Amorfe legerforsterkende transformator anvendelse i METRO strømforsyningsystem

I løpet av de siste årene har den raske utviklingen av bybanens skala i Kina ført til en rask økning i strøm- og belysningsbelastningen i undergrunnsbane, og problemet med elektrisk energi forbruket av egenforbruket i distribusjonstransformatorer har blitt stadig mer fremtredende. Mot bakgrunn av landets fremme av energibesparing og miljøvern, har amorf legemets kjernekjernetransformatorer, som bruker amorf legemets strip med excellent magnetledningsevne som magnetledende materiale, oppnådd relativt lave tomgångsforbruk og tomgångsstrøm, og dermed blitt et av utviklingsretningene for energibesparende transformatorer. Med Beijing Subway Line 14 som bakgrunn starter denne artikkelen med prinsipp, struktur og tekniske kjennetegn for tørre amorf legemets kjernekjernedistribusjonstransformatorer (heretter referert til som "amorfe tørre transformatorer"), gir en kort beskrivelse av påstedsimplementasjonsresultater, og stiller relevante forslag for langtidshandtering, med mål om å gi referanser og erfaringer for valg og bruk av distribusjonstransformatorer i undergrunnsbane.
Struktur og arbeidsprinsipp for amorfe tørre transformatorer
Struktur for amorfe tørre transformatorer
Amorf legemets distribusjonstransformatorer velger et amorf legeme med myk magnetisk egenskap som kjernemateriale. Det har høy saturasjonsmagnetisk induksjonsintensitet, ultra-lav forbruk, lav spenning, og lav coercivity, og er en energibesparende og miljøvennlig transformator med god stabilitet. Amorfe tørre transformatorer kombinerer karakteristikkene til epoksykastede tørre transformatorer, som lav halogeninnhold, brandhindre, lav røykutvikling, og selvslukkingsegenskaper, med lav-forbruk-fordeler av amorf legemets strip, noe som gjør at de kan bedre møte behovene i offentlige miljøer som undergrunnsbane.

Amorf legemets strip er en type tynt (med en tykkelse på omtrent 0.03 mm) og sprøtt magnetisk ledningsmateriale. Derfor er det rimelig å designe dem til en viklet kjernestruktur. For øyeblikket faller strukturen til epoksykastede amorfe tørre transformatorer hovedsakelig inn i to kategorier, nemlig trefas-trebein-struktur og trefas-fembein-struktur, som vist i figur 1. Kjernen i trefas-fembein-strukturen dannes ved å kombinere fire rammer, som vist i figur 2a; kjernen i trefas-trebein-strukturen dannes ved å kombinere tre rammer, som vist i figur 2b. Siden kjernesnittet til amorf legemets transformatorer er rektangulært, blir høy- og lavspenningsspoler generelt designet til en rektangulær struktur med avrundede hjørner. I tillegg, siden magnetfelttettheten og lamelleringfaktoren til amorf legemets kjerner er lavere enn silisijernplater, er volumet av amorf legemets kjerner mye større enn volumet av en silisijernplatekjerner med samme kapasitet. De amorfe tørre transformatorer på en vis undergrunnsbane linje bruker et trefas-fembein-kjernedesign, som har fordeler som god varmeavledning, kompakt overordnet struktur, og relativt lite volum.

Arbeidsprinsipp for amorfe tørre transformatorer

Kristallene i amorf legemets kjernemateriale, silisijern, er mer tilpasset magnetisering og demagnetisering på grunn av strukturen og egenskapene. En typisk amorf legering inneholder omtrent 80% jern, med andre hovedkomponenter som materialer som silisium og bor. Et stort antall tester har vist at krystalliseringstemperaturen for amorf legeme er 550°C, og Curie-temperaturen er omtrent 415°C. Disse temperaturer kan møte kravene for behandlingen av amorf legeme, etterkjøring etter kjernedannelse, normal driftstemperatur, og termisk stabil temperatur under kortslutninger, så det er ingen problemer i bruken av amorfe tørre transformatorer.

Med en trefas, fire-ramme, fem-bein amorf legemets distribusjonstransformator som eksempel, da hver spole er slekt på to rammer med uavhengige magnetiske veier, består magnetfeltet i hver ramme av grunnbølgemagnetfelt og noen tredje-harmoniske magnetfelt. Forholdet mellom tredje-harmoniske og grunnbølge avhenger av den nominerte magnetfelttettheten. Imidlertid er tredje-harmoniske magnetfeltene i de to kjerneframmene i en spole motfasede og like verdier. Derfor er tredje-harmoniske magnetfeltvektoren i hver spole null. Når høyspenningsspolen er koblet i delta (D)-konfigurasjon, er det en vei for tredje-harmoniske strøm i spolen. Dette resulterer i at det generelt ikke finnes noen tredje-harmoniske spenningkomponent i den indukserte sekundærsiden spenningbølgeform. Imidlertid er tomgångsforbruget i hver ramme fortsatt påvirket av tredje-harmoniske strøm i den rammen. De to side-yokes i denne strukturen kan gi en vei for nul-sekvenskomponent eller høyere harmoniske i magnetfeltet.

Hovedtekniske kjennetegn for amorfe tørre transformatorer
Kjennetegn for amorfe tørre transformatorer

Amorf legemets strip er ekstremt følsom for trykk. Når de er skadet, kan de ikke gjenopprettes. Derfor må følgende to punkter være sikret under produksjonsprosessen: For det første bør kjernen bare bære sin egen vekt, og vekten av høy- og lavspenningsspoler støttes av stålkonstruksjoner som bunnen, øvre og nedre klampingdel. For det andre bør kortslutningstoleransen forbedres gjennom optimalisert konstruksjonsdesign.

De rektangulære-spolede amorfe tørre transformatorer er ikke like jevnt fordelt på presset som sirkulære spoler. Når transformatoren står igjen kortslutningsstrøm, er den lange akse-retningen mer utsatt for deformasjon. I faktisk produksjon er høyspenningsspoler faste strukturtråder kastet med epoksyharme og fiksert i harme lag. Dynamiske og termiske stabilitetskalkyler og praktiske simuleringer har bevist at høyspenningsspoler kan stå igjen for elektrodynamisk kraft under kortslutninger.

Lavspenningsspoler er mest viklet med kobberfolie og har en termisk hardnet epoksyharm endefestingstruktur, med litt lavere rigiditet. De er utsatt for deformasjon under kortslutninger, som påfører amorf legemets strip stress. Derfor bør under designprosessen unngås stor forhold mellom lengde- og kort akse av lavspenningsspolestreng. I tillegg, under monteringsprosessen, må støtte mellomrom plasseres mellom kjernen og lavspenningsspoler for å forbedre kortslutningstoleranse.

Transformatorstøy kommer hovedsakelig fra magnetostrinksjonen i kjernen. Magnetostrinksjonen til amorf legeme er omtrent 10% høyere enn silisijernplater. Ved sammenligning av nasjonale standarder "JB/T 10088 - 2004 Lydnivå for 6 kV - 500 kV krafttransformatorer" og "GB/T 22072 - 2008 Tekniske parametre og krav for tørre amorf legemets kjernedistribusjonstransformatorer", kan man se at lydstandarden for tørre amorf legemets kjernedistribusjonstransformatorer i nasjonale standarder er den samme som for silisijernplatekjernedistribusjonstransformatorer.

Dette øker vanskeligheten i produksjonen av amorfe tørre transformatorer. Imidlertid kan støyen fortsatt kontrolleres innenfor nasjonale standarder gjennom rationelt design av strukturen til amorfe tørre transformatorer. Magnetfelttettheten er en viktig faktor som påvirker støyen fra amorfe tørre transformatorer.

For hver 0.05 T økning i magnetfelttetthet, øker tomgångsstøyen med omtrent 2 dB(A), og transformatorstøyen øker med 5 dB(A)[1]. Derfor bør magnetfelttettheten til amorfe tørre transformatorer velges fornuftig for å redusere støy. Under vanlige omstendigheter er en magnetfelttetthet mindre enn 1.25 T tilstrekkelig for amorfe tørre transformatorer.

Men, med tanke på den spesielle situasjonen med høy passasjertetthet i undergrunnsbane, bør støynivået kontrolleres enda lavere, og magnetfelttettheten er generelt valgt til å være mindre enn 1.2 T. I tillegg, støyen fra amorfe tørre transformatorer må undertrykkes gjennom optimalisering av strukturen. For eksempel, bør passende rom lares i rammen sammensatt av kjernen og klampingdelene for å unngå for mye stress på kjernen og kontrollere økningen i kjernervibrasjon. Ljudabsorberende materialer bør også legges mellom kjernen og rammen for å effektivt redusere støy.

Under transport og installasjon, bør amorfe tørre transformatorer strengt opereres i henhold til driftsreglene og -prosedurer for å unngå situasjoner som kjernen blir stresset eller slått.

Økonomisk ytelsesanalyse av amorfe tørre transformatorer

Amorfe tørre transformatorer har tydelige energibesparende effekter. Følgende utfører en økonomisk analyse av SCBH15-type amorfe tørre transformatorer og SCB10-type silisijernplate-distribusjonstransformatorer med ulike kapasiteter. Sammenligningen gjøres i forhold til verdi av amorf materiale og silisijernplatematerial, årlig elektrisitetskostnadssparing, antall år for å gjenoprette den ekstra kostnaden, og kostnadsbesparelse, som vist i tabell 1.

Det kan sees fra tabell 1 at amorfe tørre transformatorer har flere fordeler i energibesparelse sammenlignet med tradisjonelle silisijernplate-transformatorer. Oversatt til driftskostnader, er det ganske bemerkelsesverdig. Maksimalt antall år for å gjenoprette den ekstra kostnaden er bare 5 år, som viser store anvendelsesmuligheter.

Anvendelse og effekt av amorfe tørre transformatorer i undergrunnsbane
Anvendelse av amorfe tørre transformatorer i undergrunnsbane

Gjennom utledelsen av struktur og prinsipp for amorfe tørre transformatorer og økonomisk ytelsesanalyse, i kombinasjon med ingeniørsituasjonen for Line 14 i Beijing Subway, bør for anvendelsesprogrammet for amorfe tørre transformatorer, nøkkelforskning foretas på tekniske aspekter som kortslutningstoleranse, støykontroll, tapindeks, og installasjonsprogram for amorfe tørre transformatorer, for å fullt ut utnytte de gode energibesparende egenskapene til amorfe tørre transformatorer og forbedre energibesparelsen i undergrunnsbane.

Påsteds implementasjonsresultat

Som et eksempel på SCBH15-800/10/0.4 amorf tør transformator som er satt i drift på Line 14 i undergrunnsbane, sammenlignet med SCB10-800/10.0.4 tør transformator, ΔP0 = 1.05 kW; ΔPk = 0. Årlig reduksjon i strømforbruk per enhet kan regnes som følger:

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

Gjennom beregning kan man se at energibesparelsen hos amorfe tørre transformatorer er relativt tydelig.

Relevante forslag for langvarig online drift

For langvarig drift av amorfe tørre transformatorer på undergrunnsbane-linjer, bør deres design, produksjon, vedlikehold og revisjon utføres nøye i henhold til deres unike kjennetegn. Forfatteren stiller fram følgende forslag:

• Ettersom magnetisk saturasjonsdempettheten til amorf legemets materialer er relativt lav og deres magnetostrinksjon er relativt høy, bør den nominerte magnetfelttettheten ikke settes for høyt under produktet design. Generelt sett er det best å velge en verdi under 1.2 T.

• Gjennom hele design- og produksjonsprosesser, må due attention betales til kortslutningstoleransen til amorfe tørre transformatorer. Denne evnen bør forbedres gjennom midler som prosessforfining og strukturoptimalisering.

• Amorf legemer viser ekstrem sensitivitet mot mekanisk stress. Derfor, i strukturdesign, er det nødvendig å unngå tradisjonell designmetode som bruker kjernen som hovedlastbærende komponent.

• For å oppnå fremragende lavtapsegenskaper, er etterkjøring av amorf legemets kjerne en uunngåelig prosess.

• Regelmessig vedlikehold og reparasjon av amorfe tørre transformatorer er essensielt. Dette bidrar til å eliminere potensielle sikkerhetsmessige risikoer og forlenge levetiden til transformatorer.

Konklusjon

Mot bakgrunn av landets ivrige fremme av energibesparing og utslippsreduksjon, gjør alle industrier store anstrengelser for å kutte energiforbruk. Som en betydelig elektrisitetsforbruker i bynett, er bred anvendelse av amorfe tørre transformatorer i undergrunnsbane i tråd med nasjonale industripolitiske retninger og har brede anvendelsesmuligheter.

Det skal merkes at kostnaden for amorf legemets distribusjonstransformatorer er høyere enn tradisjonelle silisijernplate-transformatorer, og deres installasjon har også visse unike trekk. Derfor bør en fornuftig transformatorvalgprogram utformes basert på en helhetlig analyse av regionale og linjespesifikke forhold.

Siden amorf legemets distribusjonstransformatorer krever en høy standard for design- og produksjonsprosesser, er det rådvis å velge leverandører som har en rekke vellykkede anvendelser og besitter avanserte tekniske evner.