Amorfsed metalli liitlendite transformaatoride kasutamine METRO elektrivõrgus

Viimastel aastatel on Hiina linnaliste raudteeveokide mahu kiire kasv toonud kaasa subwaade elektrijaama ja valguse koormuse tõusmise. Jaganemistransformatorite enda kahanduste eest kulutatava elektrienergia probleem on muutunud üha tundlikumaks. Riigi energiasäästva ja keskkonnasõbraliku poliitika raames on amorfsete leiviskate südmed, mis kasutavad suuret magneetjoondavust omavat amorfset leiviska, saavutanud suhteliselt madala tühiplaadi kahanduse ja tühiplaadi voolu, ning on nii muutunud üheks energiasäästva transformatori arendamise suundiks. Artikkel põhineb Pekingi metro 14. linnalise raudteeveoki taustal, alustab kuivatüübi amorfsete leiviskate jaganemistransformatorite (edaspidi "amorfsed kuivatransformatorid") printsiipide, struktuuride ja tehnoloogiliste omaduste kirjeldamisega, annab lühikese ülevaate nende kohapealsetest rakendusest ja esitab seotud soovitusi pikaajalisele töötlemisele, et anda viitetekste ja kogemusi jaganemistransformatorite valikule ja rakendamisele metrod.
Amorfsete kuivatransformatorite struktuur ja tööpõhimõte
Amorfsete kuivatransformatorite struktuur
Jaganemistransformatorites kasutatakse amorfset leiviska, mis on magneetjoondavate omadustega. See omab kõrget magneetindutsiooni täissaturooniarvu, ülimalt madalaid kahandusi, madalat magneetitunde ja madalat magneetilist vastupanekut, ja on stabiilne, energiasäästlik ja keskkonnasõbralik transformator. Amorfsete kuivatransformatorite kombinatsioon epoksikastmismehaanikaga kuivatransformatoritega, nagu madal halogeenisisaldus, palujulge, vähe suitsutust ja suitsutuse iseäranemine, koos amorfsete leiviskate madalate kahandustega, võimaldab neil paremini rahuldada avalike keskkondade, nagu metro, vajadusi.

Amorfsete leiviskate stripid on õhukesed (nagu umbes 0,03 mm) ja kriipsuvad magneetjoondav materjal. Seetõttu on mõistlik neid disainida külmetatu südamestruktuurina. Praegu jagunevatud epoksikastmismehaanika amorfsete kuivatransformatorite struktuurid peamiselt kaheks kategooriaks, nimelt kolmefaasi kolmliigese struktuuri ja kolme faasi viie liige struktuuri, nagu näidatud joonis 1. Viie liigese kolme faasi struktuuri südame moodustatakse nelja raami kombinatsiooniga, nagu näidatud joonis 2a; kolme liigese kolme faasi struktuuri südame moodustatakse kolme raami kombinatsiooniga, nagu näidatud joonis 2b. Kuna amorfsete leiviskate transformatorite südame risti- ja pikkprofii on ristkülikuline, siis kõrge- ja madalpingevikud on tavaliselt disainitud ristkülikulise struktuuriga nurgadega. Samuti, kuna amorfsete leiviskate magneetjoondavus ja kihituse tegur on madalamad kui silitsiumterasega, on amorfsete leiviskate südame mahukus sama kapasiteediga silitsiumterasega võrreldes palju suurem. Mõnes metroliinil kasutatud amorfsete kuivatransformatorite kolme faasi viie liigese südame disainil on hea soojenemine, kompaktne üldine struktuur ja suhteliselt väike mahukus.

Amorfsete kuivatransformatorite tööpõhimõte

Amorfsete leiviskate südame materjali kristallid, silitsiumteras, on nende struktuuri ja omaduste tõttu magneetistumise ja demagneetistumise poolest soodsamad. Tavaline amorfne leiviska sisaldab umbes 80% raut, muid peamisi komponente on silitsium ja boor. Suur hulk katseid on näidanud, et amorfsete leiviskate kristalleerimistemperatuur on 550°C ja Curie temperatuur umbes 415°C. Need temperatuurid rahuldavad amorfsete leiviskate töötlemise, südame moodustumise järgse annealingu, normaalse töötemperatuuri ja lühikeskuse ajal thermilise stabiilsuse nõuded, nii et amorfsete kuivatransformatorite rakendamisel ei ole probleeme.

Nimetades kolme faasi, nelja raami, viie liigese amorfsete leiviskate jaganemistransformatorit, kuna igal vikul on kaks raami eraldi magneetringiga, siis iga raami magneetjoondus koosneb põhiline magneetjoondusest ja mõningast kolmanda harmonilisest magneetjoondusest. Kolmanda harmonilise osakaalu suhe põhiline magneetjoonduse sõltub nominalt magneetjoondusest. Siiski, kaks raami magneetjoonduse kolmanda harmonilised osad on vastupidised fases ja võrdväärsed väärtuses. Seetõttu on iga vikul kolmanda harmonilise magneetjoonduse vektor null. Kui kõrgepingevik on sidus (D) konfiguratsioon, siis on vikul olemas kolmanda harmonilise voolu kanal. Tulemuseks on tavaliselt mitteolemas kolmanda harmonilise pingevälja komponent induktiivses sekundaarses pingeväljas. Siiski, iga raami tühiplaadi kahandus on endiselt mõjutatud selle raami kolmanda harmonilise voolu poolt. Selle struktuuri kaks külgjoont pakuvad kanalit nulljärjestuse komponendile või kõrgema järku harmonilistele.

Amorfsete kuivatransformatorite peamised tehnilised omadused
Amorfsete kuivatransformatorite omadused

Amorfsete leiviskate stripid on äärmiselt tundlikud rõhu suhtes. Kui need kahjustuvad, ei saa neid taastada. Seetõttu tootmisprotsessi käigus tuleb tagada järgmised kaks punkti: Esiteks, süda kannatab ainult oma omavara, kõrge- ja madalpingevikute kaal toetatakse terasstruktuuridega, nagu põhi, ülem- ja alumine klemb. Teiseks, lühikeskuse vastupidavus paraneb optimeeritud disaini struktuuri kaudu.

Amorfsete kuivatransformatorite ristkülikulised vikud pole ühtlaselt stressitud nagu ringvikud. Kui transformator kannatab lühikeskuse voolu, on pikas teljes suunas suurem deformeerumise risk. Reaalproduktioonis on kõrgepingevikud kasti ehk riipsuvad drötid, mis on kasti epoksidresiiniga ja kinnitatud resiini kihtides. Dinamiilne ja termiline stabiilsus arvutused ja praktikad on tõestanud, et kõrgepingevikud suudavad vastu panustada lühikeskuse voolu elektrodünaamilisele jõudule.

Madalpingevikud on enamasti kestafoobiga ja termiliselt kurtuvad epoksidresiiniga, millel on veidi madalam rigidus. Nad on suuremahulises deformeerumises lühikeskuse voolu poolt, mis tekitab amorfsete leiviskate stripidel stressi. Seetõttu disainiprotsessis tuleb vältida madalpingevikute vikude pikka ja lühikese telje suure suhte. Lisaks assemblage protsessis tuleb paigutada toetuspunktid süda ja madalpingevikute vahel, et parandada lühikeskuse vastupidavust.

Transformaatori müra põhineb peamiselt südame magneetiline kutsumine. Amorfsete leiviskate magneetiline kutsumine on umbes 10% suurem kui silitsiumterasega. Võrreldes riiklike standarde "JB/T 10088 - 2004 Hüüded 6 kV - 500 kV jaganemistransformatorite jaoks" ja "GB/T 22072 - 2008 Tehnilised parameetrid ja nõuded kuivatüübi amorfsete leiviskate jaganemistransformatorite jaoks", nähtub, et amorfsete leiviskate jaganemistransformatorite hüümisperioodide nõuded riiklikes standardites on samad kui silitsiumterasega jaganemistransformatorite.

See suurendab amorfsete kuivatransformatorite tootmise keerukust. Siiski, läbi amorfsete kuivatransformatorite struktuuri raske planeerimise, saab müra endiselt kontrollida riiklike standardite piirides. Magneetjoonduse tihedus on oluline tegur, mis mõjutab amorfsete kuivatransformatorite müra.

Iga 0,05 T suurenemine magneetjoonduse tiheduses, tühiplaadi müra suureneb umbes 2 dB(A), ja transformaatori müra suureneb 5 dB(A)[1]. Seetõttu tuleb amorfsete kuivatransformatorite magneetjoonduse tihedust mõistlikult valida, et saavutada müra vähendamine. Tavaliselt on amorfsete kuivatransformatorite jaoks piisavalt magneetjoonduse tihedus, mis on väiksem kui 1,25 T.

Kuid, arvestades eriolukorda, kus metrodes on suur reisijate tihe, tuleb müra taseme kontrollida isegi madalamaks, ja magneetjoonduse tihedus valitakse tavaliselt alla 1,2 T. Lisaks on amorfsete kuivatransformatorite müra vaja kontrollida struktuuri optimiseerimise kaudu. Näiteks, sobiv ruum tuleb jätta raami, mis on koos südame ja klembide komplektiga, et vältida südame ülemaailmat seda kontrollida südame vibratsiooni suurenemist. Müraabsorbeeriv materjal tuleb lisada südame ja raami vahel, et efektiivselt vähendada müra.

Transpordi ja paigaldamise käigus tuleb amorfsete kuivatransformatoritega täpselt järgida operatsioonide spetsifikatsioone ja protseduure, et vältida olukordi, kus süda kannatab või tabatakse.

Amorfsete kuivatransformatorite majandusliku jõudluse analüüs

Amorfsete kuivatransformatoritel on selged energiasäästlikud tulemused. Järgmine teeb majandusliku analüüsi SCBH15-tüübi amorfsete kuivatransformatorite ja SCB10-tüübi silitsiumterasega jaganemistransformatorite vahel erinevate kapasiteediga. Võrdlus teostatakse amorfsete materjalide ja silitsiumterase materjalide väärtuse, aastane elektrienergia kulude sääst, aastate arv, mille jooksul lisakulud taastuvad, ja kulude sääst, nagu näidatud tabelis 1.

Tabelist 1 nähtub, et amorfsete kuivatransformatoritel on suuremad eelised energiasäästu poolest traditsiooniliste silitsiumterasega transformatoritega võrreldes. See on tõstatatud töö kuludeks, mis on märkimisväärne. Maksimaalne aastaarv, et taastuda lisakulud, on ainult 5 aastat, mis näitab suuremaid rakendusvõimalusi.

Amorfsete kuivatransformatorite rakendus ja tulemus metrodes
Amorfsete kuivatransformatorite rakendus metrodes

Amorfsete kuivatransformatorite struktuuri ja põhimõtte käsitlemise kaudu, majandusliku jõudluse analüüsi ja Pekingi metro 14. linnalise raudteeveoki inseneri projekti kombinatsiooniga, amorfsete kuivatransformatorite rakendusprojekt peaks keskenduma tehnoloogilistele aspektidele, nagu lühikeskuse vastupidavus, müra kontroll, kahanduse indeks, ja paigaldamise projekt, et välja tuua amorfsete kuivatransformatorite hea energiasäästlik omadus ja parandada metrode energiasäästu tasemel.

Paigalis rakendamise tulemus

Nimetades SCBH15-800/10/0.4 amorfsete kuivatransformatorit, mis on juba rakendatud metro 14. linnalise raudteeveoki, võrreldes SCB10-800/10.0.4 kuivatransformatoriga, ΔP0 = 1,05 kW; ΔPk = 0. Ühe ühiku aastane elektrienergia kulude vähendamine saab arvutada järgmiselt:

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

Arvutuse kaudu nähtub, et amorfsete kuivatransformatorite energiasäästlik omadus on suhteliselt ilmne.

Pikaajalise töö käigus seotud soovitused

Metrode amorfsete kuivatransformatorite pikaajaliseks tööks, nende disain, tootmine, hooldus ja remond peaksid järgima nende unikaalsete omaduste. Autor soovitab järgmist:

• Arvestades, et amorfsete leiviskate materjalide magneetiline täissaturooniarv on suhteliselt madal ja nende magneetiline kutsumine on suurem, disainimisel ei tohiks nominale magneetjoonduse tihedust seada liiga kõrgeks. Tavaliselt on soovitatav valida väärtus, mis on alla 1,2 T.

• Disaini- ja tootmisprotsessi kogu käigus tuleb pöörata tähelepanu amorfsete kuivatransformatorite lühikeskuse vastupidavusele. See suurendatakse meetodite kaudu, nagu protsessi täpsustamine ja struktuuri optimeerimine.

• Amorfsete leiviskate materjalid on äärmiselt tundlikud mehaanilisele stressile. Seetõttu struktuuridisainis tuleb vältida traditsioonilist disaini, mis kasutab südant peamise laastuskomponendina.

• Selleks, et saavutada häid madal-kahanduse omadusi, on amorfsete leiviskate südame annealing vältimatu protsess.

• Amorfsete kuivatransformatorite regulaarne hooldus ja remond on vajalik. See aitab eemaldada potentsiaalseid ohuallikaid ja pikendada transformatorite elu-aega.

Järeldus

Riigi energiasäästva ja heitkogustega võitlemise poliitika raames teevad kõik sektorid pingutusi, et vähendada energiakulutust. Kuna metro on oluline elektri tarbij linnalises võrgus, amorfsete kuivatransformatorite laialdasemat kasutust metrodes vastab riiklikele tööstuspoliitikatele ja on laia rakendusalga.

Tuletab meeles, et amorfsete leiviskate jaganemistransformatorite kulud on kõrgemad kui traditsiooniliste silitsiumterasega transformatorite kulud, ja nende paigaldamine on mõned unikaalsed omadused. Seetõttu tuleks mõistlik transformaatori valikutehing luua kogu piirkonna ja linnalise raudteeveoki tingimuste analüüsi põhjal.

Kuna amorfsete leiviskate jaganemistransformatorite disain ja tootmine nõuavad kõrgeid standardeid, on soovitatav valida tarnijaid, kes on edukalt rakendanud ja omavad täpset tehnoloogilist võimet.