Amorfin liittymäjakautuksen muuntajan soveltaminen METRO:n sähkönjakelujärjestelmässä

Viime vuosina Kiinan kaupunkirautatieverkostojen nopeasta laajentumisesta huolimatta metron sähkö- ja valaistuskuorma on kasvanut nopeasti, ja jakamustransformatorien oma käytön aiheuttaman sähkönkulutuksen ongelma on tullut yhä ilmeisemmäksi. Maan energiansäästö- ja ympäristöystävällisyyspäätösten taustalla amorfiset alloyy-ydintransformatorit, jotka käyttävät erinomaisesti magneettista johtavuutta osoittavia amorfisia alloyypiteitä magneettisen johtavuuden materiaalina, ovat saavuttaneet suhteellisen alhaiset tyhjiökulutukset ja tyhjiösähkövirrat, ja siksi ne ovat tullut yhdeksi energiansäästötransformatorien kehityssuunnista. Tämä artikkeli käsittelee Pekingin metron linjan 14 taustalla, aloittaen kuivaytetyiden amorfisten alloyy-ydinjakamustransformatorien (jäljempänä "amorfiset kuivatyypit") periaatteista, rakenteista ja teknisistä ominaisuuksista, kuvaa lyhyesti paikan päälle toteutuneita vaikutuksia ja esittää ehdotuksia pitkäaikaiseen toimintaan, pyrkien tarjoamaan viitteitä ja kokemuksia jakamustransformatorien valinnalle ja soveltamiselle metroissa.
Amorfisten kuivatyypitransformatorien rakenne ja toimintaperiaate
Amorfisten kuivatyypitransformatorien rakenne
Amorfiset alloyy-jakamustransformatorit valitsevat pehmeästi magneettista materiaalia sisältävän amorfisen alloyyn ydintä. Se on korkeaa tyydyttävää magneettista induktiivisuutta, äärimmäisen alhaisia kulutuksia, matalaa virranaloitusvirrata ja matalaa koersivuutta, ja se on energiatehokas ja ympäristöystävällinen transformatori hyvällä vakaudella. Amorfiset kuivatyypit yhdistävät epoksi-pursottamilla kuivatyypeillä tyypillisiä ominaisuuksia, kuten matalaa halogeenipitoisuutta, paloluokituksen, vähän savua ja itse sammuttavaa ominaisuutta, amorfiseen alloyypiteihin liittyviin matalankulutusominaisuuksiin, mikä mahdollistaa niiden paremman vastaamisen julkisiin ympäristöihin, kuten metroihin.

Amorfiset alloyypiteet ovat ohuita (noin 0,03 mm paksuisia) ja hauraita magneettisesti johtavia materiaaleja. Siksi on järkevää suunnitella ne kiertyneeksi ytimeksi. Nykyisin epoksi-pursottamien amorfisten kuivatyypitransformatorien rakennelmat voidaan pääasiassa jakaa kahteen luokkaan, nimittäin kolmen vaiheen kolmen sarven rakennelmaksi ja kolmen vaiheen viiden sarven rakennelmaksi, kuten kuvassa 1. Kolmen vaiheen viiden sarven ydin muodostetaan yhdistämällä neljä kehystä, kuten kuvassa 2a; kolmen vaiheen kolmen sarven ydin muodostetaan yhdistämällä kolme kehystä, kuten kuvassa 2b. Koska amorfisten alloyy-ydintransformatorien ytimen poikkileikkaus on suorakulmainen, korkean- ja matalajännitekarkaat on yleensä suunniteltu suorakulmioksi pyöristettyjen nurkkaiden kanssa. Lisäksi, koska amorfisen alloyy-ytimen magneettinen fluxti tiheyys ja lamineerointikerroin ovat pienempiä kuin silikonsitelevälikerrokset, amorfisen alloyy-ydin tilavuus on paljon suurempi kuin sama kapasiteettinen silikonsiteleväliydin. Tietyn metrolinjan amorfiset kuivatyypit käyttävät kolmen vaiheen viiden sarven ytimen suunnittelua, jolla on etuja, kuten hyvä lämmön siirtymä, tiivis kokonaisrakenne ja suhteellisen pieni tilavuus.

Amorfisten kuivatyypitransformatorien toimintaperiaate

Amorfisen alloyy-ytimen materiaalin, silikonteräs, kristallit ovat sen rakenteen ja ominaisuudet huomioiden helpommin magneettoituvia ja demagneettoituvia. Tyypillisessä amorfisessa alloyyssa on noin 80 % rauta, muut pääasialliset komponentit ovat materiaaleja, kuten silikki ja borii. Suuri määrä testejä on osoittanut, että amorfisen alloyy-kristallisointilämpötila on 550°C, ja Curie-lämpötila noin 415°C. Nämä lämpötilat voivat täyttää vaatimukset amorfisen alloyy-käsittelylle, ytimen muodostamisen jälkeiselle annealoille, normaalille toimintalämpötilalle ja lyhytkatkosten aikana esiintyvälle lämpövakaudesta, joten amorfisten kuivatyypitransformatorien soveltamisessa ei ole ongelmia.

Otetaan esimerkiksi kolmen vaiheen, neljän kehyksen, viiden sarven amorfisen alloyy-jakamustransformatorin, koska jokainen kiertokappale on asetettu kahdelle kehykselle, joilla on itsenäisiä magneettisia reittejä, jokaisen kehyksen fluxti koostuu perus-aallon fluxista ja osasta kolmannen harmonisen fluxin. Kolmannen harmonisen suhde perus-aaltoon riippuu nominaalista fluxti tiheydestä. Kuitenkin kahdella ytimen kehyksellä, jotka kuuluvat samaan kiertokappaleeseen, kolmannen harmonisen fluxit ovat vastakkaisia vaiheessa ja arvoltaan yhtä suuria. Siksi jokaisen kiertokappaleen kolmannen harmonisen fluxin vektori on nolla. Kun korkean jännitekarkas on kytketty delta (D) -konfiguraatiota, on polku kolmannen harmonisen virran kiertokappaleessa. Tämän seurauksena yleensä ei ole kolmannen harmonisen jännitekomponenttia indusoituun toissijaiseen jännitteeseen. Kuitenkin jokaisen kehyksen tyhjiökulutus on edelleen vaikutettu kehyksen sisällä esiintyvällä kolmannella harmonisella virralla. Tämän rakenteen kaksi sivuyoke tarjoavat polun nollajärjestyksen komponentille tai korkeammalle harmoniselle fluxin.

Amorfisten kuivatyypitransformatorien pääasialliset tekniset ominaisuudet
Amorfisten kuivatyypitransformatorien ominaisuudet

Amorfiset alloyypiteet ovat erittäin herkkiä paineelle. Kun ne on vaurioitunut, niitä ei voi enää palauttaa. Siksi tuotantoprosessissa on varmistettava seuraavat kaksi asiaa: ensiksi, ydin kantaa vain omansa painoa, ja korkean- ja matalajännitekarkasen paino kannatetaan teräsvalmistuksilla, kuten pohjalla, ylä- ja alaklemmissa. Toiseksi, lyhytkatkosten kestävyys parannetaan optimoituun rakenneluokitteluun.

Amorfisten kuivatyypitransformatorien suorakulmioksi suunnitellut karkaat eivät ole yhtä tasapainoisesti painostettuja kuin ympyrämuotoiset karkaat. Kun transformaattori kestää lyhytkatkoksen virran, pituussuunta on altis muodostumiselle. Todellisessa tuotannossa korkean jännitekarkaat on rakenne, joka on pursottettu epoksi-resiinalla ja kiinnitetty resiinakerroksessa. Dynaaminen ja lämpövakauslaskenta ja käytännön simuloinnit ovat osoittaneet, että korkean jännitekarkaat voivat kestää elektrodynaamisen voiman lyhytkatkoksissa.

Matalajännitekarkaat on yleensä kiertokappaleilla kuparifolieilla ja niillä on lämpökuivattu epoksi-resiinin päätepohja, jolla on hieman vähemmän jäykkyyttä. Ne ovat alttiita muodostumiselle lyhytkatkoksissa, mikä aiheuttaa amorfiselle alloyyle stressiä. Siksi suunnitteluprosessissa tulisi välttää suuri suhde pituussuuntaan ja leveyssuuntaan matalajännitekarkaat. Lisäksi kokoamisprosessissa on asetettava tukikehitteitä ytimen ja matalajännitekarkaat välille, jotta lisätään lyhytkatkosten kestävyyttä.

Transformaattorin melu tulee pääasiassa ytimen magnetostriktioon. Amorfisen alloyy-magnetostriktio on noin 10% suurempi kuin silikonteräksen. Vertaamalla kansallisia standardeja "JB/T 10088 - 2004 Äänitasot 6 kV - 500 kV sähköverkkojen transformaattoreille" ja "GB/T 22072 - 2008 Tekniset parametrit ja vaatimukset kuivaytettyihin amorfisiin alloyy-ytimiin varustettuihin jakamustransformatorien", voidaan nähdä, että kansalliset standardit kuivaytettyihin amorfisiin alloyy-ytimiin varustettuihin jakamustransformatorien meluvaatimuksia ovat samat kuin silikonteräksen ytimen jakamustransformatorien.

Tämä lisää amorfisten kuivatyypitransformatorien valmistuksen vaikeutta. Kuitenkin, amorfisten kuivatyypitransformatorien rakenteen järkevällä suunnittelulla melu voidaan edelleen hallita kansallisen standardin rajoissa. Fluxti tiheyden on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa amorfisten kuivatyypitransformatorien meluun.

Jokaisen 0,05 T:n fluxti tiheyden nousun myötä tyhjiökulutusmelu nousee noin 2 dB(A):lla, ja transformaattorin melu nousee 5 dB(A)[1]. Siksi amorfisten kuivatyypitransformatorien fluxti tiheyden tulisi olla järkevästi valittu melun vähentämiseksi. Yleensä amorfisten kuivatyypitransformatorien fluxti tiheyden on oltava alle 1,25 T riittävän melun vähentämiseksi.

Kuitenkin, ottaen huomioon metrojen erityisen tilanteen, jossa matkustajien tiheys on korkea, melutaso pitäisi olla vielä alhaisempi, ja fluxti tiheyden on yleensä valittava alle 1,2 T. Lisäksi amorfisten kuivatyypitransformatorien melun tulisi vähentää rakenteen optimoinnilla. Esimerkiksi, ytimen ja klemmien muodostaman kehyksen tulisi jättää sopiva tila, jotta vältetään liian suuri ytimen stressi ja kontrolli ytimen värähtelyn lisääntymistä. Äänendäysmateriaaleja tulisi myös levittää ytimen ja kehyksen välille tehokkaasti melun vähentämiseksi.

Kuljetuksessa ja asennuksessa amorfiset kuivatyypitransformatorit tulisi käsitellä tiukasti operointiohjeiden ja prosessien mukaan välttääksesi tilanteita, kuten ytimen stressi tai lyöminen.

Amorfisten kuivatyypitransformatorien taloudellinen suorituskykyanalyysi

Amorfiset kuivatyypitransformatorit ovat selvästi energiatehokkaampia. Seuraavaksi tehdään taloudellinen analyysi SCBH15-typin amorfisista kuivatyypitransformatorista ja eri kapasiteettisista SCB10-typin silikonteräksen jakamustransformatorista. Vertailu tehdään amorfisten materiaalien ja silikonteräksen materiaalien arvon, vuosittaisen sähkökustannusten säästöt, lisäkustannusten takaisinmaksuaika, ja säästöt, kuten taulukossa 1.

Taulukosta 1 voidaan nähdä, että amorfiset kuivatyypitransformatorit ovat energiatehokkuuden suhteen edullisempia verrattuna perinteisiin silikonteräksen transformatorien. Käännöksessä toimintakustannuksiin, se on huomattava. Lisäkustannusten takaisinmaksuaika on enimmillään vain 5 vuotta, mikä osoittaa suuria sovellusmahdollisuuksia.

Amorfisten kuivatyypitransformatorien soveltaminen ja vaikutus metroissa
Amorfisten kuivatyypitransformatorien soveltaminen metroissa

Amorfisten kuivatyypitransformatorien rakenteen ja periaatteen selittämisen sekä taloudellisen suorituskyvyn analyysin avulla, yhdistettynä Pekingin metron linjan 14 insinöörimielikuvaan, amorfisten kuivatyypitransformatorien sovellusohjelmassa tulisi keskittyä teknisiin näkökohtiin, kuten lyhytkatkosten kestävyyteen, melun hallintaan, kulutusindeksiin ja asennusohjelmaan, jotta amorfisten kuivatyypitransformatorien hyvät energiatehokkuusominaisuudet voidaan hyödyntää täysimääräisesti ja parantaa metrojen energiatehokkuutta.

Paikan päällä toteutuneet vaikutukset

Otetaan esimerkiksi SCBH15-800/10/0,4 amorfinen kuivatyyppi-transformaattori, joka on otettu käyttöön metron linjan 14, verrattuna SCB10-800/10,0,4 kuivatyyppi-transformaattoriin, ΔP0 = 1,05 kW; ΔPk = 0. Yhden yksikön vuosittainen sähkökulutuksen väheneminen voidaan laskea seuraavasti:

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

Laskelman perusteella voidaan nähdä, että amorfisten kuivatyypitransformatorien energiatehokkuuseffekti on suhteellisen ilmeinen.

Ehdotukset pitkäaikaiseen verkossa toimimiseen

Metrolinjojen amorfisten kuivatyypitransformatorien pitkäaikaiseen toimintaan, niiden suunnittelu, tuotanto, huolto ja remontointi pitäisi suorittaa huolellisesti niiden ainutlaatuisiin ominaisuuksiin perustuen. Kirjoittaja esittää seuraavia ehdotuksia:

• Koska amorfisten alloyy-materiaalien magnetinen tyydyttävyys on suhteellisen alhainen ja niiden magnetostriktio on suhteellisen suuri, tuotantosuunnittelussa nominoidun fluxti tiheyden ei tulisi asettaa liian korkeaksi. Yleensä on suositeltavaa valita arvo alle 1,2 T.

• Suunnittelun ja tuotannon koko ajan on kiinnitettävä huomiota amorfisten kuivatyypitransformatorien lyhytkatkosten kestävyyteen. Tätä kykyä tulisi parantaa prosessien tarkentamisen ja rakenteen optimoinnin avulla.

• Amorfiset alloyyt ovat erittäin herkkiä mekaaniselle stressille. Siksi rakennesuunnittelussa on vältettävä perinteistä suunnittelualoitusta, jossa ydin toimii pääasiallisena rasituskappaleena.

• Erinomaisten matalakulutusominaisuuksien saavuttamiseksi amorfisen alloyy-ydin anneaali on välttämätön prosessi.

• Säännöllinen huolto ja korjaus amorfisista kuivatyypitransformatorista on välttämätöntä. Tämä auttaa poistamaan potentiaalisia turvallisuushaittoja ja pidentämään transformaattorien käyttöikää.

Johtopäätös

Maan energiansäästö- ja päästövähennyksen edistämisen taustalla kaikki teollisuudet tekevät suuria ponnisteluja vähentääkseen energiankulutusta. Kaupunkisähköverkostojen merkittävänä sähkökuluttajana, amorfisten kuivatyypitransformatorien laajamittainen käyttö metroissa on linjassa kansallisen teollisuuspolitiikan kanssa ja sillä on laajat sovellusmahdollisuudet.

On huomioitava, että amorfisten alloyy-jakamustransformatorien hinta on korkeampi kuin perinteisten silikonteräksen transformatorien, ja niiden asennuksella on tiettyjä ainutlaatuisia piirteitä. Siksi rationaalinen transformatorivalintasuunnitelma tulisi laatia alueellisten ja linjakohtaisten olosuhteiden yksityiskohtaisen analyysin perusteella.

Koska amorfisten alloyy-jakamustransformatorien suunnittelu- ja tuotantoprosesseissa vaaditaan korkeaa standardia, valittaessa toimittajia on suositeltavaa valita yrityksiä, joilla on menestyksekkäitä sovelluksia ja edistyneitä teknologisia kykyjä.