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提升农电网末端电压质量的一种有效方案

发布时间: 2016-10-12       作者:上海潘登新电源有限公司      来源:www.pandeng.com      点击数:

摘要:在列举提升农电网末端电压质量的各种办法的基础上,较详细地介绍了一种直接安装在末端和使用带载自动调压治理农电网低电压的设备。这是“投资少、周期短、见效快”提升农电网末端低电压的自动调压器,值得在农电网改造中推广应用。

关键词:农电网;自动调压器;无功补偿;浪涌保护;治理低电压

 

1  治理农电网末端低电压的若干方案

农电网末端电压整体质量不高由多种原因造成。农村用电需求快速增长,使得变压器容量不够;配电线路/台区供电半径过长,线径过细,线路阻抗大,有功功率损耗大;电网中无功补偿设置不合理或运行管理不到位,线路上输送的无功功率大,造成末端电压损失偏大;单相设备的大量投入使用,导致某相负荷重、电流大,三相负荷严重不平衡,也造成电压损失严重。 

为提升农电网末端低电压,常见的治理方案有:

1变压器增容,将容载比控制在合适的范围内。

2缩短供电半径、调整网架结构。加装变压器;寻求邻近电源点,调整网架结构,将部分负荷转到该配电变压器;周围无邻近配电变压器,可新分台区(尽量设置在负荷中心)。

3线路改造。对于卡脖子线路进行改造,选择合适的导线,更换细线径线路。

4优化无功配置。根据现有无功配置情况,按照分层分区、就地补偿的原则,合理配置无功补偿容量和位置,尽量减少配电线路上无功流动,提高功率因数,提升电压。

5 及时检测三相负荷,对配电变压器三相负荷进行调整;加装三相平衡装置,保证不平衡度符合要求。

6 根据负荷的季节性变化,对配电变压器分接头进行调整;将无载调压配电变压器更换为有载调压配电变压器,提高调压的灵活性,供电的连续性和可靠性。

7 末端安装自动调压器,增加调压器后端电压变比的调节范围。

当线路负荷太重或者重新规划电网时,变压器增容、加装变压器、改造线路等这些传统的升级改造办法是必须考虑的治理方案,但 “投资大、周期长” 往往导致启动困难。另一种办法是使用具有“投资少、周期短、见效快”特点的提升农电网末端低电压的提升系统——专为农电网研发生产的自动调压器,这是短平快的治理方案,是传统办法的很好补充。这种自动调压器具有带载自动调压,调压范围宽,负载承受能力强等特点。它们既能自动调压,又能按要求配置无功;对三相自动调压器而言,各相电压独立调节,故还能保证不平衡度符合要求。

2 提升农电网末端电压质量的自动调压器

本节介绍的调压器有DZTSZT两个系列。DZT系列自动调压器/SZT系列自动调压器分别是为提升单相/三相低电压而设计的调压器,它们都是上海潘登新电源公司SBW5B系列稳压器的衍生产品,结构简单,无触点调压,使用年限长,能够长期免维护运行。它们以自耦变压器工作原理调压。与同容量的变压器比,自耦调压不但耗材少、体积小质量轻、效率高、造价低,而且,便于运输和安装(包括不需要大范围停电,设备布点灵活,安装简便等),特别适用于农村和山区电网终端单相负荷/三相负荷分散(小范围聚集)的场所,解决农村电网末端的低电压和波动频繁的问题。

2.1  DZT系列单相农电网自动调压器

    DZT系列自动调压器的原理框图如图1所示。它的主电路为自耦变压器线路。调压器由控制电路、自耦式调压电路、输出电路和直通电路组成,采用继电器或交流接触器进行调压抽头的切换,输出电压可保持在(1±8%)额定值范围内。调压器工作时,控制电路对输入电压进行采样,并与基准电压进行比较,根据比较结果控制自耦式调压电路的工作状态:当输入电压较低时,自耦式调压电路进入升压工作状态;当电网电压从较低电压回升到206V左右时,调压器延时自动退出升压状态,接通直通电路的接触器,直通供电。当电网电压高于调压范围的上限值~237V时,调压器都直通供电。以DZT-Ⅰ型(160206V)为例,当电网电压降至198V以下时,调压器延时自动升压;电网电压可低至160 V,调压器仍自动升压;若电网电压低于调压范围的下限值,对这些电压太低的欠压地区应选用DZT-Ⅱ型(最低电压达110V)自动调压器。       DZT自动调压器的额定容量为10kVA30kVA。当用户负载电流大于110%额定电流时,调压器在控制电路的控制之下自动转入直通供电状态;电流过载20%仍能直通供电。不过,若长时间过载,则说明自动调压器的额定容量选得过小,应选更大容量的规格。


1 DZT系列自动调压器的原理框图   

2.2 SZT系列三相农电网自动调压器

SZT三相系列自动调压器的原理框图如图2所示。它的主电路也为自耦变压器线路。调压器由控制电路、自耦式调压电路、输出电路和直通电路等部分组成。它采用大功率无触点晶闸管开关进行调压抽头的切换,使实际的输出电压保持在(1±5%)额定值范围内。调压器工作时,控制电路对输入电压进行采样,



 2  SZT三相调压器原理框图

并与基准电压进行比较,根据比较结果输出控制信号控制自耦调压电路的工作状态:当输入电压较低(偏离标称值5%以上)时,通过接通某个晶闸管开关使自耦调压电路进入升压工作状态;当输入电压接近标称电压(约360 V以上)时,自耦调压电路退出升压,进入直通工作状态。直通电路及过流工况的处理方式与DZT系列自动调压器的处理方式类似。

SZT三相自动调压器的升压调节范围有20%30%40%3种规格,额定容量有20kVA250kVA9种类型。三相无触点分相调压。调压器内可加装远程监测控制器,与电网智能配变监测系统联网。

2.3无功功率自动补偿   

近年来,农村居民用电已不是单纯的白炽灯照明用电;另一方面,低压动力的用电量也迅速增长,而这些动力设备的功率因数一般都较低,且经常处于低功率因数状态(cosφ≈0.60.7, 无功功率在长距离送电线路上的传送引起了很可观的有功损耗,并使末端电压进一步降低。为减少传送的无功功率,降损节能和提升末端电压,DZTSZT自动调压器上都可加装智能电容器,实现无功就地补偿。

低压无功功率自动补偿通常在功率因数控制电路的控制下实现。通过测量相电压与相电流之间的相位差或通过测量三相电源中一线电流(如U线)与另外两线的电压(如V-W线)之间的相位差 (3),然后通过一定的运算,获得当前的实时功率因数。然后,控制电路用此功率因数与设定的投入门限和切除门限比较,若在整个投切延时时间内都在投切门限内,则不予动作;若小于投入门限,则投入一组电容器;若大于切除门限或发现功率因数为负时,则切除一组已投入的电容器。再经过投切延时时间,重复比较与投切,直到当前的功率因数在设定范围以内。


3 电压、电流向量图

无功功率补偿容量的计算方法见有关文献,但必须用最大负荷进行计算,以避免出现补偿容量不足;一相的容量可按1248的比例分配和组合,以便获得较精确的控制。

2.4浪涌保护器

浪涌是超出正常工作电压的瞬间过电压。我国是雷电灾害比较严重的国家,70%以上地区都在多雷区(年雷暴日数在40~90)和强雷区(年雷暴日数超过90),下面是国内部分城市年雷暴日数。

国内部分城市年雷暴日数:

 

年雷暴日数

 

年雷暴日数

 

年雷暴日数

 

年雷暴日数

遵义市

63.3

昆明市

73.4

桂林市

88.2

海口市

114.3

贵阳市

59.4

桂林市

88.2

广州市

86.1

拉萨市

68.9

深圳市

83.9

日喀则市

78.8

屯溪市

70.8

珠海市

74.2

福州市

63.0

湛江市

104.6

南宁市

94.6

南昌市

66.4

而且,郊区比城市严重,山区比平原严重。

因为DZT系列和SZT系列自动调压器以自耦变压器工作原理调压,调压器的一次和二次绕组之间有电的直接联系,一侧过电压时就会引起另一侧也过电压。为了避免这种危险,调压器的输入端设置了雷电浪涌防护器。考虑系统的接地形式,浪涌保护器的安装模式有共模接线模式、差模接线模式、3+1接线模式和全模接线模式。DZT系列和SZT系列自动调压器都采用了基于美国强世林技术的全模保护模式(图4a),单相40kA和 图4b),三相40kA),它能有效防止沿电力线路侵入的浪涌电压对调压器和调压器后面负载造成的伤害。按照需要,它的容量可以进一步增大。

 

         (aDZT保护器                  (b) SZT保护器  

             

   图4 浪涌保护器

5 自动调压器调压波形(虚线为输入电压,实线为输出电压)


3  治理效果

自动调压器产品已在部分供电半径超过φ500m的农村地区实际应用,并取得了良好效果。以某乡村为例,安装前:用电高峰时段的单相电压为178.5V。安装后:电压稳定在(1±8%)×220V;三相线电压达到(1±5%)×380V,三相不平衡度符合要求,线损率也明显下降;达到了预期目标(图5)。改变了日光灯昏暗,电视机、洗衣机、电饭煲、电磁灶、抽水泵等用电设备不能正常工作,空调无法正常运行的状况;改变了低电压问题对村民们生产生活质量的影响。另有一些乡村,拟安装点的电压并不太低,单相高于(1-8%)×220V,自动调压器则直通供电,效率接近100%。做到了有低电压提升低电压,无低电压预防低电压,变被动治理为主动预防。这种“投资少、周期短、见效快”的治理方案很适合在提升农电网末端电压质量的线路上使用。

 

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