Aplikasyon ng amorphous alloy distribution transformer sa sistema ng METRO power supply

Sa mga nakaraang taon, kasabay ng mabilis na paglago ng saklaw ng urban rail transit sa Tsina, ang kargamento ng kuryente at ilaw para sa subway ay lumaki nang mabilis, at ang isyu tungkol sa enerhiyang kinukonsumo ng sariling pagkawala ng distribusyon ng transformer ay naging mas prominent. Sa kontekstong ito ng pagsuporta ng bansa sa pag-iipon ng enerhiya at pangangalaga sa kapaligiran, ang amorphous alloy core transformers, na gumagamit ng amorphous alloy strips na may mahusay na magnetic conductivity bilang materyales para sa magnetic conduction, ay nagtagumpay sa pagkamit ng relatibong mababang no-load losses at no-load currents, at kaya ay naging isa sa mga direksyon ng pag-unlad ng energy-saving transformers. Gamit ang Line 14 ng Beijing Subway bilang background, ang papel na ito ay nagsisimula sa mga prinsipyong, estruktura, at teknikal na katangian ng dry-type amorphous alloy core distribution transformers (ito ay tutukoyin bilang "amorphous dry-type transformers" sa ibaba), nagbibigay ng maikling paglalarawan ng epekto ng on-site implementation, at nagbibigay ng mga ugnay na rekomendasyon para sa mahabang panahon ng operasyon, na may layuning magbigay ng mga sanggunian at karanasan para sa pagpili at aplikasyon ng distribution transformers sa mga subway.
Estraktura at Prinsipyong Paggana ng Amorphous Dry-Type Transformers
Estraktura ng Amorphous Dry-Type Transformers
Ang amorphous alloy distribution transformers ay pinili ang isang amorphous alloy na may soft magnetic properties bilang materyal para sa core. Ito ay may mataas na saturation magnetic induction intensity, ultra-low losses, mababang exciting current, at mababang coercivity, at ito ay isang energy-saving at eco-friendly transformer na may mahusay na estabilidad. Ang mga amorphous dry-type transformers ay naglalaman ng mga katangian ng epoxy-cast dry-type transformers, tulad ng mababang halong halogen, flame retardancy, mababang smoke generation, at self-extinguishing properties, kasama ang low-loss na mga benepisyo ng amorphous alloy strips, na nagbibigay-daan para mas mabuti silang makatugon sa mga pangangailangan ng mga public environment tulad ng mga subway.

Ang amorphous alloy strips ay isang uri ng maliit (na may kapal na humigit-kumulang 0.03 mm) at malambot na materyal para sa magnetic conduction. Kaya, ang disenyo ng wound core structure ay angkop. Sa kasalukuyan, ang mga estruktura ng epoxy-cast amorphous dry-type transformers ay pangunahing nahahati sa dalawang uri, na ang three-phase three-limb structure at ang three-phase five-limb structure, tulad ng ipinapakita sa Figure 1. Ang core ng three-phase five-limb structure ay nabubuo sa pamamagitan ng pag-combine ng apat na frame, tulad ng ipinapakita sa Figure 2 a; ang core ng three-phase three-limb structure ay nabubuo sa pamamagitan ng pag-combine ng tatlong frame, tulad ng ipinapakita sa Figure 2 b. Dahil ang cross-section ng core ng amorphous alloy transformers ay rectangular, ang high- at low-voltage coils ay karaniwang idisenyo bilang rectangular structure na may rounded corners. Bukod dito, dahil ang magnetic flux density at lamination factor ng amorphous alloy core ay mas mababa kaysa sa silicon steel sheets, ang volume ng amorphous alloy core ay mas malaki kaysa sa silicon steel sheet core na may parehong capacity. Ang mga amorphous dry-type transformers sa isang tiyak na linya ng subway ay gumagamit ng three-phase five-limb core design, na may mga benepisyo ng mahusay na pagdulas ng init, kompak na buong estruktura, at relatibong maliit na volume.

Prinsipyong Paggana ng Amorphous Dry-Type Transformers

Ang mga crystal ng amorphous alloy core material, silicon steel, ay mas nakakatulong sa magnetization at demagnetization dahil sa kanilang estruktura at katangian. Ang tipikal na amorphous alloy ay naglalaman ng humigit-kumulang 80% iron, at ang iba pang pangunahing component ay mga materyales tulad ng silicon at boron. Maraming mga test ang nagpatunay na ang crystallization temperature ng amorphous alloy ay 550°C, at ang Curie temperature ay humigit-kumulang 415°C. Ang mga temperatura na ito ay sapat para sa processing ng amorphous alloy, sa annealing pagkatapos ng pagsasabatas ng core, sa normal operating temperature, at sa thermal-stable temperature sa panahon ng short-circuits, kaya walang mga isyu sa aplikasyon ng amorphous dry-type transformers.

Gamit ang isang three-phase, four-frame, five-limb amorphous alloy distribution transformer bilang halimbawa, dahil ang bawat winding ay naka-sleeve sa dalawang frame na may independent magnetic circuits, ang magnetic flux ng bawat frame ay binubuo ng fundamental-wave magnetic flux at ilang third-harmonic magnetic flux. Ang ratio ng third-harmonic sa fundamental-wave ay depende sa rated magnetic flux density. Gayunpaman, ang third-harmonic magnetic fluxes sa dalawang core frames ng isang winding ay opposite sa phase at equal sa value. Kaya, ang third-harmonic magnetic flux vector sa bawat winding ay zero. Kapag ang high-voltage coil ay konektado sa delta (D) configuration, may daanan para sa third-harmonic current sa coil. Bilang resulta, hindi karaniwan ang third-harmonic voltage component sa induced secondary-side voltage waveform. Ngunit, ang no-load loss sa bawat frame ay patuloy na naapektuhan ng third-harmonic current sa loob ng frame na iyon. Ang dalawang side yokes ng estrukturang ito ay maaaring magbigay ng daanan para sa zero-sequence component o higher-order harmonics sa magnetic flux.

Pangunahing Teknikal na Katangian ng Amorphous Dry-Type Transformers
Katangian ng Amorphous Dry-Type Transformers

Ang amorphous alloy strips ay napakasensitibo sa presyon. Kapag nasira, hindi ito maaaring mabawi. Kaya, sa proseso ng paggawa, dapat siguraduhin ang sumusunod na dalawang punto: Una, ang core lamang ang tumatanggap ng sariling timbang, at ang timbang ng high- at low-voltage coils ay sinusuportahan ng mga steel-structure components tulad ng base, upper at lower clamping pieces. Pangalawa, ang short-circuit withstand capability ay inaangkop sa pamamagitan ng optimized design structure.

Ang rectangular-structured windings ng amorphous dry-type transformers ay hindi ganap na uniformly stressed tulad ng circular windings. Kapag ang transformer ay tumatanggap ng short-circuit current, ang long-axis direction ay mas madaling maporma. Sa aktwal na produksyon, ang high-voltage windings ay rigid-structured wires na casted ng epoxy resin at naka-fix sa resin layer. Ang dynamic at thermal stability calculations at practical simulations ay nagpatunay na ang high-voltage coils ay maaaring tanggapin ang electrodynamic force sa panahon ng short-circuits.

Ang low-voltage windings ay kadalasang wound ng copper foils at may thermally cured epoxy-resin end-sealing structure, na may kaunti lang na rigid. Sila ay madaling maporma sa panahon ng short-circuits, na nagpapahiwatig ng stress sa amorphous alloy strips. Kaya, sa proseso ng disenyo, dapat iwasan ang malaking ratio sa pagitan ng long at short axes ng low-voltage coil windings. Bukod dito, sa panahon ng assembly process, dapat ilagay ang mga supporting spacers sa pagitan ng core at low-voltage coils upang palakasin ang short-circuit withstand capability.

Ang ingay ng transformer ay pangunahing nagmumula sa magnetostriction ng core. Ang magnetostriction ng amorphous alloy ay humigit-kumulang 10% mas mataas kaysa sa silicon steel sheets. Sa pamamagitan ng paghahambing ng national standards "JB/T 10088 - 2004 Sound Levels for 6 kV - 500 kV Power Transformers" at "GB/T 22072 - 2008 Technical Parameters and Requirements for Dry-type Amorphous Alloy Core Distribution Transformers", maaaring makita na ang noise requirements para sa dry-type amorphous alloy core distribution transformers sa national standards ay pareho sa silicon steel sheet core distribution transformers.

Ito ay nagdudulot ng hirap sa paggawa ng amorphous dry-type transformers. Gayunpaman, sa pamamagitan ng rational design ng estruktura ng amorphous dry-type transformers, ang ingay ay maaari pa ring kontrolin sa loob ng national standard range. Ang magnetic flux density ay isang mahalagang factor na nakakaapekto sa ingay ng amorphous dry-type transformers.

Para sa bawat 0.05 T increase sa magnetic flux density, ang no-load noise ay tataas ng humigit-kumulang 2 dB(A), at ang transformer noise ay tataas ng 5 dB(A)[1]. Kaya, ang magnetic flux density ng amorphous dry-type transformers ay dapat mapili nang maayos upang makamit ang noise reduction. Sa normal na sitwasyon, sapat na ang magnetic flux density na less than 1.25 T para sa amorphous dry-type transformers.

Ngunit, sa pag-consider ng espesyal na sitwasyon ng mataas na pasahero density sa mga subway, ang noise level ay dapat kontrolin pa rin sa mas mababa, at ang magnetic flux density ay karaniwang pinipili na less than 1.2 T. Bukod dito, ang noise ng amorphous dry-type transformers ay kailangang supilin sa pamamagitan ng pag-optimize ng estruktura. Halimbawa, ang tamang space ay dapat maiwan sa frame na binubuo ng core at clamping pieces upang iwasan ang excessive stress sa core at kontrolin ang pagtaas ng core vibration. Dapat din padin ang sound-absorbing materials sa pagitan ng core at frame upang mabawasan ang noise.

Sa panahon ng transport at installation, ang amorphous dry-type transformers ay dapat maoperasyon nang may tiyak na pag-aayon sa operation specifications at procedures upang iwasan ang mga sitwasyon tulad ng core na nasa ilalim ng stress o tinamaan.

Economic Performance Analysis ng Amorphous Dry-Type Transformers

Ang amorphous dry-type transformers ay may malinaw na energy-saving effects. Ang sumusunod ay nagbibigay ng ekonomiko analysis ng SCBH15-type amorphous dry-type transformers at SCB10-type silicon steel sheet distribution transformers na may iba't ibang capacities. Ang paghahambing ay ginagawa sa halaga ng amorphous materials at silicon steel sheet materials, annual electricity cost savings, bilang ng taon upang makuha ang additional cost, at cost savings, tulad ng ipinapakita sa Table 1.

Makikita sa Table 1 na ang amorphous dry-type transformers ay may mas maraming advantages sa energy-saving kumpara sa traditional silicon steel sheet transformers. Sa pagtranslate sa operating costs, ito ay napakakilala. Ang maximum na bilang ng taon upang makuha ang additional cost ay lamang 5 years, na nagpapakita ng malaking application prospects.

Application at Epekto ng Amorphous Dry-Type Transformers sa mga Subway
Application ng Amorphous Dry-Type Transformers sa mga Subway

Sa pamamagitan ng pagsasalamin sa estruktura at prinsipyong paggana ng amorphous dry-type transformers at economic performance analysis, kasama ang engineering situation ng Line 14 ng Beijing Subway, para sa application scheme ng amorphous dry-type transformers, dapat mag-conduct ng key research sa technical aspects tulad ng short-circuit withstand capability, noise control, loss index, at installation scheme ng amorphous dry-type transformers, upang mabigyan ng buong paggamit ang mahusay na energy-saving performance ng amorphous dry-type transformers at mapataas ang energy-saving level ng mga subway.

On-site Implementation Effect

Gamit ang SCBH15-800/10/0.4 amorphous dry-type transformer na nai-operate na sa Line 14 ng subway bilang halimbawa, sa paghahambing sa SCB10-800/10.0.4 dry-type transformer, ΔP0 = 1.05 kW; ΔPk = 0. Ang taunang pagbawas sa power consumption ng isang unit ay maaaring makalkula gaya ng sumusunod:

ΔWk = 8 760×(1.05 + 0.62×0) = 9 198 kW·h

Sa pamamagitan ng calculation, maaaring makita na ang energy-saving effect ng amorphous dry-type transformers ay napakakilala.

Relevant Suggestions para sa Long-term Online Operation

Para sa mahabang panahon ng operasyon ng amorphous dry-type transformers sa mga linya ng subway, ang kanilang disenyo, produksyon, maintenance, at overhaul ay dapat maayos na gawin ayon sa kanilang unique characteristics. Ang may-akda ay nagbibigay ng mga sumusunod na rekomendasyon:

• Dahil ang magnetic saturation density ng amorphous alloy materials ay mas mababa at ang magnetostriction ay mas malaki, sa panahon ng product design, ang rated magnetic flux density ay hindi dapat itataas nang labis. Sa pangkalahatan, mas maaring pipiliin ang value na below 1.2 T.

• Sa buong proseso ng disenyo at produksyon, dapat bigyan ng sapat na pansin ang short-circuit withstand capability ng amorphous dry-type transformers. Ito ay dapat mapalakas sa pamamagitan ng mga paraan tulad ng process refinement at structural optimization.

• Ang amorphous alloys ay nagpapakita ng napakalaking sensitivity sa mechanical stress. Kaya, sa structural design, kinakailangang iwasan ang traditional design approach na gumagamit ng core bilang pangunahing load-bearing component.

• Upang makamit ang excellent low-loss characteristics, ang annealing ng amorphous alloy core ay isang hindi maaaring iwasang proseso.

• Ang regular na maintenance at repair ng amorphous dry-type transformers ay kinakailangan. Ito ay tumutulong sa pagtanggal ng potential safety hazards at pagpapahaba ng service life ng transformers.

Kasunodan

Sa kontekstong ito ng malakas na pagsuporta ng bansa sa energy conservation at emission reduction, ang lahat ng industriya ay gumagawa ng malaking pagpupunyagi upang bawasan ang energy consumption. Bilang isang mahalagang consumer ng kuryente sa loob ng urban power grids, ang malawakang paggamit ng amorphous dry-type transformers sa mga subway ay nasa tugma sa national industrial policies at may malawak na prospects para sa aplikasyon.

Dapat tandaan na ang cost ng amorphous alloy distribution transformers ay mas mataas kaysa sa traditional silicon steel sheet transformers, at ang kanilang installation ay may ilang unique features. Kaya, dapat mailathala ang isang rational transformer selection scheme batay sa comprehensive analysis ng regional at line-specific conditions.

Dahil ang amorphous alloy distribution transformers ay nangangailangan ng mataas na standard ng disenyo at produksyon processes, sa pagpili ng suppliers, mas maaring pipiliin ang mga enterprises na may track record ng successful applications at may advanced technical capabilities.