Analýza standardů a konstrukčních vlastností kombinované distribuční techniky
Normy a klasifikace kombinovaných zařízení pro distribuci elektrické energie
Existuje relativně velká škála kombinovaných zařízení pro distribuci elektrické energie. Mezi běžně používaná zařízení patří zapouzdřené transformační stanice, boxové transformátory, předmontované transformační stanice, kombinované transformátory, evropské boxové transformační stanice a americké boxové transformační stanice.
Relevantní normy pro kombinovaná zařízení pro distribuci elektrické energie
Aktuálně platné relevantní normy pro kombinovaná zařízení pro distribuci elektrické energie v Číně zahrnují: národní standard GB/T 17467 - 1998 Vysokonapěťové/níkonapěťové předmontované transformační stanice, průmyslový standard JB/T 10217 - 2000 Kombinované transformátory a objednávací standard energetického průmyslu DL/T 537 - 2002 Pokyny pro výběr vysokonapěťových/níkonapěťových předmontovaných boxových transformačních stanic.
V roce 1995 zveřejnila Mezinárodní elektrotechnická komise (IEC) standard IEC1330 - 1995 Vysokonapěťové/níkonapěťové předmontované transformační stanice. Národní standard GB/T 17467 - 1998 Vysokonapěťové/níkonapěťové předmontované transformační stanice je ekvivalentní standardu IEC1330. V tomto standardu je předmontovaná transformační stanice definována jako „zařízení, které prošlo typovými zkouškami a slouží k přenosu elektrické energie z vysokonapěťového systému do níkonapěťového systému. Zahrnuje transformátory, níkonapěťové a vysokonapěťové rozvody, spojovací vedení a pomocné vybavení uzavřené v obalu“.
Průmyslový standard JB/T 10217 - 2000 Kombinované transformátory stanoví, že standardní definice kombinovaného transformátoru je: „transformátor, který kombinuje tělo transformátoru, rozvody, pojistky, odporové čidlo a odpovídající pomocné vybavení“.
Objednávací standard energetického průmyslu DL/T 537 - 2002 Pokyny pro výběr vysokonapěťových/níkonapěťových předmontovaných boxových transformačních stanic revidoval původní DL/T 537 - 1993 Technické podmínky pro objednání 6 - 35kV boxových transformačních stanic, což zajišťuje soulad s mezinárodním standardem IEC 1330 - 1995. Rozdíly mezi DL/T 537 - 2002 a IEC 1330 - 1995 (tj. GB/T 17467 - 1998) jsou uvedeny v tabulce 1.
Všechny tři výše uvedené domácí normy jsou doporučené normy. Díky různým charakteristikám jednotlivých odvětví má každá norma své unikátní rysy. Objednávací standard energetického průmyslu je z hlediska uživatelů založen na mezinárodních (národních) normách a přidává obsah uvedený v tabulce 1, což poskytuje podrobnější základ pro výběr zařízení.
Klasifikace kombinovaných zařízení pro distribuci elektrické energie
Přestože existují výše uvedené normy, označení kombinovaných zařízení pro distribuci elektrické energie v praktickém použití není velmi jednotné a klasifikace se liší. Existují především dvě kategorie: jedna definuje pouze předmontované transformační stanice jako evropské boxové transformační stanice; druhá kolektivně nazývá všechna kombinovaná zařízení pro distribuci elektrické energie předmontovanými transformačními stanicemi a pak dělí předmontované transformační stanice na „evropské boxové transformační stanice“ a „americké boxové transformační stanice“. Někteří dodavatelé, aby splnili potřeby různých uživatelů, mají dokonce produkt s dvěma názvy.
Struktura a analýza výkonu
Evropské předmontované transformační stanice
V 70. letech Čína dovážela integrovaná zařízení pro distribuci elektrické energie 6-10kV z evropských zemí, jako jsou Francie a Německo. Toto inovační zařízení integrovalo tři hlavní komponenty transformační stanice (vysokonapěťové rozvody, transformátor a níkonapěťové distribuční skříně) do jednoho obalu, čímž byl zaveden koncept předmontované transformační stanice.
V prosinci 1993 zveřejnil bývalý Ministerstvo elektřiny průmyslový standard DL/T 537-1993 "Technické specifikace pro 6-35kV předmontované transformační stanice". Článek 3.1 tohoto standardu explicitně definuje: "Kompaktní kompletní distribuční sestava složená z vysokonapěťového distribučního zařízení, transformátoru, níkonapěťového distribučního zařízení a měřicích zařízení pro elektrickou energii umístěných v jedné nebo více skříních se nazývá předmontovaná transformační stanice, zkráceně boxová transformační stanice." Původem z evropských návrhů se tento typ stal známý jako evropská předmontovaná transformační stanice.
Po zveřejnění národního standardu GB/T 17467-1998 "Vysokonapěťové/níkonapěťové předmontované transformační stanice" v roce 1998 se oficiální terminologie změnila na "předmontovaná transformační stanice". Nicméně, jak uživatelé, tak výrobci stále odkazují na tyto instalace jako na boxové transformační stanice nebo evropské transformační stanice v běžné praxi.
Strukturní charakteristiky:
Evropská transformační stanice obvykle zahrnuje tři funkční oddíly:
Vysokonapěťová sekce
Níkonapěťová sekce
Sekce transformátoru
Jsou použity dvě hlavní konfigurace:
Lineární uspořádání: Standardní konfigurace
Trojúhelníkové uspořádání: Používá se pro komplexní požadavky na níkonapěťové obvody
Výhody výkonu oproti tradičním transformačním stanicím:
Optimalizace blízkosti zatížení:
Snížení poloměru dodávky elektrické energie o 40-60%
Snížení investičních nákladů na kabely o 25-35%
Snížení ztrát na lince o 15-20%
Efektivita prostoru:
Zabírá přibližně 10% plochy tradiční transformační stanice
Snížení nákladů na stavební práce o 60-70%
Zjednodušená instalace:
Snížení doby montáže na místě o 50-60%
Technická omezení a řešení:
Uzavřený design představuje klíčové výzvy v termickém řízení:
Omezené vydávání tepla zvyšuje vnitřní teplotu (typické zvýšení ΔT: 8-12°C)
Potenciální termické dopady na stabilitu komponent (odhadované snížení výkonu: 3-5% za každé 10°C zvýšení)
Průmyslové strategie mitigace zahrnují:
Pokročilé ventilační systémy:
Stěny obalu s labyrintovou strukturou
Axialní ventilátory (obvykle kapacita 200-400 CFM)
Termické zlepšení:
Optimalizace chladiče (plocha povrchu zvýšena o 20-30%)
Teplotně odolné izolační materiály (třída H nebo vyšší)
Tyto řešení, i když efektivní, přinášejí:
Strukturní komplexnost (prodloužení výrobního cyklu: 15-20%)
Dodatečné spotřebu energie (pomocné systémy: 5-8% celkového zatížení)
Akustické emise (typické zvýšení hladiny hluku: 3-5 dBA)
Nedávné technologické pokroky:
Vedoucí výrobci dosáhli průlomových vývojů v termickém řízení:
Nové konfigurace vydávání tepla u transformátorů (zlepšení efektivity: 12-15%)
Optimalizovaná aerodynamika obalu (snížení teploty: 6-8°C)
Certifikované výkonné návrhy (≥800kVA) bez nuceného chlazení
Splnění teplotních limitů suchých transformátorů podle GB 1094.11 (maximální zvýšení teploty vinutí: 100K)
Tyto inovace zachovávají soulad s národními standardy a dosahují:
Úspory energie (snížení spotřeby energie ventilátorů: 100%)
Snížení hladiny hluku (4-7 dBA)
Zlepšení provozní spolehlivosti (zlepšení MTBF: 20-25%)
Americké boxové transformační stanice (kombinované transformátory)
V 90. letech se americké kompartmentované třífázové distribuční transformátory dostaly na čínský trh. Podle amerického národního standardu (ANSI) C57.12.26 - 1992 Standard pro pad-mounted kompartmentované samočinně chlazené třífázové distribuční transformátory s vysokonapěťovými přípojnými konektory jsou vysokonapěťové kabely připojeny k transformátoru prostřednictvím kabelových konektorů v vysokonapěťovém oddílu, a níkonapěťové kabely jsou připojeny k níkonapěťovým terminálům šrouby v níkonapěťovém oddílu. Nádrž pad-mounted kompartmentovaného distribučního transformátoru je vybavena vysokonapěťovými pojistkami a čtyřpolohovými zátěžovými spínači. Transformátor může fungovat jako terminál nebo v smyčkové síti, chránit a kontrolovat stav dodávky elektrické energie na vysokonapěťové straně transformátoru.
Transformátoroví výrobci v Číně přidali níkonapěťové automatické spínače a elektroměry do níkonapěťových oddílů amerických produktů, což z nich udělalo kombinovaná distribuční zařízení. Tyto zařízení jsou široce používána v bytových komunitách. Aby se odlišily od evropských boxových transformačních stanic, jsou nazývány americké boxové transformační stanice, také známé jako kombinované transformátory. Průmyslový standard JB/T 10217 - 2000 Kombinované transformátory vysvětluje standardní definici kombinovaných transformátorů (jak je uvedeno výše). V bodě 3.7 definuje „vysokonapěťové a níkonapěťové oddíly“ jako „prostory, kde jsou vysokonapěťové a níkonapěťové kabelové terminály a části operace a řízení elektrických komponent uzavřeny ocelovými plechy, opírajícími se o stěny nádrže“. To je jedno z strukturních rozdílů oproti evropským boxovým transformačním stanicím.
Tento standard dělí kombinované transformátory (americké boxové transformační stanice) do dvou typů podle struktury nádrže: společná nádrž a samostatná nádrž. U společné nádrže sdílejí vysokonapěťové elektrické komponenty nádrž s transformátorem, označenou písmenem ZG. U samostatné nádrže jsou vysokonapěťové elektrické komponenty, jako jsou zátěžové spínače, umístěny v samostatné nádrži, zatímco jiné vysokonapěťové elektrické komponenty a tělo transformátoru jsou nainstalovány v jiné nádrži. Olejové okruhy obou nádrží nejsou propojeny, označené písmenem ZF.
Kombinované transformátory se společnou nádrží
Kromě výhod evropských boxových transformačních stanic mají kombinované transformátory se společnou nádrží následující výhody:
Menší plocha zabraní: zabírá přibližně 3/5 plochy evropské boxové transformační stanice.
Lepší vydávání tepla: transformátor je přímo expozován, což je prospěšné pro vydávání tepla. Struktura je relativně jednoduchá a prodejní cena je relativně nízká (asi 3/5 ceny evropské boxové transformační stanice).
Pohodlná doprava a instalace: menší objem, což zjednodušuje dopravu a instalaci.
V čínském kontextu mají americké boxové transformační stanice přímo dovážené ze zahraničí následující nedostatky:
Degradace transformátorového oleje: když funguje vysokonapěťový zátěžový spínač, oblouk, který vznikne, může způsobit rozklad transformátorového oleje, což ovlivňuje celkovou životnost americké boxové transformační stanice.
Chybějící fáze: když exploduje vysokonapěťová pojistka, může dojít k chybějící fázi při fungování transformátoru.
Omezené funkce vysokonapěťového obvodu: vysokonapěťový obvod má relativně jednoduché funkce, což plně nesplňuje požadavky aktuálních pravidel pro elektrotechnickou operaci. Například vysokonapěťový zátěžový spínač nemá zřetelný bod odpojení.
Pro odstranění těchto problémů provedli domácí výrobci několik vylepšení. Jak je uvedeno výše, do níkonapěťových oddílů amerických boxových transformačních stanic byly přidány níkonapěťové automatické spínače (obvykle inteligentní vzduchové automatické spínače), které umožňují ochranu před několika selháními, jako jsou přetížení, podnapětí, krátké spojení a zemlení. Tím se eliminuje fenomén explodování vysokonapěťových pojistek z důvodu krátkého spojení nebo přetížení v níkonapěťových vedeních, což předejde chybějící fázi při fungování transformátoru. Dále byla předělána vysokonapěťová část. Například v oblasti vysokonapěťové ochrany americké boxové transformační stanice používají zátěžové spínače k odpojení zdroje zátěže a spoléhají na záložní ochranné pojistky a přípojné pojistky pro úplnou ochranu napájení.
Kombinované transformátory s samostatnou nádrží
Dosud většina amerických boxových transformačních stanic vyráběných transformátorovými výrobci patří do typu ZG s kombinovanou nádrží. Pro odstranění výše uvedených nedostatků kombinovaných transformátorů s společnou nádrží oddělili domácí transformátoroví výrobci vysokonapěťové komponenty, jako jsou zátěžové spínače a záložní ochranné pojistky, od nádrže transformátoru. Do malých oddílů vysokonapěťových komponent, jako jsou zátěžové spínače, byl injekován olej s vysokou teplotou zapalování, a do nádrže transformátoru byl injekován běžný olej číslo 25. Tím se nejen vyřešil problém s staréním transformátorového oleje způsobeným provozem zátěžového spínače, ale také problém s vydáváním tepla při použití oleje s vysokou teplotou zapalování v celé nádrži transformátoru (kvůli jeho vysoké viskozitě).
Použití amorfických slitinových transformátorů
Transformátor je největší a nejvíce tepelně generující komponentou v boxové transformační stanici. Jeho strukturní charakteristiky a úroveň ztrát jsou přímo spojeny s celkovým návr
