Amorfe legeringsverdelingstransformator-toepassing in METRO-kragvoorsieningstelsel

In die afgelope jare, met die vinnige uitbreiding van die stedelike spoorwegmaat in China, het die krag- en verligtingslaste van die metrorail vinnig toegeneem, en die probleem van elektriese energie wat deur die self-verliese van verspreidingstransformers verbruik word, het steeds prominenter geword. Tegen die agtergrond van die land se bevordering van energiebesparing en omgewingsbeskerming, het amorfiese legeringkern-transformers, wat amorfiese legeringstrippies met uitstekende magneetgeleidbaarheid as magneetgeleier gebruik, relatief lae oplaai-verliese en -strome bereik, en is dus een van die ontwikkelingsrigtings van energiebesparende transformers geword. Met Linie 14 van die Pekinge Metro as agtergrond, begin hierdie artikel met die beginsels, strukture en tegniese kenmerke van droogtipe amorfiese legeringkern-verspreidings-transformers (hieronder verwys na as "amorfiese droogtipe transformers"), beskryf kortliks die effekte van die ter plaatse-implementering, en stel relevante voorstelle vir langtermynbedryf voor, met die doel om verwysings en ervarings te gee vir die keuse en toepassing van verspreidings-transformers in metros.
Struktuur en Werkprinsip van Amorfiese Droogtipe Transformers
Struktuur van Amorfiese Droogtipe Transformers
Amorfiese legeringverspreidings-transformers kies 'n amorfiese legering met sagte magneetseienskappe as kernmateriaal. Dit het hoë verzadigingsmagneetinduksie-intensiteit, ultra-laag verliese, lae opwekkingsstroom, en lae koersiwheid, en is 'n energiebesparende en omgewingsvriendelike transformer met goeie stabiliteit. Amorfiese droogtipe transformers kombinere die eienskappe van epoxy-giet droogtipe transformers, soos lae halogeeninhoud, brandwerendheid, min rookproduksie, en selfblus-eienskappe, met die laeverliesvoordele van amorfiese legeringstrippies, wat dit in staat stel om beter aan die behoeftes van openbare omgewings soos metros te voldoen.

Amorfiese legeringstrippies is 'n soort dun (met 'n dikte van ongeveer 0,03 mm) en breekbare magneetgeleiende materiaal. Daarom is dit redelik om hulle in 'n gewonde kernstruktuur te ontwerp. Tans val die strukture van epoxy-giet amorfiese droogtipe transformers hoofsaaklik in twee kategorieë, naamlik, die driefase-drie-limstruktur en die driefase-vyf-limstruktur, soos getoon in Figuur 1. Die kern van die driefase-vyf-limstruktur word gevorm deur vier raamwerkstukke te kombineer, soos getoon in Figuur 2a; die kern van die driefase-drie-limstruktur word gevorm deur drie raamwerkstukke te kombineer, soos getoon in Figuur 2b. Aangesien die kernoorsnyding van amorfiese legeringtransformers reghoekig is, word die hoë- en laevoltespoels algemeen in 'n reghoekige struktuur met afgeronde hoeke ontwerp. Omdat die magneetvlugdigheidsdichtheid en laminasiefaktor van die amorfiese legeringkern lager is as dié van silisystaalplaatjies, is die volume van die amorfiese legeringkern baie groter as dié van 'n silisystaalplaatjie-kern van dieselfde kapasiteit. Die amorfiese droogtipe transformers op 'n sekere metrolinie maak gebruik van 'n driefase-vyf-limkernontwerp, wat die voordele van goeie warmteafvoer, 'n kompak algehele struktuur, en 'n relatief klein volume het.

Werkprinsip van Amorfiese Droogtipe Transformers

Die kristalle van die amorfiese legeringkernmateriaal, silisystaal, is meer gunstig vir magnetisering en demagnetisering as gevolg van hul strukture en eienskappe. 'n Tipiese amorfiese legering bevat ongeveer 80% ys, met ander hoofkomponente soos silikon en boor. 'n Groot aantal toetse het getoon dat die kristalliseringstemperatuur van die amorfiese legering 550°C is, en die Curie-temperatuur is ongeveer 415°C. Hierdie temperature kan die vereistes vir die verwerking van die amorfiese legering, die annealing ná kernvorming, die normale bedryfstemperatuur, en die termiese stabiliteits temperatuur tydens kortsluitings, bevredig, sodat daar geen kwessies in die toepassing van amorfiese droogtipe transformers is nie.

Met 'n driefase, vier-raamwerk, vyf-lim amorfiese legeringverspreidings-transformer as voorbeeld, aangesien elke spoel op twee raamwerkstukke met onafhanklike magneetkringlae geslee is, bestaan die magneetvlug van elke raamwerk uit grondbewegingsmagneetvlug en 'n paar derde-harmoniese magneetvlug. Die verhouding van die derde-harmoniese tot die grondbeweging hang af van die geregte magneetvlugdichtheid. Echter, die derde-harmoniese magneetvlug in die twee kernraamwerkstukke van een spoel is teenowerig in fase en gelyk in waarde. Dus, die derde-harmoniese magneetvlugvektor in elke spoel is nul. Wanneer die hoëvoltespoel in 'n delta (D) konfigurasie verbonden word, is daar 'n pad vir die derde-harmoniese stroom in die spoel. As gevolg hiervan is daar in die reguleerde sekondere-spanningsgolf gewoonlik geen derde-harmoniese spanningskomponent nie. Echter, die oplaai-verlies in elke raamwerk word steeds deur die derde-harmoniese stroom binne daardie raamwerk beïnvloed. Die twee sylrande van hierdie struktuur kan 'n pad bied vir die nul-sekwenskomponent of hoër harmoniese in die magneetvlug.

Hooftegniese Kenmerke van Amorfiese Droogtipe Transformers
Kenmerke van Amorfiese Droogtipe Transformers

Amorfiese legeringstrippies is uiterst sensitief vir druk. Eenmaal beskadig, kan hulle nie herstel word nie. Daarom moet die volgende twee punte tydens die vervaardigingsproses verseker word: Ten eerste, dra die kern slegs sy eie gewig, en word die gewig van die hoë- en laevoltespoels gesteun deur staal-strukturele komponente soos die basis, bo- en onderklampstukke. Ten tweede, word die kortsluitverdraagskapasiteit deur 'n geoptimeerde ontwerpstruktuur verbeter.

Die reghoekige gestruktureerde spoels van amorfiese droogtipe transformers is nie so eweredig belaai as ronde spoels nie. Wanneer die transformer kortsluitstroom verdra, is die lang-asrigting meer geneig tot vervorming. In werklike produksie word die hoëvoltespoels met epoxyhars gegiet en in die harslaag vasgevestig. Dinamiese en termiese stabiliteitsberekenings en praktiese simulasies het bewys dat die hoëvoltespoels die elektrodynamiese krag tydens kortsluitings kan verdra.

Die laevoltespoels word meestal met koppeerfolie gewond en het 'n termies geharde epoxyhars-einde sluitstruktuur, met 'n bietjie minder rigiditeit. Hulle is geneig om tydens kortsluitings te vervorm, wat die amorfiese legeringstrippies onder spanning plaas. Daarom moet tydens die ontwerp-proses 'n groot verhouding tussen die lang en kort asse van die laevoltespoels vermy word. Bovendien moet tydens die samestellingsproses ondersteunende spasers tussen die kern en die laevoltespoels geplaas word om die kortsluitverdraagskapasiteit te verhoog.

Die geraas van 'n transformer kom hoofsaaklik van die magneettoestand van die kern. Die magneettoestand van amorfiese legering is ongeveer 10% hoër as dié van silisystaalplaatjies. Deur die nasionale standaarde "JB/T 10088 - 2004 Klankvlakke vir 6 kV - 500 kV Kragtransformers" en "GB/T 22072 - 2008 Tegniese Parameters en Vereistes vir Droogtipe Amorfiese Legeringkern Verspreidings-transformers" te vergelyk, kan dit gesien word dat die geraiseis vir droogtipe amorfiese legeringkern verspreidings-transformers in die nasionale standaarde dieselfde is as dié vir silisystaalplaatjie-kern verspreidings-transformers.

Dit verhoog die moeilikheid van die vervaardiging van amorfiese droogtipe transformers. Echter, deur die rasionele ontwerp van die struktuur van amorfiese droogtipe transformers, kan die geraas steeds binne die nasionale standaardreël beheer word. Die magneetvlugdichtheid is 'n belangrike faktor wat die geraas van amorfiese droogtipe transformers beïnvloed.

Vir elke 0,05 T toename in magneetvlugdichtheid, neem die oplaai-geraas met ongeveer 2 dB(A) toe, en die transformer-geraas neem met 5 dB(A)[1] toe. Dus, moet die magneetvlugdichtheid van amorfiese droogtipe transformers rasioneel gekies word om geraasvermindering te bereik. Onder normale omstandighede is 'n magneetvlugdichtheid van minder as 1,25 T voldoende vir amorfiese droogtipe transformers.

Echter, met inagneming van die spesiale situasie van hoë passasiersdichtheid in metros, moet die geraasnivo selfs langer kontroleer word, en die magneetvlugdichtheid word gewoonlik geselekteer om minder as 1,2 T te wees. Verder moet die geraas van amorfiese droogtipe transformers deur die optimalisering van die struktuur onderdruk word. Byvoorbeeld, moet gepaste ruimte in die raamwerk wat deur die kern en klampstukke saamgestel word, gelat word om oormatige spanning op die kern te vermy en die toename in kern-trilling te beheer. Geluid-absorberende materiaal moet ook tussen die kern en die raamwerk geplaas word om die geraas effektief te verminder.

Tydens vervoer en installasie moet amorfiese droogtipe transformers streng volgens die operasie-spesifikasies en -prosedures bedryf word om situasies soos die kern wat onder spanning is of geklop word, te vermy.

Ekonomiese Prestasie-analise van Amorfiese Droogtipe Transformers

Amorfiese droogtipe transformers het duidelike energiebesparings-effekte. Die volgende doen 'n ekonomiese analise van SCBH15-tipe amorfiese droogtipe transformers en SCB10-tipe silisystaalplaatjie verspreidings-transformers met verskillende kapasiteite. Die vergelyking word gemaak in terme van die waarde van amorfiese materialen en silisystaalplaatjie materialen, jaarlikse elektrisiteitskostebesparings, die aantal jare om die bykomende koste terug te verdien, en kostebesparings, soos getoon in Tabel 1.

Uit Tabel 1 kan dit gesien word dat amorfiese droogtipe transformers meer voordele het in terme van energiebesparing in vergelyking met tradisionele silisystaalplaatjie transformers. Getransformeer in bedryfskoste, is dit baie opmerklik. Die maksimum aantal jare om die bykomende koste terug te verdien is net 5 jaar, wat groot toepassingsperspektiewe wys.

Toepassing en Effek van Amorfiese Droogtipe Transformers in Metros
Toepassing van Amorfiese Droogtipe Transformers in Metros

Deur die uiteensetting van die struktuur en prinsip van amorfiese droogtipe transformers en die ekonomiese prestasie-analise, gekombineer met die ingenieursituasie van Linie 14 van die Pekinge Metro, moet vir die toepassingsplan van amorfiese droogtipe transformers, sleutelnavorsing gedoen word op tegniese aspekte soos die kortsluitverdraagskapasiteit, geraasbeheer, verlies-indekse, en installasieplan van amorfiese droogtipe transformers, om sodoende die goeie energiebesparingsprestasie van amorfiese droogtipe transformers volledig te benut en die energiebesparingsvlak van metros te verbeter.

Ter Plaatse Implementerings-effek

Met die SCBH15-800/10/0,4 amorfiese droogtipe transformer wat op Linie 14 van die metro in bedryf gestel is, as voorbeeld, in vergelyking met die SCB10-800/10,0,4 droogtipe transformer, ΔP0 = 1,05 kW; ΔPk = 0. Die jaarlikse vermindering in kragverbruik van een eenheid kan as volg bereken word:

ΔWk = 8 760×(1,05 + 0,62×0) = 9 198 kW·h

Deur berekening kan dit gesien word dat die energiebesparings-effek van amorfiese droogtipe transformers relatief duidelik is.

Relevante Voorstelle vir Langtermyn Bedryf

Vir die langtermyn bedryf van amorfiese droogtipe transformers op metrolyne, moet hul ontwerp, vervaardiging, instandhouding en herstel met groot omzichtigheid volgens hul unieke eienskappe gedoen word. Die skrywer stel die volgende voorstelle voor:

• Aangesien die magneetverzadigingsdichtheid van amorfiese legeringmaterialen relatief laag is en hul magneettoestand relatief groot, moet die geregte magneetvlugdichtheid tydens produk-ontwerp nie te hoog ingestel word nie. Algemeen gesproke, is dit verkieslik om 'n waarde onder 1,2 T te kies.

• Gedurende die ontwerp- en vervaardigingsproses moet aandag gegee word aan die kortsluitverdraagskapasiteit van amorfiese droogtipe transformers. Hierdie kapasiteit moet verhoog word deur middel van fynmaking van prosesse en strukturele optimalisering.

• Amorfiese legeringe vertoon uiterste sensitiefheid vir meganiese spanning. Dus, in strukturele ontwerp, moet die tradisionele ontwerpbenadering vermy word wat die kern as die hoof lastdragende komponent gebruik.

• Om uitstekende laeverlieseienskappe te bereik, is annealing van die amorfiese legeringkern 'n onmisbare proses.

• Regelmatoos instandhouding en herstel van amorfiese droogtipe transformers is noodsaaklik. Dit help om potensiële veiligheidsrisiko's te elimineer en die leeftyd van die transformers te verleng.

Gevolgtrekking

Tegen die agtergrond van die land se bevordering van energiebesparing en uitstootvermindering, maak alle industrieë inspanning om energieverbruik te verminder. As 'n belangrike elektrisiteitsverbruiker binne stedelike kragnette, is die wye toepassing van amorfiese droogtipe transformers in metros in lyn met nasionale industriële beleide en het breë toepassingsperspektiewe.

Dit moet opgemerk word dat die koste van amorfiese legeringverspreidings-transformers hoër is as dié van tradisionele silisystaalplaatjie transformers, en hul installasie het ook sekere unieke kenmerke. Dus, moet 'n rasionele transformer-keuseskema opgestel word gebaseer op 'n omvattende analise van regionale en lynspesifieke omstandighede.

Aangesien amorfiese legeringverspreidings-transformers 'n hoë standaard van ontwerp- en vervaardigingsprosesse vereis, is dit raadsaam om by die keuse van verskaffers vir ondernemings te opteer wat 'n rekord van suksesvolle toepassings het en gevorderde tegniese vermoëns besit.