Застосування SVR (автоматичних регуляторів напруги на відходах) у сільських розподільчих мережах

1 Вступ

Зі стабільним ростом національної економіки зростає попит на електроенергію. Для сільських мереж, зі збільшенням навантажень, нерівномірним розподілом постачання електроенергії та обмеженими можливостями регулювання напруги основної мережі, деякі лінії на 10 кВ (що перевищують національні стандарти радіусу) у віддалених/слабких мережах стикаються з поганою якістю напруги, низьким коефіцієнтом потужності та великими втратами. З огляду на обмеження щодо витрат та інвестицій, масове створення вузлів високої напруги або розширення мережі не є припустимим. Автоматичний регулятор напруги для фідерів на 10 кВ пропонує технічне рішення для проблем довгого радіусу та низької напруги.

2 Принцип роботи регулятора напруги

Автоматичний регулятор SVR має головну схему (трьохфазний автотрансформатор + переключник під завантаженням, структура на рисунку 1) та блок управління. Його сердцевина має паралельні, послідовні та керуючі катушки напруги:

• Послідовна катушка: багатозворотна, підключена між входом/вихід через переключник, регулює вихідну напругу.

• Паралельна катушка: спільне витягання, генерує магнітні поля для передачі енергії.

• Керуюча катушка напруги: намотана на паралельну катушку, забезпечує живлення контролера/мотора та надає напругу для вимірювання.

Логіка роботи: положення перемикачів на послідовній катушці (через переключник під завантаженням) змінюють співвідношення обмоток входу-вихід, регулюючи вихідну напругу. Переключники під завантаженням зазвичай мають 7 або 9 шпинделів (користувач може вибирати за потребою). Співвідношення обмоток первинної-вторинної частини регулятора відповідає трансформаторам, тобто:

3 Приклад застосування

3.1 Стан лінії

Лінія на 10 кВ має довжину основного стовбура 15,138 км, використовуючи два типи провідників: LGJ-70 мм² та LGJ-50 мм². Загальна потужність розподільних трансформаторів становить 7260 кВА. Під час пікових навантажень напруга на стороні 220 В розподільних трансформаторів у середній та кінцевій частинах лінії опускається до 175 В.

Для лінії LGJ-70, опір на кожний кілометр становить 0,458 Ом, а реактивний опір на кожний кілометр становить 0,363 Ом. Тоді, опір та реактивний опір лінії від підстанції до стовбура №97 основного стовбура становлять відповідно:

R = 0.458 × 6.437 = 2.95 Ом

X = 0.363 × 6.437 = 2.34 Ом

Відповідно до потужності розподільних трансформаторів та ступеня навантаження лінії, втрати напруги від підстанції до стовбура №97 основного стовбура можна розрахувати як:

• Δu — Втрати напруги лінії, одиниця: кВ.

• R — Опір лінії, одиниця: Ом.

• X — Реактивний опір лінії, одиниця: Ом.

• r — Опір на одиницю довжини, одиниця: Ом.

• x — Реактивний опір на одиницю довжини, одиниця: Ом.

• P — Активна потужність лінії, одиниця: кВт.

• Q — Реактивна потужність лінії, одиниця: квар.

Тоді, напруга на стовбурі №97 основного стовбура становить лише: 10.4 - 0.77 = 9.63 кВ, на стовбурі №178 можна розрахувати як: 8.42 кВ. Напруга на кінці лінії становить: 8.39 кВ.

3.2 Рішення

Для забезпечення якості напруги, основні методи та заходи регулювання напруги в середньо-та низьковольтових розподільних мережах включають такі аспекти:

• Створення нової підстанції на 35 кВ для скорочення радіусу постачання електроенергії ліній на 10 кВ.

• Заміна перерізу провідника для зменшення ступеня навантаження лінії.

• Встановлення компенсації реактивної потужності для лінії. Цей метод має слабкий регулюючий ефект для ситуацій з довгими лініями та великими навантаженнями.

• Встановлення автоматичного регулятора напруги SVR. Він має високий рівень автоматизації, добрий регулюючий ефект та гнучке використання. Ниже, три методи використовуються для порівняння схем покращення якості напруги на кінці лінії на 10 кВ.

3.2.1 Схема будівництва нової підстанції на 35 кВ

Аналіз очікуваних ефектів: Будівництво нової підстанції може скоротити радіус постачання, покращити термінальну напругу довших ліній та підвищити якість постачання електроенергії. Ця схема може добре вирішити проблему напруги, але інвестиції є відносно великими.

3.2.2 Схема реконструкції основного стовбура лінії на 10 кВ

Зміна параметрів лінії головним чином полягає у збільшенні перерізу провідника. Для ліній з розкиданими користувачами та невеликим перерізом провідника, доля опору в ватах напруги становить відносно велику частину. Тому, зменшення опору провідника може досягти певного регулюючого ефекту. Термінальну напругу на 10 кВ можна налаштувати з 8.39 кВ до 9.5 кВ.

3.2.3 Схема встановлення автоматичного регулятора напруги SVR

Встановити 1 набір автоматичних регуляторів напруги на 10 кВ для вирішення проблеми низької напруги на терміналі лінії після стовбура №161.

Аналіз очікуваних ефектів: Термінальну напругу на 10 кВ можна налаштувати з 8.39 кВ до 10.3 кВ.

Після порівняльного аналізу третє рішення є найекономічнішим та практичним. Комплексний пристрій автоматичного регулювання напруги SVR забезпечує стабільність вихідної напруги шляхом регулювання співвідношення обмоток трьохфазного автотрансформатора і має наступні основні переваги:

• Можливе повністю автоматичне та регулювання під завантаженням. Сам трансформатор використовує зірчасто з'єднаний трьохфазний автотрансформатор, який має велику потужність та невеликий об'єм і може бути встановлений між двома стовбурами (S ≤ 2000 КВА).

• Діапазон регулювання напруги зазвичай становить -10% ~ +20%, що задовольняє вимоги до напруги.

За теоретичними розрахунками, рекомендується встановити автоматичний регулятор напруги SVR з моделлю SVR-5000/10-7 (0 ~ +20%) на основному стовбурі. Після встановлення регулятора, максимальну напругу на стовбурі №141 можна налаштувати до:

U₁₆₁=U×10/8=10.5 кВ

У формулі:

• U₁₆₁ — Напруга в точці встановлення після встановлення регулятора.

• 10/8 — Максимальне співвідношення обмоток регулятора з діапазоном регулювання 0 ~ +20%.

Практика показала, що функції та характеристики комплексного пристрою автоматичного регулювання напруги SVR, який автоматично відстежує зміни вхідної напруги, забезпечуючи постійну вихідну напругу, дуже стабільні, і він ефективний у регулюванні низької напруги.

3.2.4 Аналіз вигід

Використання регулятора напруги SVR на лінії економить значні кошти порівняно з будівництвом нової підстанції або заміною провідників. Не тільки напруга на лінії збільшується, щоб відповідати відповідним державним нормам, що дає гарні соціальні вигоди; коли навантаження на лінії залишається незмінним, збільшення напруги на лінії зменшує струм, до певної міри зменшуючи втрати на лінії, досягаючи цілі зменшення втрат та енергозбереження, та підвищує економічні вигоди підприємства.

4 Висновок

Для районів з обмеженим потенціалом зростання навантажень, особливо сільських мереж, де присутні довгі лінії на 10 кВ — де недостатньо точок постачання, великий радіус постачання, великі втрати, перевантажені навантаження, і немає можливості постачання електроенергії від підстанції на 35 кВ на короткій або середньостроковій перспективі, автоматичний регулятор напруги SVR пропонує рішення. Він вирішує проблеми низької якості напруги та великих втрат електроенергії без потреби будівництва або відкладення будівництва підстанцій на 35 кВ.

Цей підхід приносить значні соціальні та економічні вигоди. Крім того, з інвестиційними витратами, які становлять приблизно одну десяту від вартості будівництва нової підстанції на 35 кВ, SVR є високо вартісним для застосування в сільських мережах.