Анализ на стандарти и конструктивно изпълнение на комбинирано разпределително оборудване
Стандарти и класификация на комбинирани устройства за разпределение на електроенергия
Има относително голям асортимент от комбинирани устройства за разпределение на електроенергия. Често използваните включват пакетни подстанции, кутийни трансформатори, предварително събраните подстанции, комбинирани трансформатори, европейски стилови кутийни подстанции и американски стилови кутийни подстанции.
Съответстващи стандарти за комбинирани устройства за разпределение на електроенергия
В момента действащите съответстващи стандарти за комбинирани устройства за разпределение на електроенергия в Китай включват: националния стандарт GB/T 17467 - 1998 Предварително събрани високонапрегнати/нисконапрегнати подстанции, механичния промишлен стандарт JB/T 10217 - 2000 Комбинирани трансформатори и стандарта за поръчки на електроенергийния сектор DL/T 537 - 2002 Ръководство за избор на предварително събрани високонапрегнати/нисконапрегнати кутийни подстанции.
През 1995 г. Международната електротехническа комисия (IEC) публикува стандарта IEC1330 - 1995 Предварително събрани високонапрегнати/нисконапрегнати подстанции. Националният стандарт GB/T 17467 - 1998 Предварително събрани високонапрегнати/нисконапрегнати подстанции е еквивалентен на стандарта IEC1330. В този стандарт предварително събраната подстанция е дефинирана като „оборудване, което е преминало типови изпити и е използвано за пренос на електрическа енергия от високонапрегнатата система към нисконапрегнатата система. То включва трансформатори, нисконапрегнати и високонапрегнати ключове, свързващи линии и допълнително оборудване, заключени в кутия“.
Механичният промишлен стандарт JB/T 10217 - 2000 Комбинирани трансформатори посочва, че стандартната дефиниция на комбинирания трансформатор е: „трансформатор, който обединява тялото на трансформатора, ключовете, предпазни устройства, регулатори на напрежението и съответното допълнително оборудване“.
Стандартът за поръчки на електроенергийния сектор DL/T 537 - 2002 Ръководство за избор на предварително събрани високонапрегнати/нисконапрегнати кутийни подстанции ревизира оригиналния DL/T 537 - 1993 Технически условия за поръчки на 6-35кВ кутийни подстанции, като прави стандарта на електроенергийния сектор за кутийни подстанции съвместим с IEC 1330 - 1995. Разликите между DL/T 537 - 2002 и IEC 1330 - 1995 (т.е. GB/T 17467 - 1998) са показани в таблица 1.
Посочените три вътрешни стандарта са препоръчителни стандарти. Поради различните характеристики на различните индустрии, всеки стандарт има свои уникални особености. Стандартът за поръчки на електроенергийния сектор е разглеждан от гледна точка на потребителите, базиран на международни (национални) стандарти, и добавя съдържанието, представено в таблица 1, предоставяйки по-детайлна основа за избор на оборудването.
Класификация на комбинирани устройства за разпределение на електроенергия
Невъзразимо споменатите стандарти, наименованията на комбинираните устройства за разпределение на електроенергия в практически приложения не са много еднородни, а класификациите също се различават. Има две основни категории: едната е да се дефинират само предварително събраните подстанции като европейски стилови кутийни подстанции; другата е да се нарекат колективно всички комбинирани устройства за разпределение на електроенергия предварително събрани подстанции, а после да се разделят предварително събраните подстанции на „европейски стилови кутийни подстанции“ и „американски стилови кутийни подстанции“. Някои доставчици, за да удовлетворят нуждите на различни потребители, дори имат продукт с два наименования.
Структура и анализ на производителността
Европейски стилови предварително събрани подстанции
През 70-те години Китай внася 6-10кВ интегрирани устройства за разпределение на електроенергия от европейски страни като Франция и Германия. Това иновационно оборудване интегрира трите основни компонента на подстанция (високонапрегнати ключове, трансформатори и нисконапрегнати разпределителни шкафи) в един корпус, установявайки концепцията за предварително събрана подстанция.
През декември 1993 г. бившият Министерски съвет по електроенергия публикува индустриалния стандарт DL/T 537-1993 „Технически спецификации за 6-35кВ предварително събрани подстанции“. Раздел 3.1 на този стандарт явно дефинира: „Компактен цялостен агрегат за разпределение на електроенергия, състоящ се от високонапрегнато разпределително оборудване, трансформатори, нисконапрегнато разпределително оборудване и устройства за измерване на електроенергия, заключени в един или повече шкафове, трябва да се нарича предварително събрана подстанция, съкратено – кутийна подстанция.“ Произходяща от европейски дизайни, тази конфигурация стана известна като европейски стилови предварително събрани подстанции.
След публикуването на националния стандарт GB/T 17467-1998 „Предварително събрани високонапрегнати/нисконапрегнати подстанции“ през 1998 г., официалната терминология премина към „предварително събрана подстанция“. Но както потребителите, така и производителите продължават да наричат тези инсталации кутийни подстанции или европейски стилови подстанции в общата практика.
Структурни характеристики:
Европейската подстанция обикновено съдържа три функционални отделения:
Високонапрегнато помещение
Нисконапрегнато помещение
Помещение за трансформатор
Две основни конфигурации се използват:
Линейна компоновка: Стандартна конфигурация
Триъгълна компоновка: Приемана за сложни изисквания на нисконапрегнатите вериги
Преимущества в производителността над традиционните подстанции:
Оптимизация на близостта до нагрузката:
Намалява радиуса на доставката на електроенергия с 40-60%
Намалява инвестициите в кабели с 25-35%
Намалява загубите в линиите с 15-20%
Ефективност на пространството:
Заема около 10% от площта на традиционната подстанция
Намалява гражданските строителни разходи с 60-70%
Упростена инсталация:
Времето за изграждане на местонахождението е намалено с 50-60%
Технически ограничения и решения:
Дизайнът с капсула представлява важни предизвикателства за управлението на температурата:
Ограничена дисипация на топлината възпираща вътрешната температура (типичен ΔT увеличение: 8-12°C)
Възможни термални влияния върху стабилността на компонентите (оценена деградация на производителността: 3-5% за всяко 10°C увеличение)
Промишлени стратегии за намаляване включват:
Разширени системи за вентилация:
Лабиринтови стени на капсулата
Аксиални източни вентилатори (обикновено 200-400 CFM капацитет)
Мерки за термално подобрение:
Оптимизация на радиаторите (повърхността е увеличена с 20-30%)
Топлоизолиращи материали, устойчиви на висока температура (клас H или по-висок)
Тези решения, макар и ефективни, възникват:
Структурна сложност (разширение на производствения цикъл: 15-20%)
Допълнително енергопотребление (вспомогателни системи: 5-8% от общата натовареност)
Акустични емисии (типично увеличение на шума: 3-5 dBA)
Недавни технологични напредъци:
Водещите производители са постигнали проривни разработки в управлението на температурата:
Нови конфигурации за дисипация на топлината в трансформаторите (подобрена ефективност: 12-15%)
Оптимизирана аеродинамика на капсулата (намаление на температурата: 6-8°C)
Сертифицирани висококапацитетни проекти (≥800kVA) без принудителна вентилация
Съответствие на националните стандарти GB 1094.11 за сухи трансформатори (максимално увеличение на температурата на витниците: 100K)
Тези иновации поддържат съответствието с националните стандарти, докато постигат:
Енергийни спестявания (намаление на мощността на вентилаторите: 100%)
Намаление на нивото на шума (4-7 dBA)
Подобрена оперативна надеждност (подобрение на MTBF: 20-25%)
Американски стилови кутийни подстанции (комбинирани трансформатори)
През 90-те години американските кутийни разпределителни трансформатори с три фази влязоха на китайския пазар. Според американския национален стандарт (ANSI) C57.12.26 - 1992 Стандарт за кутийни разпределителни самолекиращи се трансформатори с три фази с високонапрегнати включвани конектори, високонапрегнатите кабели се свързват с трансформатора чрез кабелни конектори в високонапрегнатото помещение, а нисконапрегнатите кабели се свързват с нисконапрегнатите терминали с болтове в нисконапрегнатото помещение. Резервоарът на кутийния разпределителен трансформатор е оборудван с високонапрегнати предпазни устройства и четирипозиционни нагласни ключове. Трансформаторът може да работи като крайна точка или в мрежа, защитавайки и контролирайки състоянието на доставката на електроенергия от високонапрегнатата страна на трансформатора.
Производителите на трансформатори в Китай са добавили нисконапрегнати автоматични предпазни устройства и счетачи за електроенергия към нисконапрегнатите помещения на американските продукти, превръщайки ги в комбинирани устройства за разпределение на електроенергия. Тези устройства са широко използвани в жилищни комплекси. За да се отличават от европейските кутийни подстанции, те се наричат американските стилови кутийни подстанции, също известни като комбинирани трансформатори. Механичният промишлен стандарт JB/T 10217 - 2000 Комбинирани трансформатори разяснява стандартната дефиниция на комбинирани трансформатори (като по-горе). В 3.7, то дефинира „високонапрегнатите и нисконапрегнатите помещения“ като „пространства, където високонапрегнатите и нисконапрегнатите кабелни завършвания и оперативните и контролни части на електрическите компоненти са обкръжени от стоманени плочи, зависещи от стените на резервоара“. Това е една от структурните разлики от европейските кутийни подстанции.
Този стандарт класифицира комбинирани трансформатори (американски стилови кутийни подстанции) в две типа според структурата на резервоара: общорезервоарен тип и раздельнорезервоарен тип. В общорезервоарния тип, високонапрегнатите електрически компоненти споделят резервоар за трансформаторно масло с тялото на трансформатора, означавано с буквата ZG. В раздельнорезервоарния тип, високонапрегнати електрически компоненти като награсни ключове се поставят в отделен резервоар, докато други високонапрегнати електрически компоненти и тялото на трансформатора се инсталират в друг резервоар. Олеените контури на двата резервоара не са свързани, означавано с буквата ZF.
Общорезервоарни комбинирани трансформатори
Освен предимствата на европейските кутийни подстанции, общорезервоарните комбинирани трансформатори имат следните предимства:
По-малка площ: Заема приблизително 3/5 от площта на европейската кутийна подстанция.
По-добро охлаждане: Трансформаторът е директно изложен, което е полезно за охлаждането. Структурата е сравнително проста, а цената на продажба е сравнително ниска (приблизително 3/5 от цената на европейската кутийна подстанция).
Удобство за транспортиране и инсталация: По-малък обем, което прави транспортирането и инсталацията по-удобни.
В китайския контекст, американските кутийни подстанции, директно внесени от чужбина, имат следните недостатъци:
Деградация на трансформаторното масло: Когато високонапрегнатият награсен ключ работи, дъгата, която се генерира, вероятно ще причини разлагане на трансформаторното масло, влияйки на общия жизнен цикъл на американската кутийна подстанция.
Фазово-недостигаща работа: Когато високонапрегнатото предпазно устройство се изгаря, това може да доведе до работа на трансформатора при фазово-недостигащи условия.
Ограничен функционалност на високонапрегнатата верига: Високонапрегнатата верига има сравнително прости функции, които не отговарят напълно на изискванията на текущите правила за електрическа експлуатация. Например, високонапрегнатият награсен ключ няма очевидна точка за разединяване.
За да се преодолеят тези проблеми, вътрешните производители са направили няколко подобрения. Както по-горе, нисконапрегнати автоматични предпазни устройства (обикновено интелигентни въздушни автоматични предпазни устройства) са добавени към нисконапрегнатите помещения на американските кутийни подстанции, за да се постигне многократна защита при аварии, като прекомерна натовареност, понижаване на напрежението, късо замыкание и заземяване. Това елиминира феномена на изгаряне на високонапрегнатите предпазни устройства поради късо замыкание или прекомерна натовареност в нисконапрегнатите изходящи вериги, избягвайки фазово-недостигащата работа на трансформатора. Второ, високонапрегнатата част е била преосмислена. Например, във връзка с високонапрегнатата защита, американските кутийни подстанции използват награсни ключове за прекъсване на доставката на електроенергия и разчитат на резервни предпазни устройства и включвани предпазни устройства за пълната защита на електроенергията.
Раздельнорезервоарни комбинирани трансформатори
До момента, повечето от американските кутийни подстанции, произведени от производителите на трансформатори, принадлежат към общорезервоарните комбинирани трансформатори ZG. За да се елиминират недостатъците на общорезервоарните комбинирани трансформатори, по-горе споменати, вътрешните производители на трансформатори са отделили високонапрегнати компоненти като награсни ключове и резервни предпазни устройства от резервоара за трансформаторно масло. В малките помещения на високонапрегнати компоненти като награсни ключове е инжектирано масло с висока точка на възпламеняем
