Применение СВР (автоматических регуляторов напряжения на подстанциях) в сельских распределительных сетях

1 Введение

С устойчивым ростом национальной экономики спрос на электроэнергию увеличивается. Для сельских сетей растущие нагрузки, неравномерное распределение энергоснабжения и ограниченные возможности регулирования напряжения основной сети приводят к тому, что некоторые 10-киловольтные линии (превышающие национальные стандарты радиуса) в отдаленных/слабых сетевых зонах сталкиваются с плохим качеством напряжения, низким коэффициентом мощности и высокими потерями. Из-за ограничений по стоимости и инвестициям массовое создание узлов высокого напряжения или расширение сетей не является возможным. Автоматический регулятор напряжения для 10-киловольтных питающих линий предлагает техническое решение для проблем, связанных с большим радиусом и низким напряжением.

2 Принцип работы регулятора напряжения

Автоматический регулятор SVR имеет основную цепь (трехфазный автотрансформатор + переключатель под нагрузкой, структура показана на рисунке 1) и блок управления. Его ядро состоит из последовательных, параллельных и управляющих обмоток напряжения:

• Последовательная обмотка: многопозиционная, соединенная между входом и выходом через переключатель, регулирует выходное напряжение.

• Параллельная обмотка: общая обмотка, генерирующая магнитные поля для передачи энергии.

• Управляющая обмотка напряжения: намотанная на параллельной обмотке, питает контроллер/мотор и обеспечивает измерительное напряжение.

Логика работы: позиции переключателя на последовательной обмотке (через переключатель под нагрузкой) изменяют соотношение числа витков на входе и выходе, регулируя выходное напряжение. Переключатели под нагрузкой обычно имеют 7 или 9 ступеней (выбор пользователя в зависимости от потребностей). Соотношение числа витков первичной и вторичной обмоток регулятора соответствует трансформаторам, то есть:

3 Пример применения

3.1 Состояние линии

10-киловольтная линия имеет длину основного ствола 15,138 км, используя два типа проводников: LGJ-70 мм² и LGJ-50 мм². Общая мощность распределительных трансформаторов составляет 7260 кВА. В периоды пиковой нагрузки напряжение на стороне 220 В распределительных трансформаторов в средней и задней частях линии снижается до 175 В.

Для линии LGJ-70 сопротивление на километр составляет 0,458 Ом, а реактивное сопротивление на километр составляет 0,363 Ом. Тогда сопротивление и реактивное сопротивление линии от подстанции до опоры 97# основного ствола составляют соответственно:

R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω

X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

На основе мощности распределительных трансформаторов и коэффициента загрузки линии можно рассчитать падение напряжения от подстанции до опоры 97# основного ствола:

• Δu — Падение напряжения на линии, единицы: кВ.

• R — Сопротивление линии, единицы: Ом.

• X — Реактивное сопротивление линии, единицы: Ом.

• r — Сопротивление на единицу длины, единицы: Ом.

• x — Реактивное сопротивление на единицу длины, единицы: Ом.

• P — Активная мощность линии, единицы: кВт.

• Q — Реактивная мощность линии, единицы: кВар.

Тогда напряжение на опоре 97# основного ствола составляет только: 10,4 - 0,77 = 9,63 кВ. Напряжение на опоре 178 можно рассчитать как: 8,42 кВ. Напряжение на конце линии составляет: 8,39 кВ.

3.2 Решения

Для обеспечения качества напряжения основные методы и меры регулирования напряжения в средних и низких распределительных сетях включают следующие аспекты:

• Строительство новой подстанции 35 кВ для сокращения радиуса питания 10-киловольтных линий.

• Замена сечения проводника для уменьшения коэффициента загрузки линии.

• Установка компенсации реактивной мощности для линии. Этот метод имеет слабый эффект регулирования для случаев с длинными линиями и большими нагрузками.

• Установка автоматического регулятора напряжения SVR. Он обладает высокой степенью автоматизации, хорошим эффектом регулирования напряжения и гибкостью использования. Ниже приведены три метода сравнения схем для улучшения качества напряжения на конце 10-киловольтной линии.

3.2.1 Схема строительства новой подстанции 35 кВ

Анализ ожидаемого эффекта: строительство новой подстанции может сократить радиус питания, улучшить конечное напряжение более длинных линий и повысить качество электроснабжения. Эта схема хорошо решает проблему напряжения, но требует значительных инвестиций.

3.2.2 Схема реконструкции основного ствола 10-киловольтной линии

Изменение параметров линии в основном заключается в увеличении сечения проводника. Для линий с относительно разбросанными пользователями и малым сечением проводника компонент сопротивления в потере напряжения занимает относительно большую долю. Поэтому уменьшение сопротивления проводника может достичь определенного эффекта регулирования напряжения. Конечное напряжение 10 кВ можно отрегулировать с 8,39 кВ до 9,5 кВ.

3.2.3 Схема установки автоматического регулятора напряжения SVR

Установите 1 комплект автоматических регуляторов напряжения 10 кВ для решения проблемы низкого напряжения на конце линии после опоры 161.

Анализ ожидаемого эффекта: конечное напряжение 10 кВ можно отрегулировать с 8,39 кВ до 10,3 кВ.

После сравнительного анализа третий вариант является наиболее экономически выгодным и практичным. Полный комплект устройств автоматического регулирования напряжения SVR обеспечивает стабильность выходного напряжения путем регулирования соотношения числа витков трехфазного автотрансформатора и имеет следующие основные преимущества:

• Можно полностью автоматизировать регулирование напряжения под нагрузкой. Сам трансформатор использует звездное соединение трехфазного автотрансформатора, который имеет большую мощность и малый объем и может быть установлен между двумя опорами (S ≤ 2000 КВА).

• Диапазон регулирования напряжения обычно составляет -10% ~ +20%, что удовлетворяет требованиям напряжения.

По теоретическим расчетам рекомендуется установить автоматический регулятор напряжения SVR модели SVR-5000/10-7 (0 ~ +20%) на основной ствол. После установки регулятора максимальное напряжение на опоре 141 можно отрегулировать до:

U₁₆₁=U×10/8=10,5 кВ

В формуле:

• U₁₆₁ — Напряжение в точке установки после установки регулятора.

• 10/8 — Максимальное соотношение числа витков регулятора с диапазоном регулирования 0 ~ +20%.

Практическая эксплуатация показала, что функции и характеристики полного комплекта устройств автоматического регулирования напряжения SVR, которые автоматически отслеживают изменения входного напряжения для обеспечения постоянного выходного напряжения, очень стабильны, и они эффективны в управлении низким напряжением.

3.2.4 Анализ выгод

Использование регулятора напряжения SVR на линии позволяет значительно сэкономить средства по сравнению со строительством новой подстанции или заменой проводников. Не только напряжение на линии повышается до уровня, соответствующего национальным нормам, что обеспечивает хорошие социальные эффекты; при неизменной нагрузке на линию увеличение напряжения на линии снижает ток, что в определенной степени уменьшает потери на линии, достигая цели снижения потерь и экономии энергии, и повышая экономическую эффективность предприятия.

4 Заключение

Для районов с ограниченным потенциалом роста нагрузки, особенно для сельских электросетей, где присутствуют 10-киловольтные длинные линии, точки питания недостаточны, радиусы питания велики, потери на линиях высоки, нагрузки перегружены, и в ближайшее время нет возможности подключения к подстанции 35 кВ, автоматический регулятор напряжения SVR предлагает решение. Он решает проблемы низкого качества напряжения и высоких потерь электроэнергии без необходимости строительства или отсрочки строительства подстанций 35 кВ.

Этот подход приносит значительные социальные и экономические выгоды. Кроме того, с инвестиционной стоимостью примерно в десять раз меньше, чем строительство новой подстанции 35 кВ, SVR заслуживает широкого распространения в приложениях сельских электросетей.