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

Sa mga nakaraang taon, habang patuloy na lumalago ang saklaw ng urbano na riles na transportasyon sa Tsina, ang kargamento ng kuryente at ilaw ng subway ay mabilis na tumaas, at ang problema ng enerhiyang inilalaan para sa sariling pagkawala ng mga distribusyon transformer ay naging mas napakita. Sa likod ng kontekstong ito ng pagsuporta ng bansa sa pag-iipon ng enerhiya at pangangalaga sa kapaligiran, ang mga 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. Batay sa Linya 14 ng Beijing Subway, ang papel na ito ay nagsisimula sa mga prinsipyo, estruktura, at teknikal na katangian ng mga dry-type amorphous alloy core distribution transformers (sa ibaba ito ay tinatawag na "amorphous dry-type transformers"), nagbibigay ng maikling paglalarawan ng epekto ng pagpapatupad sa lugar, at nagpapahayag ng mga kaugnay na rekomendasyon para sa mahabang-termyong operasyon, na may layuning magbigay ng sanggunian at karanasan para sa pagpili at paggamit ng mga distribution transformer sa subway.
Estruktura at Paggana ng Amorphous Dry-Type Transformers
Estruktura ng Amorphous Dry-Type Transformers
Ang mga amorphous alloy distribution transformers ay pinili ang isang amorphous alloy na may soft magnetic properties bilang materyal ng core. Ito ay may mataas na saturation magnetic induction intensity, ultra-low losses, mababang exciting current, at mababang coercivity, at isang energy-saving at eco-friendly na transformer na may mahusay na estabilidad. Ang mga amorphous dry-type transformers ay nagpapakita ng mga katangian ng epoxy-cast dry-type transformers, tulad ng mababang halaga ng halogen, retardancy, mababang paggawa ng usok, at self-extinguishing properties, kasama ang low-loss na mga benepisyo ng amorphous alloy strips, na nagbibigay-daan para sa kanila na mas maayos na tugunan ang mga pangangailangan ng publikong kapaligiran tulad ng subway.

Ang mga amorphous alloy strips ay isang uri ng delikado (na may lapad na humigit-kumulang 0.03 mm) at magnetic-conducting materials. 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, 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 nabuo sa pamamagitan ng pagsasama ng apat na frames, tulad ng ipinapakita sa Figure 2 a; ang core ng three-phase three-limb structure ay nabuo sa pamamagitan ng pagsasama ng tatlong frames, 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 disenyo sa 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 ng 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, kompakto ang buong estruktura, at relatibong maliit ang volume.

Paggana ng Amorphous Dry-Type Transformers

Ang mga crystals ng amorphous alloy core material, silicon steel, ay mas makakatulong sa magnetization at demagnetization dahil sa kanilang estruktura at katangian. Ang isang typical na amorphous alloy ay naglalaman ng humigit-kumulang 80% iron, na ang iba pang pangunahing sangkap ay mga materyales tulad ng silicon at boron. Maraming mga test ang nagpapakita 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 upang tugunan ang mga pangangailangan para sa pagproseso ng amorphous alloy, ang annealing pagkatapos ng core forming, ang normal na operating temperature, at ang thermal-stable temperature sa panahon ng short-circuits, kaya walang mga isyu sa paggamit ng amorphous dry-type transformers.

Bilang halimbawa, ang isang three-phase, four-frame, five-limb amorphous alloy distribution transformer, dahil ang bawat winding ay naka-sleeved sa dalawang frames 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 daan para sa third-harmonic current sa coil. Bilang resulta, wala ng karaniwan ang third-harmonic voltage component sa induced secondary-side voltage waveform. Gayunpaman, 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 daan 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 mga amorphous alloy strips ay lubhang sensitibo sa presyon. Kapag nasira, hindi ito maaaring mabawi. Kaya, sa proseso ng paggawa, dapat siguraduhin ang sumusunod na dalawang punto: Una, ang core ay nagdudusa lamang ng sariling bigat, at ang bigat 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 naipapahusay sa pamamagitan ng optimized design structure.

Ang mga rectangular-structured windings ng amorphous dry-type transformers ay hindi tulad ng circular windings na nasa uniform stress. Kapag ang transformer ay nagdudusa ng short-circuit current, ang long-axis direction ay mas madaling mabuwisit. Sa aktwal na produksyon, ang high-voltage windings ay rigid-structured wires na casted ng epoxy resin at nakafix sa resin layer. Ang dynamic at thermal stability calculations at practical simulations ay nagpatunay na ang high-voltage coils ay maaaring tumahan ng electrodynamic force sa panahon ng short-circuits.

Ang mga low-voltage windings ay kadalasang wound ng copper foils at may thermally cured epoxy-resin end-sealing structure, na may kaunti lang na rigidity. Sila ay madaling mabuwisit sa panahon ng short-circuits, na nagpapahilo ng tensyon 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 proseso ng assembly, dapat ilagay ang supporting spacers sa pagitan ng core at low-voltage coils upang mapalakas 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 mga requirement para sa ingay ng dry-type amorphous alloy core distribution transformers sa national standards ay pareho sa silicon steel sheet core distribution transformers.

Ito ay nagdulot ng hirap sa paggawa ng amorphous dry-type transformers. Gayunpaman, sa pamamagitan ng rational na disenyo 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 na pagtaas ng magnetic flux density, ang no-load noise ay tumataas ng humigit-kumulang 2 dB(A), at ang transformer noise ay tumataas ng 5 dB(A)[1]. Kaya, ang magnetic flux density ng amorphous dry-type transformers ay dapat na maayos na pipiliin upang makamit ang pagbawas ng ingay. Sa normal na sitwasyon, ang magnetic flux density na mas mababa sa 1.25 T ay sapat para sa amorphous dry-type transformers.

Gayunpaman, sa pag-consider ng espesyal na sitwasyon ng mataas na densidad ng pasahero sa subway, ang antas ng ingay ay dapat na kontrolin pa rin, at ang magnetic flux density ay karaniwang pinipili na mas mababa sa 1.2 T. Bukod dito, ang ingay ng amorphous dry-type transformers ay dapat na supilin sa pamamagitan ng pag-optimize ng estruktura. Halimbawa, ang angkop na puwang ay dapat ilagay sa frame na binubuo ng core at clamping pieces upang iwasan ang excessive stress sa core at kontrolin ang pagtaas ng vibration ng core. Ang sound-absorbing materials ay dapat din ilagay sa pagitan ng core at frame upang mabawasan ang ingay.

Sa panahon ng pagpapadala at installation, ang mga amorphous dry-type transformers ay dapat na mastrictly sundin ang operation specifications at procedures upang iwasan ang mga sitwasyon tulad ng core na nagdudusa ng stress o knocked.

Economic Performance Analysis ng Amorphous Dry-Type Transformers

Ang mga amorphous dry-type transformers ay may malinaw na epekto sa pag-iipon ng enerhiya. Ang sumusunod ay isang ekonomiko na analisis 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, ang bilang ng taon para bumawi ng additional cost, at cost savings, tulad ng ipinapakita sa Table 1.

Maaaring makita mula sa Table 1 na ang mga amorphous dry-type transformers ay may mas maraming benepisyo sa pag-iipon ng enerhiya kaysa sa tradisyonal na silicon steel sheet transformers. Naipapahayag sa operating costs, ito ay napakalamang. Ang maximum na bilang ng taon para bumawi ng additional cost ay lamang 5 taon, na nagpapakita ng malaking application prospects.

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

Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng estruktura at prinsipyo ng amorphous dry-type transformers at ekonomiko na analisis, kasama ang engineering situation ng Linya 14 ng Beijing Subway, para sa application scheme ng amorphous dry-type transformers, ang key research ay dapat gawin sa teknikal na aspeto tulad ng short-circuit withstand capability, noise control, loss index, at installation scheme ng amorphous dry-type transformers, upang mabigyan ng full play ang mahusay na performance ng pag-iipon ng enerhiya ng amorphous dry-type transformers at mapataas ang antas ng pag-iipon ng enerhiya sa subway.

On-site Implementation Effect

Bilang halimbawa, ang SCBH15-800/10/0.4 amorphous dry-type transformer na naisalin sa Linya 14 ng subway, 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 bilang sumusunod:

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

Sa pamamagitan ng pagkalkula, maaaring makita na ang epekto ng pag-iipon ng enerhiya ng amorphous dry-type transformers ay malinaw.

Relevant Suggestions para sa Long-term Online Operation

Para sa mahabang-termyong operasyon ng amorphous dry-type transformers sa linya ng subway, ang kanilang disenyo, paggawa, maintenance, at overhaul ay dapat na maingat na gawin batay sa kanilang unikong katangian. Ang may-akda ay nagpapahayag ng mga sumusunod na rekomendasyon:

• Dahil ang magnetic saturation density ng amorphous alloy materials ay mas mababa at ang magnetostriction ay mas malaki, sa proseso ng product design, ang rated magnetic flux density ay hindi dapat itakda ng sobrang mataas. Sa pangkalahatan, ang mas mabuti na pagpipilian ay ang isang halaga na mas mababa sa 1.2 T.

• Sa buong proseso ng disenyo at paggawa, dapat bigyan ng pansin ang short-circuit withstand capability ng amorphous dry-type transformers. Dapat na palakihin ang capability na ito sa pamamagitan ng mga paraan tulad ng process refinement at structural optimization.

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

• Upang makamit ang excellent low-loss characteristics, ang annealing ng amorphous alloy core ay isang indispensable na proseso.

• Ang regular na maintenance at repair ng amorphous dry-type transformers ay essential. Ito ay tumutulong na alisin ang potential na safety hazards at palakihin ang service life ng transformers.

Kasimpulan

Sa kontekstong ng pagsuporta ng bansa sa pag-iipon ng enerhiya at pagbawas ng emission, ang lahat ng industriya ay gumagawa ng malaking effort upang bawasan ang paggamit ng enerhiya. Bilang isang mahalagang consumer ng kuryente sa urban power grids, ang malawakang paggamit ng amorphous dry-type transformers sa subway ay sumasang-ayon sa national industrial policies at may malawak na application prospects.

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

Dahil ang amorphous alloy distribution transformers ay nangangailangan ng mataas na pamantayan ng disenyo at proseso ng paggawa, kapag pinili ang suppliers, mas magandang pumili ng mga enterprise na may track record ng successful applications at may advanced technical capabilities.