Ứng dụng của SVR (Điều chỉnh điện áp tự động cho đường dây phân phối) trong mạng phân phối nông thôn

1 Giới thiệu

Với sự tăng trưởng ổn định của nền kinh tế quốc gia, nhu cầu về điện năng cũng tăng lên. Đối với lưới điện nông thôn, tải tăng, phân phối nguồn điện không đồng đều và khả năng điều chỉnh điện áp của lưới chính hạn chế khiến một số đường dây 10 kV dài (vượt quá tiêu chuẩn bán kính quốc gia) ở các khu vực xa xôi hoặc yếu lưới. Những đường dây này gặp phải tình trạng chất lượng điện áp kém, hệ số công suất thấp và tổn thất lớn. Do hạn chế về chi phí và đầu tư, việc xây dựng hàng loạt nút điện áp cao hoặc mở rộng lưới điện là không khả thi. Bộ điều chỉnh điện áp tự động 10 kV cung cấp giải pháp kỹ thuật cho vấn đề bán kính dài và điện áp thấp.

2 Nguyên lý hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp

Bộ điều chỉnh tự động SVR có mạch chính (biến áp tự ngẫu ba pha + bộ chuyển đổi vị trí dưới tải, cấu trúc trong Hình 1) và đơn vị điều khiển. Lõi của nó bao gồm cuộn nối song song, cuộn nối tiếp và cuộn điều khiển điện áp:

• Cuộn nối tiếp: Nhiều vị trí kết nối giữa đầu vào/đầu ra thông qua bộ chuyển đổi vị trí, điều chỉnh điện áp đầu ra.

• Cuộn nối song song: Cuộn dây chung, tạo ra từ trường truyền năng lượng.

• Cuộn điều khiển điện áp: Quấn trên cuộn nối song song, cung cấp điện cho bộ điều khiển/mô tơ và cung cấp điện áp đo lường.

Lô gic hoạt động: Các vị trí chuyển đổi trên cuộn nối tiếp (qua bộ chuyển đổi vị trí dưới tải) thay đổi tỷ lệ vòng quấn đầu vào-đầu ra, điều chỉnh điện áp đầu ra. Các công tắc dưới tải thường có 7 hoặc 9 cấp độ (người dùng có thể chọn theo nhu cầu). Tỷ lệ vòng quấn sơ cấp - thứ cấp của bộ điều chỉnh phù hợp với biến áp, tức là:

3 Ví dụ ứng dụng

3.1 Tình trạng đường dây

Một đường dây 10 kV có chiều dài đoạn chính là 15,138 km, sử dụng hai loại dây dẫn: LGJ-70mm² và LGJ-50mm². Tổng công suất của các biến áp phân phối là 7260 kVA. Trong thời gian tải đỉnh, điện áp ở phía 220V của các biến áp phân phối ở phần giữa và cuối đường dây giảm xuống còn 175V.

Đối với đường dây LGJ-70, điện trở mỗi kilômét là 0,458 Ω và điện kháng mỗi kilômét là 0,363 Ω. Sau đó, điện trở và điện kháng của đường dây từ trạm biến áp đến cột 97# của đoạn chính lần lượt là:

R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω

X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

Theo công suất và tỷ lệ tải của biến áp phân phối trên đường dây, sụt điện áp từ trạm biến áp đến cột 97# của đoạn chính có thể được tính như sau:

• Δu — Sụt điện áp đường dây, đơn vị: kV.

• R — Điện trở đường dây, đơn vị: Ω.

• X — Điện kháng đường dây, đơn vị: Ω.

• r — Điện trở theo đơn vị chiều dài, đơn vị: Ω.

• x — Điện kháng theo đơn vị chiều dài, đơn vị: Ω.

• P — Công suất hữu ích của đường dây, đơn vị: kW.

• Q — Công suất phản kháng của đường dây, đơn vị: kvar.

Sau đó, điện áp tại cột 97# của đoạn chính chỉ còn: 10,4 - 0,77 = 9,63 kV tại cột 178 có thể được tính là: 8,42 kV. Điện áp tại cuối đường dây là: 8,39 kV.

3.2 Giải pháp

Để đảm bảo chất lượng điện áp, các phương pháp và biện pháp điều chỉnh điện áp chính trong mạng phân phối trung và hạ áp bao gồm các khía cạnh sau:

• Xây dựng một trạm biến áp 35 kV mới để rút ngắn bán kính cung cấp điện của các đường dây 10 kV.

• Thay thế tiết diện dây dẫn để giảm tỷ lệ tải của đường dây.

• Cài đặt bù công suất phản kháng cho đường dây. Phương pháp này có hiệu quả điều chỉnh kém đối với các đường dây dài và tải lớn.

• Cài đặt bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR. Nó có độ tự động hóa cao, hiệu quả điều chỉnh điện áp tốt và sử dụng linh hoạt. Dưới đây, ba phương pháp được sử dụng để so sánh các phương án cải thiện chất lượng điện áp tại cuối đường dây 10 kV.

3.2.1 Phương án xây dựng trạm biến áp 35 kV mới

Phân tích hiệu quả dự kiến: Việc xây dựng trạm biến áp mới có thể rút ngắn bán kính cung cấp điện, cải thiện điện áp cuối đoạn của các đường dây dài và nâng cao chất lượng cung cấp điện. Phương án này có thể giải quyết tốt vấn đề điện áp, nhưng chi phí đầu tư tương đối lớn.

3.2.2 Phương án tái cấu trúc đường dây chính 10 kV

Thay đổi các thông số đường dây chủ yếu liên quan đến việc tăng tiết diện dây dẫn. Đối với các đường dây có người dùng phân tán và tiết diện dây dẫn nhỏ, thành phần điện trở trong sụt điện áp chiếm tỷ lệ tương đối lớn. Do đó, giảm điện trở dây dẫn có thể đạt được một mức độ điều chỉnh điện áp nhất định. Điện áp cuối đoạn 10 kV có thể được điều chỉnh từ 8,39 kV lên 9,5 kV.

3.2.3 Phương án cài đặt bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR

Cài đặt 1 bộ điều chỉnh điện áp tự động 10 kV để giải quyết vấn đề điện áp thấp tại cuối đoạn đường dây sau cột 161.

Phân tích hiệu quả dự kiến: Điện áp cuối đoạn 10 kV có thể được điều chỉnh từ 8,39 kV lên 10,3 kV.

Sau khi phân tích so sánh, giải pháp thứ ba là kinh tế và thực tế nhất. Bộ thiết bị điều chỉnh điện áp tự động SVR hoàn chỉnh đạt được sự ổn định của điện áp đầu ra bằng cách điều chỉnh tỷ lệ vòng quấn của biến áp tự ngẫu ba pha và có các ưu điểm chính sau:

• Nó có thể thực hiện điều chỉnh điện áp tự động hoàn toàn và dưới tải. Biến áp itself sử dụng kết nối sao của biến áp tự ngẫu ba pha, có dung lượng lớn và kích thước nhỏ, có thể được dựng giữa hai cột (S ≤ 2000 KVA).

• Phạm vi điều chỉnh điện áp thường là -10% ~ +20%, có thể đáp ứng yêu cầu về điện áp.

Theo tính toán lý thuyết, đề xuất cài đặt bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR với mô hình SVR-5000/10-7 (0 ~ +20%) trên đường dây chính. Sau khi cài đặt bộ điều chỉnh điện áp, điện áp tối đa tại cột 141 có thể được điều chỉnh thành:

U₁₆₁=U×10/8=10,5 kV

Trong công thức:

• U₁₆₁ — Điện áp tại điểm cài đặt sau khi cài đặt bộ điều chỉnh điện áp.

• 10/8 — Tỷ lệ vòng quấn tối đa của bộ điều chỉnh điện áp với phạm vi điều chỉnh 0 ~ +20%.

Thực tế đã chứng minh rằng chức năng và hiệu suất của bộ thiết bị điều chỉnh điện áp tự động SVR hoàn chỉnh, tự động theo dõi sự thay đổi của điện áp đầu vào để đảm bảo điện áp đầu ra ổn định, rất ổn định và hiệu quả trong quản lý điện áp thấp.

3.2.4 Phân tích lợi ích

Sử dụng bộ điều chỉnh điện áp SVR trên đường dây tiết kiệm một lượng lớn vốn so với việc xây dựng trạm biến áp mới hoặc thay thế dây dẫn. Không chỉ điện áp đường dây được tăng lên để đáp ứng các quy định quốc gia, mang lại lợi ích xã hội tốt; khi tải đường dây không thay đổi, việc tăng điện áp đường dây làm giảm dòng điện, đến một mức độ nào đó giảm tổn thất đường dây, đạt được mục tiêu giảm tổn thất và tiết kiệm năng lượng, và cải thiện lợi ích kinh tế của doanh nghiệp.

4 Kết luận

Đối với các khu vực có tiềm năng tăng tải hạn chế, đặc biệt là lưới điện nông thôn có đường dây 10 kV dài—nơi các điểm cung cấp điện không đủ, bán kính cung cấp lớn, tổn thất đường dây cao, tải quá tải, và không có nguồn cung cấp từ trạm biến áp 35 kV gần đó trong ngắn và trung hạn—bộ điều chỉnh điện áp tự động SVR cung cấp một giải pháp. Nó giải quyết vấn đề chất lượng điện áp thấp và tổn thất năng lượng điện cao mà không cần xây dựng hoặc trì hoãn xây dựng trạm biến áp 35 kV.

Phương pháp này mang lại lợi ích xã hội và kinh tế đáng kể. Ngoài ra, với chi phí đầu tư khoảng một phần mười so với việc xây dựng trạm biến áp 35 kV mới, SVR rất đáng được khuyến nghị sử dụng trong lưới điện nông thôn.