Analyse af standarder og strukturel ydeevne af kombineret fordelingsudstyr

Standarder og Klassificering af Sammensatte Strømforsyningsenheder

Der findes en relativt stor variation af sammensatte strømforsyningsenheder. Ofte anvendte enheder inkluderer pakkestationer, boks-transformatorer, forhåndsmonterede stationer, kombinerede transformatorer, europæiske-stil boksstationer, og amerikanske-stil boksstationer.

Relevante Standarder for Sammensatte Strømforsyningsenheder

De i øjeblikket gældende relevante standarder for sammensatte strømforsyningsenheder i Kina omfatter hovedsageligt: den nationale standard GB/T 17467 - 1998 Højspænding/Lavspænding Forhåndsmonterede Stationer, mekanisk industristandard JB/T 10217 - 2000 Kombinerede Transformatorer, og energisektorens bestillingsstandard DL/T 537 - 2002 Valgvejledning for Højspænding/Lavspænding Forhåndsmonterede Boksstationer.

I 1995 offentliggjorde International Electrotechnical Commission (IEC) standarden IEC1330 - 1995 Højspænding/Lavspænding Forhåndsmonterede Stationer. Den nationale standard GB/T 17467 - 1998 Højspænding/Lavspænding Forhåndsmonterede Stationer er ækvivalent med IEC1330-standarden. I denne standard defineres en forhåndsmonteret station som "udstyr, der er blevet testet i typeprøver og bruges til at overføre elektrisk energi fra et højspændingssystem til et lavspændingssystem. Det inkluderer transformatorer, lav- og højspændingsskab, forbindelseskabler, og hjælpeudstyr indkapslet i en kasse".

Mekanisk industristandard JB/T 10217 - 2000 Kombinerede Transformatorer fastsætter, at den standarddefinition af en kombineret transformator er: "en transformator, der kombinerer transformatorlegemet, skab, sikringer, spændingsregulering, og tilsvarende hjælpeudstyr".

Energiindustriens bestillingsstandard DL/T 537 - 2002 Valgvejledning for Højspænding/Lavspænding Forhåndsmonterede Boksstationer reviderede den oprindelige DL/T 537 - 1993 Tekniske Betingelser for Bestilling af 6 - 35kV Boksstationer, hvilket gjorde energisektorens standard for boksstationer konsekvent med IEC 1330 - 1995. Forskellene mellem DL/T 537 - 2002 og IEC 1330 - 1995 (dvs. GB/T 17467 - 1998) vises i Tabel 1.

De ovennævnte tre indenlandske standarder er alle anbefalede standarder. På grund af de forskellige sektors karakteristika har hver standard sine egne unikke træk. Energiindustriens bestillingsstandard tages i betragtning fra brugerens perspektiv, baseret på internationale (nationale) standarder, og tilføjer indholdet introduceret i Tabel 1, hvilket giver en mere detaljeret grundlag for udstyrvalg.

Klassificering af Sammensatte Strømforsyningsenheder

Trods de ovennævnte standarder er navngivningen af sammensatte strømforsyningsenheder i praktiske applikationer ikke særlig ensartet, og klassificeringen varierer også. Der er hovedsageligt to kategorier: den ene er at definere forhåndsmonterede stationer kun som europæiske-stil boksstationer; den anden er at kalde alle sammensatte strømforsyningsenheder forhåndsmonterede stationer, og derefter opdele forhåndsmonterede stationer i "europæiske-stil boksstationer" og "amerikanske-stil boksstationer". Nogle leverandører, for at møde behovene hos forskellige brugere, har endda et produkt med to navne.

Struktur og Ydeevneanalyse

Europæisk-stil Forhåndsmonteret Station

I 1970'erne importerede Kina 6-10kV integrerede strømforsyningsudstyr fra europæiske lande som Frankrig og Tyskland. Dette innovative udstyr integrerede de tre hovedkomponenter i en station (højspændingsskab, transformator, og lavspændingsfordelingsskab) i en enkelt kasse, hvilket etablerede begrebet om forhåndsmonterede stationer.

I december 1993 offentliggjorde det tidligere Elektricitetsministeriet branchestandarden DL/T 537-1993 "Tekniske Specifikationer for 6-35kV Forhåndsmonterede Stationer". Artiklen 3.1 i denne standard definerer udtrykkeligt: "En kompakt komplett strømforsyningsmontage, der består af højspændingsfordelingsskab, strømtransformator, lavspændingsfordelingsskab, og elektricitetsmålerenheder indkapslet i en eller flere skabe, skal betegnes som en forhåndsmonteret station, forkortet til boksstation." Med rødder i europæiske design blev denne konfiguration almindeligt kendt som den europæiske-stil forhåndsmonterede station.

Efter offentliggørelsen af den nationale standard GB/T 17467-1998 "Højspænding/Lavspænding Forhåndsmonterede Stationer" i 1998, blev den officielle terminologi ændret til "forhåndsmonteret station". Dog fortsætter både brugere og producenter med at referere til disse installationer som boksstationer eller europæiske-stil stationer i almindelig praksis.

Strukturelle Karakteristika:

Den europæiske-stil station typisk består af tre funktionsafdelinger:

• Højspændingsafdeling

• Lavspændingsafdeling

• Transformatorafdeling

To primære konfigurationer anvendes:

• Lineær layout: Standardkonfiguration

• Trekantet layout: Anvendt for komplekse lavspændingskredsløbsbehov

Ydeevnefordele sammenlignet med konventionelle stationer:

• Optimering af nærhed til belastning:

• Reducerer strømforsyningens radius med 40-60%

• Nedsætter kablinvesteringsomkostninger med 25-35%

• Formindsker linje-tab med 15-20%

• Plads-effektivitet:

• Opholder ca. 10% af traditionelle stations fodaftryk

• Reducerer byggeomkostninger med 60-70%

• Forenklet installation:

• Feltkonstruktionstid reduceret med 50-60%

Tekniske begrænsninger og løsninger:

Inkapslingdesignet forekommer vigtige termiske ledelsesproblemer:

• Begrænset varmeafgivelse forhøjer intern temperatur (typisk ΔT stigning: 8-12°C)

• Potentielle termiske effekter på komponentstabilitet (estimeret ydeevneforringelse: 3-5% per 10°C stigning)

Industrielle lindringstrategier inkluderer:

• Avancerede ventilations-systemer:

• Labyrint-strukturerede kassevægge

• Aksial-flødeudtræk-fanter (typisk 200-400 CFM kapacitet)

• Termiske forbedringsforanstaltninger:

• Radiatorkonstruktionsoptimering (overfladeareal øget med 20-30%)

• Varmebestandige isoleringsmaterialer (Klasse H eller højere)

• Disse løsninger, selvom effektive, introducerer:

• 
  

• Strukturel kompleksitet (produktionscyklus forlænget: 15-20%)

• Yderligere energiforbrug (hjælpe-systemer: 5-8% af total last)

• Akustiske emissioner (typisk støjniveau forøget: 3-5 dBA)

Nylige teknologiske fremskridt:

Ledende producenter har opnået gennembrud i termisk ledelse:

• Ny heat dissipation konfigurationer for transformatorer (forbedret effektivitet: 12-15%)

• Optimeret kasse aerodynamik (temperaturreduktion: 6-8°C)

• Certificeret høj-kapacitets design (≥800kVA) uden tvunget ventilation

• Overensstemmelse med GB 1094.11 torrstof-transformator termiske grænser (maksimal vindings temperaturstigning: 100K)

Disse innovationer opretholder overensstemmelse med nationale standarder, mens de opnår:

• Energibesparelser (fan power reduktion: 100%)

• Støjniveau reduktion (4-7 dBA)

• Forbedret driftsfiabilitet (MTBF forbedring: 20-25%)

Amerikansk-stil Boksstationer (Kombinerede Transformatorer)

I 1990'erne kom amerikanske-stil segmenterede tre-fase fordelingstransformatorer ind på den kinesiske marked. Ifølge den amerikanske nationale standard (ANSI) C57.12.26 - 1992 Standard for Pad-Mounted Compartmentalized Self-Cooled Three-Phase Distribution Transformers with High-Voltage Plug-in Connectors, er højspændingskabler forbundet til transformator via kabelforbindelser i højspændingsafsnittet, og lavspændingskabler er forbundet til lavspændingskontakter med bolte i lavspændingsafsnittet. Oljetanken af pad-monteret segmenteret fordelingstransformator er udstyret med højspændingssikringer og fire-position belastningsbrydere. Transformator kan fungere som en terminal eller i en loop-netværk, beskytte og kontrollere strømforsyningstillstanden på højspændingssidet af transformator.

Transformatorproducenter i Kina har tilføjet lavspændingskredsløbsbrydere og el-målere til lavspændingsafdelingerne af amerikanske-stil produkter, hvilket gør dem til kombinerede strømforsyningsenheder. Disse enheder er bredt anvendt i beboelsesområder. For at skelne dem fra europæiske-stil boksstationer kaldes de amerikanske-stil boksstationer, også kendt som kombinerede transformatorer. Mekanisk industristandard JB/T 10217 - 2000 Kombinerede Transformatorer udfører den standarddefinition af kombinerede transformatorer (som nævnt ovenfor). I 3.7 definerer det "høj- og lavspændingsafdelinger" som "rum, hvor høj- og lavspændingskable slutninger og drift- og kontroldele af elektriske komponenter er indkapslet af ståtplader, der afhænger af oljetankvægge". Dette er en af de strukturelle forskelle fra europæiske-stil boksstationer.

Denne standard klassificerer kombinerede transformatorer (amerikanske-stil boksstationer) i to typer ifølge oljetanksstrukturen: fælles-tank type og separat-tank type. I fælles-tank typen deler højspændingskomponenter en transformatoroljetank med transformatorlegemet, betegnet ved bogstavet ZG. I separat-tank typen er højspændingskomponenter som belastningsbrydere placeret i en separat oljetank, mens andre højspændingskomponenter og transformatorlegemet er installeret i en anden oljetank. De to oljetanks oljecirkuit er ikke forbundet, betegnet ved bogstavet ZF.

Fælles-tank Kombinerede Transformatorer

Ud over fordelene ved europæiske-stil boksstationer har fælles-tank kombinerede transformatorer følgende fordele:

• Mindre fodaftryk: Opholder ca. 3/5 af arealen af en europæisk-stil boksstation.

• Bedre varmeafgivelse: Transformator er direkte udsat, hvilket er gavnligt for varmeafgivelse. Strukturen er relativ simpel, og salgsprisen er relativ lav (ca. 3/5 af prisen på en europæisk-stil boksstation).

• Bequem transport og installation: Mindre i volumen, hvilket gør transport og installation mere bekvem.

Under den kinesiske kontekst har amerikanske-stil boksstationer, der direkte importeres fra udlandet, følgende mangler:

• Transformatorolje nedbrydning: Når højspændingsbelastningsbryder arbejder, kan den genererede bue sandsynligvis forårsage nedbrydning af transformatoroljen, hvilket påvirker den samlede levetid af amerikanske-stil boksstationer.

• Fase tab operation: Når en højspændingssikring springer, kan det forårsage, at transformator opererer under fase tab betingelser.

• Begrænset højspændingskredsløbsfunktion: Højspændingskredsløbet har relativt simple funktioner, som ikke fuldt ud opfylder kravene i de nuværende elektriske driftsregler. For eksempel har højspændingsbelastningsbryder ingen tydelig afbrydelsespunkt.

For at løse disse problemer har indenlandske producenter foretaget flere forbedringer. Som nævnt ovenfor, er lavspændingskredsløbsbrydere (normalt intelligente luftbrydere) tilføjet til lavspændingsafdelingerne af amerikanske-stil boksstationer for at opnå flere fejlbeskyttelser som overbelastning, undervoltage, kortslutning, og jordforbindelse. Dette fjerner fænomenet af højspændingssikringer, der springer pga. kortslutning eller overbelastning i lavspændingsføder, og undgår fase tab operation af transformator. Andet, højspændingsparten er blevet genoprettet. For eksempel, i henseende til højspændingsbeskyttelse, bruger amerikanske-stil boksstationer belastningsbrydere til at afbryde belastningsstrømforsyningen og afhænger af backupbeskyttelsessikringer og plug-in sikringer for fuld strømforsyning beskyttelse.

Separat-tank Kombinerede Transformatorer

Indtil videre hører de fleste amerikanske-stil boksstationer, produceret af transformatorproducenter, til ZG-typen fælles-tank kombinerede transformatorer. For at eliminere de ovennævnte ulemper ved fælles-tank kombinerede transformatorer har indenlandske transformatorproducenter adskilt højspændingskomponenter som belastningsbrydere og backupbeskyttelsessikringer fra transformatoroljetanken. Høj flammetempel olje er indsprøjtet i små afdelinger af højspændingskomponenter som belastningsbrydere, og normal nr. 25 olje er indsprøjtet i transformatoroljetanken. Dette løser ikke blot problemet med transformatoroljes forældelse, forårsaget af belastningsbryderoperation, men også løser varmeafgivelsesproblemet, forårsaget ved at bruge høj flammetempel olje i hele transformatoroljetanken (på grund af dens høje viskositet).

Anvendelse af Amorfe Legeme Transformatorer

Transformator er den største og mest varmegenererende komponent i en boksstation. Dens strukturelle karakteristika og tabniveauet er direkte relateret til den samlede design af boksstationen.

I 1996 lykkedes det Kina at udvikle og producere amorfe fordelingstransformatorer under 500 kVA, men produktionsvolumenet var lille, og massiv produktion blev ikke opnået. I 1998 indførte Shanghai Xindian Electric Company design- og fremstillings-teknologi for amorf transformer fra General Electric (GE) i USA for massiv produktion. I øjeblikket er der over 20 amorf transformatorproducenter. Tomgangstab for amorfe legeme jernkerne er 20% af S9-serien, hvilket viser en meget betydelig energibesparelse.

ANSI fordelingstransformatorstandarder spiller også en rolle i den bredere kontekst af transformator-teknologi og markeder. Men, den hovedfaktor, der begrænser anvendelsen af amorfe legeme transformer i indenlandske boksstationer, er prisen, hvilket kræver, at landet implementerer passende incitamentspolitikker. I virkeligheden er der mange incitamentspolitikker for at bruge amorfe legeme transformer hjemme og udlandet. Ifølge taiwanske producenter har Taiwan-regionen formuleret strenge standarder for amorfe legeme transformer. Uanset hvor brugere køber amorfe legeme transformer, kan de modtage subsidier baseret på transformatorkapaciteten, med en belønning på titusinder af nye taiwanske dollars pr. kW.

Sammenligning mellem Europæiske-stil og Amerikanske-stil Boksstationer

Som nævnt ovenfor har både amerikanske-stil og europæiske-stil boksstationer fordele i henseende til volumen, areal, og miljøkoordinering. Amerikanske-stil boksstationer, der ofte er designet med henvisning til ANSI fordelingstransformator-relaterede normer, har endda visse fordele i henseende til areal, pris, og varmeafgivelse i forhold til europæiske-stil. For eksempel, i tilfældet med DXB(W) - 1.10 type boksstation, er høj- og lavspændingsbushings, tap-changere, oljebeholder, og oljeafledningsventiler af transformator monteret på en sidevæg, hver især indkapslet i separate høj- og lavspændingsudstyr afdelinger. Transformator dannes dermed en del af boksstationens kasse, mens de resterende tre sidevægge er udstyret med bølgeformede varmesenker, udsat for luften. Dette forbedrer varmeafgivelsesbetingelser og reducerer visse tab.

Imidlertid, da varmeafgivelsesdele af amerikanske-stil boksstationer er udsat for luften i lang tid, opstår der nye problemer som material korrosion på grund af naturlig miljø, hvilket påvirker den samlede levetid af udstyret. Desuden kan temperaturen på varmesenker af amerikanske-stil boksstationer i sommer nå over 80-90°C, hvilket indebærer en risiko for forbrænding for mennesker, der uheldigt kommer tæt på dem.

Europæiske-stil boksstationer, der bruger amorfe legeme transformer, er nyt udviklede produkter af indenlandske producenter. De repræsenterer en teknologisk fremskridt efter amorfe legeme kombinerede transformatorer (herunder fælles-tank og separat-tank typer). Med forbedringer i andre varmeafgivelsesdesign opnår de naturlig køling, mens de opfylder de nationale temperaturstigningskrav, eliminerer energiforbrug og støj fra ventilationsfans. Således har amorfe legeme europæiske-stil boksstationer fremragende tekniske karakteristika.

Konklusion