Primene SVR (automatskih regulatora napona na isporucivaču) u ruralnim distributivnim mrežama

1 Uvod

Sa stabilnim rastom nacionalne ekonomije, povećava se potražnja za električnom energijom. Za ruralne mreže, porast opterećenja, nejednaka distribucija snabdijevanja strujom i ograničena regulacija napona u glavnoj mreži ostavljaju neke 10 kV linije (koje prelaze nacionalne standarda radijusa) u udaljenim/slabinim mrežama. Ove linije su suočene sa lošim kvalitetom napona, niskim faktorom snage i visokim gubitcima. Zbog ograničenja u pogledu troškova i investicija, masovni visokonaponski čvorovi ili proširenje mreže nisu mogući. Automatski regulator napona na 10 kV odvoda pruža tehničko rešenje za probleme dugog radijusa i niskog napona.

2 Način rada regulatora napona

Automatski regulator SVR ima glavnu vezu (trofazni autotransformator + promenljiv predel na opterećenju, struktura prikazana na slici 1) i jedinicu kontrole. Njegovo jezgro ima paralelni, serijalni i kontrolni zavojnice:

• Serijalna zavojnica: Više predela, spojena između ulaza/izlaza preko promenljivog predela, podešava izlazni napon.

• Paralelna zavojnica: Zajednički zavoj, generiše magnetska polja za prenos energije.

• Kontrolna zavojnica napona: Obmotana oko paralelne zavojnice, snabdeva kontroler/motor i pruža mereni napon.

Logika rada: Pozicije predela na serijalnoj zavojnici (preko promenljivog predela na opterećenju) menjaju omjer broja vitanja na ulazu-izlazu, podešavajući izlazni napon. Prekidači pod opterećenjem obično imaju 7 ili 9 predela (korisnik može da bira prema potrebama). Omjer primarnih-sekundarnih vitanja regulatora odgovara transformatorima, tj.:

3 Primer primene

3.1 Stanje linije

10 kV linija ima dužinu glavnog stabla od 15,138 km, koristeći dva modela vodilaca: LGJ-70mm² i LGJ-50mm². Ukupna kapacitet raspodelnih transformatora iznosi 7260 kVA. Tijekom vrhunskog opterećenja, napon na 220V strani raspodelnih transformatora u srednjem i zadnjem dijelu linije pada do 175V.

Za LGJ-70 liniju, otpornost po kilometru iznosi 0,458 Ω, a reaktanca po kilometru 0,363 Ω. Tada, otpornost i reaktanca linije od podstane do stuba 97# glavnog stabla su 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 podstane do stuba 97# glavnog stabla može se izračunati kao:

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

• R — Otpornost linije, jedinica: Ω.

• X — Reaktanca linije, jedinica: Ω.

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

• x — Reaktanca po jedinici dužine, jedinica: Ω.

• P — Aktivna snaga linije, jedinica: kW.

• Q — Reaktivna snaga linije, jedinica: kvar.

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

3.2 Rešenja

Da bi se osigurala kvaliteta napona, glavni metodi i mere regulacije napona u srednje- i niskonaponskim raspodelnim mrežama uključuju sledeće aspekte:

• Izgradnja nove 35 kV podstane kako bi se skratili radijusi snabdijevanja strujom 10 kV linija.

• Zamena preseka vodilaca kako bi se smanjila stopa opterećenja linije.

• Instalacija kompenzacije reaktivne snage za liniju. Ovaj metod ima slabo efekat regulacije za situacije sa dugim linijama i velikim opterećenjima.

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

3.2.1 Shema izgradnje nove 35 kV podstane

Analiza očekivanog efekta: Izgradnja nove podstane može skratiti radijus snabdijevanja, poboljšati terminalni napon dužih linija i unaprediti kvalitetu snabdijevanja strujom. Ova shema može dobro rešiti problem napona, ali je investicija relativno velika.

3.2.2 Shema rekonstrukcije 10 kV glavnog stabla

Promena parametara linije uglavnom uključuje povećanje preseka vodilaca. Za linije sa relativno rasutim korisnicima i malim presekom vodilaca, otporna komponenta u padu napona zauzima relativno veliku proporciju. Stoga, smanjenjem otpornosti vodilaca može se postići određeni efekat regulacije napona. Terminalni napon na 10 kV može biti podešen sa 8,39 kV na 9,5 kV.

3.2.3 Shema instalacije automatskog regulatora napona SVR

Instalirati 1 set 10 kV automatskih regulatora napona kako bi se rešio problem niskog napona na kraju linije posle stuba 161.

Analiza očekivanog efekta: Terminalni napon na 10 kV može biti podešen sa 8,39 kV na 10,3 kV.

Nakon usporedne analize, treće rešenje je najekonomičnije i najpraktičnije. Kompletan uređaj za automatsku regulaciju napona SVR postiže stabilnost izlaznog napona prilagođavanjem omjera broja vitanja trofaznog autotransformatora i ima sledeće glavne prednosti:

• Može realizovati potpuno automatizovanu i pod opterećenjem regulaciju napona. Sam transformator koristi zvezdasto povezan trofazni autotransformator, koji ima veliku kapacitet i mali volumen i može biti postavljen između dva stuba (S ≤ 2000 KVA).

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

Na osnovu teorijskih izračuna, preporučuje se instalacija automatskog regulatora napona SVR modela SVR-5000/10-7 (0 ~ +20%) na glavno stablo. Nakon instalacije regulatora, maksimalni napon na stubu 141 može biti podešen na:

U₁₆₁=U×10/8=10,5 kV

U formuli:

• U₁₆₁ — Napon na tački instalacije nakon instalacije regulatora.

• 10/8 — Maksimalni omjer broja vitanja regulatora sa opsegom regulacije 0 ~ +20%.

Stvarna operacija je dokazala da funkcija i performanse kompletnog uređaja za automatsku regulaciju napona SVR, koji automatski prati promene ulaznog napona kako bi osigurao konstantan izlazni napon, su veoma stabilne, i efikasne u upravljanju niskim naponom.

3.2.4 Analiza prednosti

Korišćenje regulatora napona SVR na liniji štedi velike iznose novca u poređenju sa izgradnjom nove podstane ili zamjenom vodilaca. Ne samo da se napon na liniji poveća kako bi ispunio relevantne nacionalne propise, rezultirajući dobrom društvenom prednošću; kada se opterećenje linije ne menja, povećanjem napona na liniji smanjuje se struja na liniji, do određene mere smanjujući gubitke na liniji, ostvarujući cilj smanjenja gubitaka i uštede energije, i unapređujući ekonomske prednosti preduzeća.

4 Zaključak

Za oblasti sa ograničenim potencijalom za rast opterećenja, posebno za ruralne mreže sa dugim 10 kV linijama—gde su tačke snabdijevanja strujom nedovoljne, radijusi snabdijevanja su veliki, gubitci na linijama su visoki, opterećenja su preopterećena, i nema bliske 35 kV podstane za snabdijevanje strujom u kratkom do srednjem roku—automatski regulator napona SVR pruža rešenje. On rešava probleme loše kvalitete napona i visokih gubitaka električne energije bez potrebe za izgradnjom ili odgađanjem izgradnje 35 kV podstana.

Ovaj pristup donosi značajne društvene i ekonomske prednosti. Dodatno, sa investicionim troškovima otprilike deset puta manjim od izgradnje nove 35 kV podstane, SVR je veoma vredan za promociju u aplikacijama ruralnih mreža.