農村配電網におけるSVR（フィーダ自動電圧調整器）の応用

1 はじめに

国の経済が安定的に成長するにつれて、電力需要が増加しています。農村の電力網では、負荷の増加、電力供給の不均一な分布、主電力網の電圧調整能力の制限により、一部の10 kV長距離線（国定の半径基準を超える）が遠隔地や弱い電力網エリアで電圧品質が悪く、パワーファクターが低く、損失が高い問題に直面しています。コストと投資の制約により、大量の高電圧ノードや電力網の拡張は現実的ではありません。10 kVフィーダ自動電圧調整器は、長距離・低電圧問題に対する技術的な解決策を提供します。

2 電圧調整器の動作原理

SVR自動調整器には主回路（三相オートトランスフォーマー+オンロードタップチェンジャー、構造図1参照）と制御ユニットがあります。そのコアには並列コイル、直列コイル、および制御電圧コイルがあります：

• 直列コイル：複数のタップを持ち、入力/出力間にタップチェンジャーを介して接続され、出力電圧を調整します。

• 並列コイル：共通巻線で、エネルギー転送磁場を生成します。

• 制御電圧コイル：並列コイルに巻かれ、制御装置/モーターに電力を供給し、測定電圧を提供します。

動作ロジック：直列コイルのタップ位置（オンロードタップチェンジャーを使用）により、入力-出力の巻線比が変化し、出力電圧が調整されます。通常、オンロードスイッチは7または9段階（ユーザーが必要に応じて選択可能）があります。調整器の一次-二次巻線比はトランスフォーマーと一致します、つまり：

3 応用例

3.1 ライン状況

10 kV線は、主要幹線の長さが15.138 kmで、LGJ-70mm²とLGJ-50mm²の2種類の導体モデルを使用しています。配電トランスフォーマーの総容量は7260 kVAです。ピーク負荷期間中、線路の中間部と後部の配電トランスフォーマーの220V側の電圧は最低175Vまで低下します。

LGJ-70線の場合、キロメートルあたりの抵抗は0.458 Ω、キロメートルあたりのリアクタンスは0.363 Ωです。その後、変電所から主要幹線の97番ポールまでの線路抵抗とリアクタンスはそれぞれ：

R = 0.458 × 6.437 = 2.95 Ω

X = 0.363 × 6.437 = 2.34 Ω

線路の配電トランスフォーマー容量と負荷率に基づいて、変電所から主要幹線の97番ポールまでの電圧降下を計算すると：

• Δu — 線路電圧降下、単位：kV。

• R — 線路抵抗、単位：Ω。

• X — 線路リアクタンス、単位：Ω。

• r — 単位長さあたりの抵抗、単位：Ω。

• x — 単位長さあたりのリアクタンス、単位：Ω。

• P — 線路の有効電力、単位：kW。

• Q — 線路の無効電力、単位：kvar。

その後、主要幹線の97番ポールでの電圧は以下の通りです：10.4 - 0.77 = 9.63 kV、178番ポールでの電圧は：8.42 kV、線路の終端での電圧は：8.39 kVです。

3.2 解決策

電圧品質を確保するために、中低圧配電網における主な電圧調整方法と措置には以下の点が含まれます：

• 新しい35 kV変電所を建設して、10 kV線路の供給半径を短縮する。

• 導体断面積を交換して線路負荷率を減らす。

• 線路に無効電力補償装置を設置する。この方法は、長距離線路と大負荷の場合には調整効果が低い。

• SVRフィーダ自動電圧調整器を設置する。これは高度な自動化、優れた電圧調整効果、柔軟な使用が特徴です。以下、3つの方法を比較して10 kVブロック線路の終端電圧品質改善のための計画を検討します。

3.2.1 新しい35 kV変電所の建設計画

期待される効果分析：新しい変電所を建設することで、供給半径を短縮し、長い線路の終端電圧を向上させ、供給品質を高めることができます。この計画は電圧問題を十分に解決できますが、投資額は比較的大きくなります。

3.2.2 10 kV主要幹線の再構築計画

線路パラメータの変更は主に導体断面積の増加に焦点を当てます。利用者が分散している場合や導体断面積が小さい場合、電圧損失の抵抗成分が比較的大きい割合を占めます。したがって、導体抵抗を減らすことで一定の電圧調整効果が得られます。10 kV終端電圧は8.39 kVから9.5 kVに調整できます。

3.2.3 SVRフィーダ自動電圧調整器の設置計画

1セットの10 kV自動電圧調整器を設置して、161番ポール以降の線路終端での低電圧問題を解決します。

期待される効果分析：10 kV終端電圧は8.39 kVから10.3 kVに調整できます。

比較分析の結果、第三の解決策が最も経済的かつ実用的です。SVRフィーダ自動電圧調整完全セット装置は、三相オートトランスフォーマーの巻線比を調整することで出力電圧の安定性を達成し、以下の主な利点があります：

• 完全自動かつオンロード電圧調整を実現します。トランスフォーマー自体は星形接続の三相オートトランスフォーマーを採用しており、大容量で小型であり、2本のポール間に設置できます（S ≤ 2000 KVA）。

• 電圧調整範囲は一般的に-10% ~ +20%で、電圧要件を満たすことができます。

理論計算によれば、主要幹線上にSVR-5000/10-7 (0 ~ +20%)型のSVRフィーダ自動電圧調整器を設置することをお勧めします。電圧調整器を設置した後、141番ポールの最大電圧は以下のようになります：

U₁₆₁=U×10/8=10.5 kV

式中の記号：

• U₁₆₁ — 電圧調整器設置後の設置点の電圧。

• 10/8 — 電圧調整範囲が0 ~ +20%の電圧調整器の最大巻線比。

実際の運用により、SVRフィーダ自動電圧調整完全セット装置は、入力電圧の変化を自動的に追跡して出力電圧を一定に保つ機能と性能が非常に安定しており、低電圧管理に効果的であることが証明されています。

3.2.4 効果分析

線路上でSVR電圧調整器を使用することで、新しい変電所の建設や導体の交換に比べて大幅な費用削減が可能です。線路電圧を国家規則に適合させるだけでなく、社会的な利益も大きいです。線路負荷が変わらない場合、線路電圧を上げることで線路電流が減少し、線路損失を一定程度減らすことができ、損失削減と節電の目標を達成し、企業の経済的利益を向上させることができます。

4 結論

負荷増加の可能性が限られている地域、特に10 kV長距離線路を持つ農村電力網において、供給ポイントが不足し、供給半径が大きく、線路損失が高く、負荷が過重であり、近くに35 kV変電所の供給がない短期〜中期の場合は、SVRフィーダ自動電圧調整器が解決策を提供します。これにより、低電圧品質と高い電気エネルギー損失を解消することができます。

このアプローチは、大きな社会的および経済的利益をもたらします。また、新しい35 kV変電所の建設にかかる投資コストのおよそ1/10のコストで、SVRは農村電力網への適用に非常に推奨されます。