleti számítások alapján ajánlott az SVR-5000/10-7 (0 ~ +20%) modellű SVR adagoló automatikus feszültség-szabályzó telepítése a fő ágon. A feszültség-szabályzó telepítése után a 141# oszlop maximális feszültsége a következőképpen állítható be:

U₁₆₁=U×10/8=10.5 kV

A képletben:

• U₁₆₁ — A feszültség-szabályzó telepítési pontjának feszültsége a telepítés után.

• 10/8 — A 0 ~ +20% feszültség-szabályozási tartományú feszültség-szabályzó maximális tejesaránya.

A gyakorlatban bizonyított, hogy az SVR adagoló automatikus feszültség-szabályzó teljes készülékének funkciói és teljesítménye, amely automatikusan követi a bemeneti feszültség változásait, hogy konstans kimeneti feszültséget biztosítson, nagyon stabil, és hatékony a feszültség-szabályozásban.

3.2.4 Haszon elemzés

Az SVR feszültség-szabályzó használata a vezetéken jelentősen kevesebb pénzt költségbe ejti, mint egy új telephely építése vagy a vezeték kereteinek cseréje. Nem csak a vezeték feszültségét növeli, hogy megfeleljen a vonatkozó országos előírásoknak, ami jó társadalmi hatást eredményez; ha a vezeték terhelése nem változik, a vezeték feszültségének növelése csökkenti a vezeték áramát, és ezáltal a vezeték veszteségeit is, ezzel a veszteség-csökkentési és energiatakarékos célkitűzést elérve, valamint a vállalat gazdasági hatékonyságát javítva.

4 Következtetés

A korlátozott terhelési növekedési potenciállal rendelkező területek, különösen a vidéki hálózatok esetében, ahol 10 kV hosszú vezetékek találhatók, és ahol az ellátási pontok hiányosak, az ellátási sugarak nagyok, a vezetékveszteségek magasak, a terhelések túlterheltek, és a közeli 35 kV-os telephelyek nem állnak rendelkezésre a középtávon, az SVR adagoló automatikus feszültség-szabályzó megoldást nyújt. Ez a megoldás a feszültségminőség javítására, valamint a magas elektromos energiaveszteségek csökkentésére alkalmas, anélkül, hogy új 35 kV-os telephelyek építése lenne szükséges vagy halasztaná.

Ez a megközelítés jelentős társadalmi és gazdasági előnyöket nyújt. Továbbá, a befektetési költségek az új 35 kV-os telephely építésének költségeinek kb. tized részére tehetők, így az SVR nagyon érdemes a vidéki hálózatokban való alkalmazásra.