Standartların və birləşdirilmiş paylanma ekipmanının struktural performansının təhlili

Birləşmiş elektrik tədarük cihazlarının standartları və klassifikasiyası

Birləşmiş elektrik tədarük cihazlarının nisbətən böyük bir çoxluğu mövcuddur. Müxtəlif növləri arasında paketli transformatoryal, qutu-növü transformatorlar,预制组合式电力设备的种类相对较多。常用的有箱式变电站、箱式变压器、预装式变电站、组合式变压器、欧式箱变和美式箱变等。 【相关标准】 目前我国现行有效的组合式电力设备相关标准主要有：国家标准GB/T 17467-1998《高压/低压预装式变电站》、机械行业标准JB/T 10217-2000《组合式变压器》，以及电力行业的订货标准DL/T 537-2002《高压/低压预装式箱式变电站选型导则》。 1995年，国际电工委员会（IEC）发布了IEC1330-1995《高压/低压预装式变电站》标准。国家标准GB/T 17467-1998《高压/低压预装式变电站》等同于IEC1330标准。该标准中对预装式变电站定义为“经过型式试验的用于从高压系统向低压系统传输电能的成套设备。它包括变压器、高低压开关设备、连接线及其辅助设备，并且这些设备都安装在一个外壳内”。 机械行业标准JB/T 10217-2000《组合式变压器》中规定，组合式变压器的标准定义是：“将变压器本体、开关设备、熔断器、分接开关及相应辅助设备组合在一起的变压器”。 电力行业订货标准DL/T 537-2002《高压/低压预装式箱式变电站选型导则》修订了原DL/T 537-1993《6-35kV箱式变电站订货技术条件》，使箱式变电站的电力行业标准与IEC 1330-1995一致。DL/T 537-2002与IEC 1330-1995（即GB/T 17467-1998）之间的差异如表1所示。 上述三个国内标准均为推荐性标准。由于各行业特点不同，每个标准都有自己的特色。电力行业的订货标准是从用户的角度出发，在国际（国家）标准基础上增加了表1中所列内容，为设备选型提供了更详细的依据。 【组合式电力设备的分类】 尽管有上述标准，但在实际应用中，组合式电力设备的命名并不十分统一，分类也有所不同。主要有两种分类方式：一种是仅将预装式变电站定义为欧式箱变；另一种是将所有组合式电力设备统称为预装式变电站，然后再将预装式变电站分为“欧式箱变”和“美式箱变”。有些供应商为了满足不同用户的需求，甚至有一种产品有两种名称的情况。 【结构与性能分析】 **欧式预装式变电站** 上世纪70年代，我国从法国、德国等欧洲国家引进了6-10kV集成配电设备。这种创新设备将变电站的三大主要组成部分（高压开关设备、变压器、低压配电柜）集成在一个壳体内，形成了预装式变电站的概念。 1993年12月，原电力部发布了行业标准DL/T 537-1993《6-35kV预装式变电站技术条件》。该标准第3.1条明确规定：“由高压配电装置、电力变压器、低压配电装置及电能计量装置组成的一个或多个柜体内的紧凑型完整配电组合，称为预装式变电站，简称箱式变电站。”源于欧洲设计，这种配置被称为欧式预装式变电站。 1998年发布国家标准GB/T 17467-1998《高压/低压预装式变电站》后，正式术语过渡到“预装式变电站”。但用户和制造商在实际使用中仍习惯称其为箱式变电站或欧式变电站。 **结构特点：** 欧式变电站通常由三个功能隔室组成： - 高压室 - 低压室 - 变压器室 两种主要布局形式： - 直线布局：标准配置 - 三角形布局：适用于复杂的低压电路需求 **相对于传统变电站的性能优势：** - 负荷接近优化： - 供电半径减少40-60% - 电缆投资成本降低25-35% - 线路损耗降低15-20% - 空间效率： - 占地面积约为传统变电站的10% - 土建成本降低60-70% - 安装简化： - 现场施工时间减少50-60% **技术限制及解决方案：** 封装设计带来了关键的热管理挑战： - 散热受限导致内部温度升高（典型ΔT增加：8-12°C） - 潜在的热影响组件稳定性（估计每上升10°C性能下降3-5%） 工业缓解策略包括： - 先进通风系统： - 迷宫结构的外壳壁 - 轴流排风扇（通常容量为200-400 CFM） - 热增强措施： - 散热器优化（表面积增加20-30%） - 耐热绝缘材料（H级或更高） 这些解决方案虽然有效，但也引入了以下问题： - 结构复杂（制造周期延长15-20%） - 额外能耗（辅助系统：总负荷的5-8%） - 噪声排放（典型噪声水平增加3-5 dBA） **近期技术进步：** 领先制造商在热管理方面取得了突破性发展： - 新型变压器散热配置（效率提高12-15%） - 优化外壳空气动力学（温度降低6-8°C） - 认证的大容量设计（≥800kVA）无需强制通风 - 符合GB 1094.11干式变压器热限值（最大绕组温升100K） 这些创新在符合国家标准的同时实现了： - 节能（风扇功率减少100%） - 噪声水平降低（4-7 dBA） - 运行可靠性提高（MTBF改善20-25%） **美式箱变（组合式变压器）** 上世纪90年代，美式分相三相配电变压器进入中国市场。根据美国国家标准（ANSI）C57.12.26-1992《带高压插头连接器的垫装分相自冷三相配电变压器标准》，高压电缆通过高压隔室中的电缆连接器连接到变压器，低压电缆通过螺栓连接到低压隔室中的低压端子。垫装分相配电变压器的油箱配备有高压熔断器和四位置负荷开关。变压器可以作为终端运行或在网络中运行，保护和控制变压器高压侧的供电状态。 中国的变压器制造商在美式产品的低压隔室中增加了低压断路器和电能表，使其成为组合式电力设备。这些设备广泛应用于住宅社区。为了与欧式箱变区分开来，它们被称为美式箱变，也称为组合式变压器。机械行业标准JB/T 10217-2000《组合式变压器》详细阐述了组合式变压器的标准定义（如上所述）。在3.7中，它定义了“高、低压隔室”为“高、低压电缆终端和电气元件的操作和控制部分被钢板包围的空间，依靠油箱壁”。这是与欧式箱变在结构上的一个区别。 该标准根据油箱结构将组合式变压器（美式箱变）分为两种类型：共箱式和分箱式。在共箱式中，高压电气元件与变压器本体共享一个变压器油箱，用字母ZG表示。在分箱式中，负荷开关等高压电气元件放置在单独的油箱中，而其他高压电气元件和变压器本体安装在另一个油箱中。两个油箱的油路不连通，用字母ZF表示。 **共箱式组合变压器** 除了具有欧式箱变的优点外，共箱式组合变压器还具有以下优点： - 占地面积小：约占欧式箱变面积的3/5。 - 散热好：变压器直接暴露，有利于散热。结构相对简单，售价相对较低（约为欧式箱变的3/5）。 - 运输和安装方便：体积较小，运输和安装更加方便。 在中国背景下，直接从国外进口的美式箱变存在以下缺陷： - 变压器油劣化：当高压负荷开关操作时，产生的电弧可能导致变压器油分解，影响美式箱变的整体使用寿命。 - 缺相运行：当高压熔断器熔断时，可能导致变压器缺相运行。 - 高压电路功能有限：高压电路功能较为简单，不能完全满足当前电气运行规程的要求。例如，高压负荷开关没有明显的断开点。 为了解决这些问题，国内制造商进行了多项改进。如前所述，在美式箱变的低压隔室中增加了低压断路器（通常是智能空气断路器），实现过载、欠压、短路、接地等多种故障保护。这样消除了因低压馈线短路或过载而导致高压熔断器熔断的现象，避免了变压器缺相运行。其次，对高压部分进行了重新设计。例如，在高压保护方面，美式箱变采用负荷开关切断负载电源，依靠后备保护熔断器和插入式熔断器进行全范围电源保护。 **分箱式组合变压器** 到目前为止，变压器制造商生产的大多数美式箱变属于ZG型共箱式组合变压器。为了消除上述共箱式组合变压器的缺点，国内变压器制造商将负荷开关和后备保护熔断器等高压元件与变压器油箱分离。在负荷开关等高压元件的小隔室内注入高闪点油，在变压器油箱内注入普通25号油。这不仅解决了负荷开关操作导致变压器油老化的问题，还解决了整个变压器油箱使用高闪点油（由于其粘度高）带来的散热问题。 **非晶合金变压器的应用** 变压器是箱式变电站中体积最大、发热最多的部件。其结构特点和损耗水平直接影响箱式变电站的整体设计。 1996年，中国成功开发并生产了500kVA以下的非晶态配电变压器，但产量较小，未能大规模生产。1998年，上海新电电器公司从美国通用电气（GE）引进了非晶变压器的设计和制造技术，实现了大规模生产。目前已有20多家非晶变压器生产厂家。非晶合金铁芯的空载损耗仅为S9系列的20%，节能效果非常明显。 ANSI配电变压器标准也在更广泛的变压器技术和市场中发挥作用。然而，限制国内箱式变电站采用非晶合金变压器的主要因素是价格，需要国家实施相应的激励政策。实际上，国内外对使用非晶合金变压器有很多激励政策。据台湾厂商介绍，台湾地区制定了严格的非晶合金变压器产品标准。无论用户购买非晶合金变压器，都可以根据变压器容量获得补贴，每千瓦奖励数万新台币。 **欧式箱变与美式箱变的比较** 如上所述，美式箱变和欧式箱变在体积、占地面积和环境协调方面都有共同的优势。美式箱变常常参考ANSI配电变压器相关规范进行设计，在占地面积、价格和散热等方面甚至优于欧式箱变。例如，DXB(W)-1.10型箱式变电站中，变压器的高低压套管、分接开关、油枕和放油阀安装在一侧壁上，分别封闭在高低压设备隔室内。变压器因此成为箱式变电站外壳的一部分，其余三面墙则装配有暴露在空气中的波纹散热片。这改善了散热条件，减少了某些损耗。 然而，由于美式箱变的散热部分长期暴露在空气中，出现了新的问题，如自然环境引起的材料腐蚀，影响设备的整体使用寿命。此外，在夏季，美式箱变的散热片温度可达到80-90°C以上，对意外靠近的人造成烫伤风险。 采用非晶合金变压器的欧式箱变是国内厂家新开发的产品。它们是在非晶合金组合变压器（包括共箱式和分箱式）之后的技术进步。通过改进其他散热设计，它们在满足国家标准温升要求的同时，实现了自然冷却，消除了通风风扇的能耗和噪音。因此，非晶合金欧式箱变具有优良的技术特性。 **结论** 随着标准的进一步推广，组合式电力设备的命名应更加统一。技术的发展和制造工艺及结构的改进使美式和欧式箱变相比传统变电站更具优势。它们更好地适应了市场对电力设备小型化、环境协调、多功能化和可靠供电的需求。如果使用非晶合金等环保节能材料能够得到一定的政策激励，国产箱式变电站的技术经济性能将进一步提升。