Zastosowania SVR (Automatycznych Regulatorów Napięcia w Magistralach) w Sieciach Dystrybucyjnych na Obszarach Wiejskich

1 Wprowadzenie

Wraz z stabilnym rozwojem gospodarki narodowej, popyt na prąd rośnie. Dla sieci wiejskich, wzrost obciążeń, nierównomierne dystrybucja zasilania oraz ograniczone możliwości regulacji napięcia w głównej sieci powodują, że niektóre linie 10 kV (przekraczające narodowe standardy promieni) w odległych/słabo obsługiwanych obszarach sieci mają problemy z jakością napięcia, niskim współczynnikiem mocy i wysokimi stratami. Ze względu na ograniczenia kosztów i inwestycji, masowe węzły wysokiego napięcia lub rozszerzenie sieci nie są wykonalne. Automatyczny regulator napięcia 10 kV oferuje techniczne rozwiązanie dla problemów z długimi promieniami i niskim napięciem.

2 Zasada działania regulatora napięcia

Automatyczny regulator SVR ma główny obwód (trójfazowy autotransformator + przełącznik odbioru pod obciążeniem, struktura na Rysunku 1) i jednostkę sterującą. Jego rdzeń ma cewki szeregowe, równoległe i sterujące:

• Cewka szeregowana: wielostopniowa, połączona między wejściem/wyjściem poprzez przełącznik odbioru, dostosowuje napięcie wyjściowe.

• Cewka równoległa: wspólna zwinięta, generuje pola magnetyczne przesyłające energię.

• Cewka sterująca: zwinięta na cewce równoległej, zasila kontroler/silnik i zapewnia napięcie pomiarowe.

Logika działania: pozycje przełącznika na cewce szeregowanej (poprzez przełącznik odbioru pod obciążeniem) zmieniają stosunek liczby okręceń wejścia-wyjścia, dostosowując napięcie wyjściowe. Przełączniki odbioru pod obciążeniem zwykle mają 7 lub 9 stopni (do wyboru przez użytkownika w zależności od potrzeb). Stosunek liczby okręceń pierwotnych i wtórnych regulatora odpowiada transformatorom, tj.:

3 Przykład zastosowania

3.1 Stan linii

Linia 10 kV ma długość głównego trzonu 15,138 km, używając dwóch modeli przewodników: LGJ-70mm² i LGJ-50mm². Całkowita moc transformatorów dystrybucyjnych wynosi 7260 kVA. W okresach szczytowych obciążenia, napięcie na stronie 220V transformatorów dystrybucyjnych w środkowej i końcowej części linii spada do 175V.

Dla linii LGJ-70, opór na kilometr wynosi 0,458 Ω, a reaktancja na kilometr wynosi 0,363 Ω. Wtedy, opór i reaktancja linii od stacji do słupa 97# głównego trzonu wynoszą odpowiednio:

R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω

X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

Na podstawie mocy transformatorów dystrybucyjnych i współczynnika obciążenia linii, można obliczyć spadek napięcia od stacji do słupa 97# głównego trzonu jako:

• Δu — Spadek napięcia linii, jednostka: kV.

• R — Opór linii, jednostka: Ω.

• X — Reaktancja linii, jednostka: Ω.

• r — Opór na jednostkę długości, jednostka: Ω.

• x — Reaktancja na jednostkę długości, jednostka: Ω.

• P — Moc czynna linii, jednostka: kW.

• Q — Moc bierna linii, jednostka: kvar.

Wtedy, napięcie na słupie 97# głównego trzonu wynosi tylko: 10,4 - 0,77 = 9,63 kV na słupie 178 można obliczyć jako: 8,42 kV. Napięcie na końcu linii wynosi: 8,39 kV.

3.2 Rozwiązania

Aby zapewnić jakość napięcia, główne metody i środki regulacji napięcia w sieciach dystrybucyjnych średniego i niskiego napięcia obejmują następujące aspekty:

• Budowa nowej stacji 35 kV, aby skrócić promień zasilania linii 10 kV.

• Zmiana przekroju przewodnika, aby zmniejszyć współczynnik obciążenia linii.

• Instalacja kompensacji mocy biernej dla linii. Ta metoda ma słabą efektywność regulacji dla sytuacji z długimi liniami i dużymi obciążeniami.

• Instalacja automatycznego regulatora napięcia SVR. Ma wysoki stopień automatyzacji, dobrą efektywność regulacji napięcia i elastyczne zastosowanie. Poniżej, trzy metody są używane do porównania schematów poprawy jakości napięcia na końcu linii blokowej 10 kV.

3.2.1 Schemat budowy nowej stacji 35 kV

Analiza oczekiwanych efektów: Budowa nowej stacji może skrócić promień zasilania, poprawić napięcie terminalowe dłuższych linii i zwiększyć jakość zasilania. Ten schemat może dobrze rozwiązać problem napięcia, ale inwestycja jest stosunkowo duża.

3.2.2 Schemat przebudowy głównej linii 10 kV

Zmiana parametrów linii polega głównie na zwiększeniu przekroju przewodnika. Dla linii z relatywnie rozproszonymi użytkownikami i małym przekrojem przewodnika, składnik oporu w spadku napięcia stanowi stosunkowo dużą część. Zatem, zmniejszenie oporu przewodnika może osiągnąć pewien efekt regulacji napięcia. Napięcie terminalne 10 kV można dostosować z 8,39 kV do 9,5 kV.

3.2.3 Schemat instalacji automatycznego regulatora napięcia SVR

Zainstaluj 1 zestaw automatycznych regulatorów napięcia 10 kV, aby rozwiązać problem niskiego napięcia na końcu linii po słupie 161.

Analiza oczekiwanych efektów: Napięcie terminalne 10 kV można dostosować z 8,39 kV do 10,3 kV.

Po porównaniu analiz, trzecie rozwiązanie jest najbardziej ekonomiczne i praktyczne. Kompleksowe urządzenie regulacji napięcia automatycznego SVR osiąga stabilność napięcia wyjściowego poprzez dostosowanie stosunku liczby okręceń trójfazowego autotransformatora i ma następujące główne zalety:

• Może realizować całkowicie automatyczną i pod obciążeniem regulację napięcia. Sam transformator używa trójfazowego autotransformatora połączonego w gwiazdę, który ma dużą pojemność i mały objętość, może być ustawiony między dwoma słupami (S ≤ 2000 KVA).

• Zakres regulacji napięcia to zwykle -10% ~ +20%, co może spełnić wymagania dotyczące napięcia.

Na podstawie teoretycznych obliczeń, zaleca się zainstalowanie automatycznego regulatora napięcia SVR z modelem SVR-5000/10-7 (0 ~ +20%) na głównej linii. Po zainstalowaniu regulatora, maksymalne napięcie na słupie 141 można dostosować do:

U₁₆₁=U×10/8=10,5 kV

W formule:

• U₁₆₁ — Napięcie w punkcie montażu po zainstalowaniu regulatora napięcia.

• 10/8 — Maksymalny stosunek liczby okręceń regulatora napięcia z zakresem regulacji 0 ~ +20%.

Faktyczne działanie udowodniło, że funkcje i wydajność kompleksowego urządzenia regulacji napięcia automatycznego SVR, które automatycznie śledzi zmiany napięcia wejściowego, aby zapewnić stałe napięcie wyjściowe, są bardzo stabilne i skuteczne w zarządzaniu niskim napięciem.

3.2.4 Analiza korzyści

Użycie regulatora napięcia SVR na linii oszczędza znaczną ilość środków w porównaniu do budowy nowej stacji lub zamiany przewodników. Nie tylko napięcie linii jest zwiększane, aby spełnić odpowiednie przepisy narodowe, co przynosi dobre efekty społeczne; gdy obciążenie linii pozostaje niezmienne, zwiększenie napięcia linii zmniejsza prąd linii, co w pewnym stopniu zmniejsza straty linii, osiągając cel redukcji strat i oszczędzania energii, a także poprawiając efekty ekonomiczne przedsiębiorstwa.

4 Podsumowanie

Dla obszarów o ograniczonym potencjale wzrostu obciążeń, zwłaszcza sieci elektryczne wiejskie charakteryzujące się długimi liniami 10 kV — gdzie punkty zasilania są niewystarczające, promienie zasilania są duże, straty linii są wysokie, obciążenia są nadmierne, a w krótko- i średnioterminie nie ma możliwości zasilania ze stacji 35 kV — automatyczny regulator napięcia SVR oferuje rozwiązanie. Rozwiązuje on problem niskiej jakości napięcia i wysokich strat energii elektrycznej bez konieczności budowy lub opóźnienia budowy stacji 35 kV.

Ten podejście przynosi istotne korzyści społeczne i ekonomiczne. Ponadto, z kosztem inwestycyjnym wynoszącym około jednej dziesiątej kosztu budowy nowej stacji 35 kV, SVR jest bardzo wart promowania w zastosowaniach sieci wiejskich.