تحليل المعايير والأداء الهيكلي للمعدات التوزيعية المجمعة
معايير وتوصيفات أجهزة توزيع الطاقة المركبة
هناك تنوع كبير نسبيًا من أجهزة توزيع الطاقة المركبة. ومن بين الأنواع الشائعة الاستخدام المحطات الكهربائية المعبأة، ومحولات الصندوق، والمحطات الفرعية المجمعة مسبقًا، ومحولات التجميع، ومحطات الصندوق الأوروبية، ومحطات الصندوق الأمريكية.
المعايير ذات الصلة بأجهزة توزيع الطاقة المركبة
تشمل المعايير ذات الصلة الحالية لأجهزة توزيع الطاقة المركبة في الصين بشكل أساسي: المعيار الوطني GB/T 17467 - 1998 محطات فرعية مجمعة عالية/منخفضة الجهد مسبقة التصنيع، ومعيار صناعة الآلات JB/T 10217 - 2000 محولات التجميع، ومعيار طلب صناعة الكهرباء DL/T 537 - 2002 إرشادات اختيار محطات فرعية عالية/منخفضة الجهد مسبقة التصنيع بالصندوق.
في عام 1995، نشرت اللجنة الدولية للكهروتقنية (IEC) المعيار IEC1330 - 1995 محطات فرعية عالية/منخفضة الجهد مسبقة التصنيع. يعادل المعيار الوطني GB/T 17467 - 1998 محطات فرعية عالية/منخفضة الجهد مسبقة التصنيع معيار IEC1330. وفي هذا المعيار، يتم تعريف المحطة الفرعية المسبقة التصنيع على أنها "معدات خضعت لاختبارات النموذج وتستخدم لنقل الطاقة الكهربائية من نظام عالي الجهد إلى نظام منخفض الجهد. تتضمن المحولات، ومعدات التبديل عالية/منخفضة الجهد، وخطوط الربط، والمعدات المساعدة المغلقة في غلاف خارجي".
يوضح معيار صناعة الآلات JB/T 10217 - 2000 محولات التجميع أن التعريف القياسي لمحول التجميع هو: "محول يجمع بين جسم المحول، ومعدات التبديل، والصواميل، وأجهزة تغيير الخطوات، والمعدات المساعدة المقابلة".
معيار طلب صناعة الكهرباء DL/T 537 - 2002 إرشادات اختيار محطات فرعية عالية/منخفضة الجهد مسبقة التصنيع بالصندوق قام بتعديل المعيار الأصلي DL/T 537 - 1993 شروط تقنية لطلب محطات فرعية بالصندوق من 6-35 كيلوفولت، مما يجعل معيار صناعة الكهرباء لمحطات الفرعية بالصندوق متوافقًا مع IEC 1330 - 1995. تظهر الاختلافات بين DL/T 537 - 2002 و IEC 1330 - 1995 (أي GB/T 17467 - 1998) في الجدول 1.
الثلاثة معايير المحلية المذكورة أعلاه هي معايير موصى بها. وبسبب الخصائص المختلفة للمختلف الصناعات، لكل معيار مميزاته الخاصة. يعتبر معيار طلب صناعة الكهرباء من وجهة نظر المستخدم، بناءً على المعايير الدولية (الوطنية)، ويضيف المحتوى المقدم في الجدول 1، مما يوفر أساسًا أكثر تفصيلاً لاختيار المعدات.
تصنيف أجهزة توزيع الطاقة المركبة
رغم المعايير المذكورة أعلاه، فإن تسمية أجهزة توزيع الطاقة المركبة في التطبيقات العملية ليست موحدة جدًا، كما يختلف التصنيف أيضًا. هناك بشكل أساسي فئتان: الأولى تحدد محطات الفرعية المجمعة فقط بأنها محطات صندوق أوروبية؛ والفئة الثانية تسمي جميع أجهزة توزيع الطاقة المركبة بمحطات فرعية مجمعة، ثم تنقسم محطات الفرعية المجمعة إلى "محطات صندوق أوروبية" و"محطات صندوق أمريكية". بعض الموردين، من أجل تلبية احتياجات المستخدمين المختلفة، لديهم حتى منتج بأسماء متعددة.
تحليل الهيكل والأداء
محطة صندوق أوروبية مسبقة التصنيع
في السبعينيات، استوردت الصين معدات توزيع طاقة متكاملة من 6-10 كيلوفولت من الدول الأوروبية مثل فرنسا وألمانيا. هذه المعدات المبتكرة دمجت الثلاثة مكونات الرئيسية للمحطة الفرعية (معدات التبديل عالية الجهد، والمحول، وخزان التوزيع المنخفض الجهد) في غلاف واحد، مما أنشأ مفهوم المحطة الفرعية المسبقة التصنيع.
في ديسمبر 1993، أصدرت وزارة الكهرباء السابقة المعيار الصناعي DL/T 537-1993 "مواصفات فنية لمحطات فرعية مسبقة التصنيع من 6-35 كيلوفولت". المادة 3.1 من هذا المعيار تحدد بشكل صريح: "التجميع الكامل للطاقة المدمجة يتكون من معدات التوزيع عالية الجهد، ومحولات الطاقة، ومعدات التوزيع المنخفضة الجهد، وأجهزة قياس الطاقة الكهربائية الموجودة داخل صندوق واحد أو عدة صناديق يطلق عليها محطة فرعية مسبقة التصنيع، اختصارًا محطة صندوق". وقد أصبح هذا التصميم المعتمد على التصميم الأوروبي معروفًا باسم محطة صندوق أوروبية.
بعد إصدار المعيار الوطني GB/T 17467-1998 "محطات فرعية عالية/منخفضة الجهد مسبقة التصنيع" في عام 1998، تم الانتقال إلى المصطلح الرسمي "محطة فرعية مسبقة التصنيع". ومع ذلك، يستمر المستخدمون والشركات المصنعة في الإشارة إلى هذه التثبيتات كمحطات صندوق أو محطات صندوق أوروبية في الممارسة العامة.
خصائص الهيكل:
تتألف محطة الصندوق الأوروبية عادة من ثلاثة أقسام وظيفية:
غرفة الجهد العالي
غرفة الجهد المنخفض
غرفة المحول
تستخدم هياكلان رئيسيتان:
الترتيب الخطي: التكوين القياسي
الترتيب المثلثي: يستخدم لمتطلبات الدائرة المنخفضة الجهد المعقدة
مزايا الأداء مقارنة بالمحطات الفرعية التقليدية:
تحسين القرب من الحمل:
يقلل من نصف قطر التغذية بنسبة 40-60%
يقلل من تكلفة الاستثمار في الكابلات بنسبة 25-35%
يقلل من خسائر الخط بنسبة 15-20%
كفاءة المساحة:
تستحوذ على حوالي 10% من المساحة التي تستحوذ عليها المحطة الفرعية التقليدية
تخفض تكاليف الهندسة المدنية بنسبة 60-70%
تبسيط التركيب:
تقل نسبة الوقت المطلوبة للبناء في الموقع بنسبة 50-60%
القيود الفنية والحلول:
تقدم تصميم التغليف تحديات حرارية حرجة:
تقييد التبريد يرفع درجة الحرارة الداخلية (زيادة ΔT النموذجية: 8-12°C)
تأثيرات حرارية محتملة على استقرار المكونات (تقدير انخفاض الأداء: 3-5% لكل زيادة 10°C)
تشمل استراتيجيات التخفيف الصناعية:
أنظمة التهوية المتقدمة:
جدران الغلاف ذات البنية المتاهية
مراوح العادم المحورية (عادة بقدرة 200-400 CFM)
تدابير تحسين الحرارة:
تحسين المبرد (زيادة مساحة السطح بنسبة 20-30%)
مواد العزل مقاومة للحرارة (فئة H أو أعلى)
هذه الحلول، رغم فعاليتها، تقدم:
تعقيد الهيكل (تمديد دورة التصنيع: 15-20%)
استهلاك طاقة إضافي (أنظمة مساعدة: 5-8% من الحمل الكلي)
انبعاثات صوتية (زيادة مستوى الضوضاء النموذجي: 3-5 dBA)
أحدث التطورات التكنولوجية:
حققت الشركات المصنعة الرائدة تطورات كبرى في إدارة الحرارة:
تكوينات جديدة للتبريد للمحولات (تحسين الكفاءة: 12-15%)
تحسين الديناميكيات الهوائية للغلاف (انخفاض درجة الحرارة: 6-8°C)
تصميمات عالية السعة معتمدة (≥800kVA) دون تهوية قسرية
الامتثال لحدود الحرارة لمحولات الجاف GB 1094.11 (ارتفاع درجة الحرارة القصوى لللفائف: 100K)
تحافظ هذه الابتكارات على الامتثال للمعايير الوطنية بينما تحقق:
ترشيد الطاقة (تخفيض استهلاك الطاقة للمراوح: 100%)
تخفيض مستوى الضوضاء (4-7 dBA)
تحسين موثوقية التشغيل (تحسين MTBF: 20-25%)
محطات صندوق أمريكية (محولات تجميع)
في التسعينيات، دخلت محولات التوزيع ثلاثية الأطوار المجزأة الأمريكية السوق الصينية. وفقًا للمعيار الأمريكي الوطني (ANSI) C57.12.26 - 1992 معيار لمحولات التوزيع ثلاثية الأطوار ذات الصندوق الذاتي التبريد مع موصلات عالية الجهد قابلة للتركيب، يتم توصيل الكابلات عالية الجهد بالمحول عبر موصلات الكابل في القسم العالي الجهد، وتوصيل الكابلات المنخفضة الجهد بالطرفيات المنخفضة الجهد بواسطة البراغي في القسم المنخفض الجهد. يتم تزويده خزان زيت المحول المثبت على الصندوق بالمصافي عالية الجهد ومحولات الحمل ذات الأربعة مواقف. يمكن للمحول العمل كنقطة نهاية أو في شبكة حلقة، مما يحمي ويتحكم في حالة التغذية على الجانب العالي الجهد للمحول.
أضافت شركات تصنيع المحولات في الصين قواطع دوائر منخفضة الجهد وأجهزة قياس الكهرباء إلى الأقسام المنخفضة الجهد من المنتجات الأمريكية، مما حولها إلى أجهزة توزيع طاقة مركبة. يتم استخدام هذه الأجهزة على نطاق واسع في المجتمعات السكنية. لتفرقة هذه الأجهزة عن محطات الصندوق الأوروبية، تُعرف باسم محطات الصندوق الأمريكية، أو محولات التجميع. يشرح معيار صناعة الآلات JB/T 10217 - 2000 محولات التجميع التعريف القياسي لمحولات التجميع (كما ذُكر أعلاه). في البند 3.7، يتم تعريف "الأقسام عالية ومنخفضة الجهد" بأنه "مساحات حيث يتم تغليف نهايات الكابلات عالية ومنخفضة الجهد وأجزاء التشغيل والتحكم في المكونات الكهربائية بواسطة صفائح فولاذية، معتمدة على جدران خزان الزيت". هذه واحدة من الاختلافات الهيكلية عن محطات الصندوق الأوروبية.
يصنف هذا المعيار محولات التجميع (محطات الصندوق الأمريكية) إلى نوعين حسب هيكل خزان الزيت: النوع المشترك للخزان والنوع المنفصل للخزان. في النوع المشترك للخزان، يتم مشاركة خزان زيت المحول مع جسم المحول، ويُرمز له بالحرف ZG. في النوع المنفصل للخزان، يتم وضع المكونات الكهربائية عالية الجهد مثل محولات الحمل في خزان زيت منفصل، بينما يتم تركيب المكونات الكهربائية عالية الجهد الأخرى وجسم المحول في خزان زيت آخر. الدوائر الزيتية للخزانين غير متصلة، ويُرمز لها بالحرف ZF.
محولات التجميع ذات الخزان المشترك
بالإضافة إلى مزايا محطات الصندوق الأوروبية، تتمتع محولات التجميع ذات الخزان المشترك بالمزايا التالية:
مساحة أقل: تحتل حوالي 3/5 من مساحة محطة الصندوق الأوروبية.
تبريد أفضل: يتم تعرض المحول مباشرة، مما يكون مفيدًا للتبريد. الهيكل نسبيًا بسيط، والسعر البيعي أقل نسبيًا (حوالي 3/5 سعر محطة الصندوق الأوروبية).
سهولة النقل والتركيب: أصغر حجمًا، مما يجعل النقل والتركيب أكثر سهولة.
تحتوي محطات الصندوق الأمريكية المستوردة مباشرة من الخارج على النقص التالي في السياق الصيني:
تدهور زيت المحول: عندما تعمل محولات الحمل عالية الجهد، قد يؤدي القوس الذي يتم إنتاجه إلى تحلل زيت المحول، مما يؤثر على عمر الخدمة الكلي لمحطة الصندوق الأمريكية.
عمل بدون مرحلة: عندما ينفجر المصاف عالية الجهد، قد يؤدي ذلك إلى عمل المحول بدون مرحلة.
وظائف محدودة للدائرة عالية الجهد: الدائرة عالية الجهد لديها وظائف نسبيًا بسيطة، والتي لا تلبي تمامًا متطلبات اللوائح الحالية للتشغيل الكهربائي. على سبيل المثال، ليس لمحولات الحمل عالية الجهد نقطة قطع واضحة.
لحل هذه المشاكل، قام المصنعين المحليون بعدة تحسينات. كما ذُكر أعلاه، تم إضافة قواطع دوائر منخفضة الجهد (عادة قواطع دوائر هوائية ذكية) إلى الأقسام المنخفضة الجهد من محطات الصندوق الأمريكية لتحقيق حماية متعددة للأعطال مثل الزائد، والانخفاض، والدائرة القصيرة، والتوصيل بالأرض. هذا يزيل ظاهرة انفجار المصاف عالية الجهد بسبب الدوائر القصيرة أو الزائد في خطوط التغذية المنخفضة الجهد، مما يتجنب عمل المحول بدون مرحلة. ثانياً، تم إعادة تصميم الجزء العالي الجهد. على سبيل المثال، فيما يتعلق بالحماية عالية الجهد، تستخدم محطات الصندوق الأمريكية محولات الحمل لقطع تغذية الحمل وتعتمد على مصافي الحماية الاحتياطية ومصافي التوصيل القابلة للتركيب للحماية الكاملة للطاقة.
محولات التجميع ذات الخزان المنفصل
حتى الآن، معظم محطات الصندوق الأمريكية المصنعة من قبل شركات تصنيع المحولات تنتمي إلى محولات التجميع ذات الخزان المشترك من نوع ZG. لإزالة عيوب محولات التجميع ذات الخزان المشترك المذكورة أعلاه، قام المصنعين المحليون بفصل المكونات عالية الجهد مثل محولات الحمل ومصافي الحماية الاحتياطية عن خزان زيت المحول. يتم حقن زيت ذات نقطة تقطير عالية في الأقسام الصغيرة للمكونات عالية الجهد مثل محولات الحمل، بينما يتم حقن زيت رقم 25 العادي في خزان زيت المحول. هذا يحل مشكلة تقادم زيت المحول الناجم عن تشغيل محولات الحمل ويتعامل مع مشكلة التبريد الناجمة عن استخدام زيت ذات نقطة تقطير عالية في خزان زيت المحول بأكمله (بسبب لزوجته العالية).
اعتماد محولات الألواح اللاكريستالية
المحول هو المكون الأكبر حجمًا والأكثر توليدًا للحرارة في محطة الصندوق. خصائصه الهيكلية ومستوى الخسائر مرتبطة مباشرة بتصميم محطة الصندوق بأكملها.
في عام 1996، نجحت الصين في تطوير وإنتاج محولات توزيع بلا كريستال أقل من 500 كيلو فولت، ولكن كمية الإنتاج كانت صغيرة ولم يتم تحقيق الإنتاج الكبير. في عام 1998، أدخلت شركة شنغهاي للكهرباء الجديدة التكنولوجيا المصممة والتصنيعية لمحولات الألواح اللاكريستالية من جنرال إلكتريك (GE) في الولايات المتحدة للإنتاج الكبير. حالياً، هناك أكثر من 20 شركة لتصنيع محولات الألواح اللاكريستالية. خسارة عدم الحمل لألواح الحديد اللاكريستالية هي 20% من سلسلة S9، مما يظهر تأثير توفير الطاقة非常明显，您提供的内容已经翻译成阿拉伯语。如果您还有其他需要翻译的内容或有其他问题，请告诉我！
