Ανάλυση Προτύπων και Δομικής Απόδοσης συνδυασμένου εξοπλισμού κατανεμημένης ενέργειας

Πρότυπα και Ταξινόμηση Συνδυασμένων Συσκευών Διανομής Ρεύματος

Υπάρχει μεγάλη ποικιλία συνδυασμένων συσκευών διανομής ρεύματος. Οι πιο συνηθισμένες περιλαμβάνουν ενσωματωμένες υποσταθμούς, τύπου κουτί μετατροπέα, προετοιμασμένες υποσταθμούς, συνδυασμένους μετατροπείς, ευρωπαϊκού τύπου κουτιαρικές υποσταθμούς και αμερικανικού τύπου κουτιαρικές υποσταθμούς.

Σχετικά Πρότυπα για Συνδυασμένες Συσκευές Διανομής Ρεύματος

Τα τρέχοντα σχετικά πρότυπα για συνδυασμένες συσκευές διανομής ρεύματος στην Κίνα περιλαμβάνουν κυρίως: το εθνικό πρότυπο GB/T 17467 - 1998 Ενσωματωμένες Υψηλής/Χαμηλής Τάσης Υποσταθμοί, το πρότυπο βιομηχανίας μηχανικών JB/T 10217 - 2000 Συνδυασμένοι Μετατροπείς, και το πρότυπο διαγραμμήσεων της βιομηχανίας ρεύματος DL/T 537 - 2000 Οδηγίες Επιλογής για Ενσωματωμένες Υψηλής/Χαμηλής Τάσης Κουτιαρικές Υποσταθμοί.

Το 1995, η Διεθνής Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή (IEC) δημοσίευσε το πρότυπο IEC1330 - 1995 Ενσωματωμένες Υψηλής/Χαμηλής Τάσης Υποσταθμοί. Το εθνικό πρότυπο GB/T 17467 - 1998 Ενσωματωμένες Υψηλής/Χαμηλής Τάσης Υποσταθμοί είναι ισοδύναμο με το πρότυπο IEC1330. Σε αυτό το πρότυπο, μια ενσωματωμένη υποσταθμός ορίζεται ως "εξοπλισμός που έχει περάσει δοκιμές τύπου και χρησιμοποιείται για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας από ένα σύστημα υψηλής τάσης σε ένα σύστημα χαμηλής τάσης. Περιλαμβάνει μετατροπείς, υψηλής και χαμηλής τάσης στοιχεία διακόπτη, συνδετικά καλώδια και συναφή εξοπλισμό σε ένα κάστρο".

Το πρότυπο βιομηχανίας μηχανικών JB/T 10217 - 2000 Συνδυασμένοι Μετατροπείς καθορίζει ότι η τυπική ορισμός των συνδυασμένων μετατροπέων είναι: "μετατροπέας που συνδυάζει το σώμα του μετατροπέα, στοιχεία διακόπτη, φυσικά στοιχεία, μετατροπείς πλήθους και συναφή εξοπλισμό".

Το πρότυπο διαγραμμήσεων της βιομηχανίας ρεύματος DL/T 537 - 2002 Οδηγίες Επιλογής για Ενσωματωμένες Υψηλής/Χαμηλής Τάσης Κουτιαρικές Υποσταθμοί αναθεώρησε το προηγούμενο DL/T 537 - 1993 Τεχνικές Συνθήκες Διαγραμμήσεων για 6 - 35kV Κουτιαρικές Υποσταθμούς, κάνοντας το πρότυπο της βιομηχανίας ρεύματος για κουτιαρικές υποσταθμούς συνεπή με το IEC 1330 - 1995. Οι διαφορές μεταξύ του DL/T 537 - 2002 και του IEC 1330 - 1995 (δηλαδή GB/T 17467 - 1998) εμφανίζονται στο Πίνακα 1.

Τα παραπάνω τρία εθνικά πρότυπα είναι όλα προτεινόμενα πρότυπα. Λόγω των διαφορετικών χαρακτηριστικών των διάφορων βιομηχανιών, κάθε πρότυπο έχει τα δικά του μοναδικά χαρακτηριστικά. Το πρότυπο διαγραμμήσεων της βιομηχανίας ρεύματος λαμβάνεται υπόψη από την άποψη του χρήστη, βασίζεται σε διεθνή (εθνικά) πρότυπα, και προσθέτει το περιεχόμενο που εισάγεται στο Πίνακα 1, παρέχοντας πιο λεπτομερή βάση για την επιλογή εξοπλισμού.

Ταξινόμηση Συνδυασμένων Συσκευών Διανομής Ρεύματος

Παρά τα παραπάνω πρότυπα, η ονομασία των συνδυασμένων συσκευών διανομής ρεύματος στις πρακτικές εφαρμογές δεν είναι πολύ ομοιόμορφη, και η ταξινόμηση επίσης διαφέρει. Υπάρχουν κυρίως δύο κατηγορίες: η μία είναι να ορίζει μόνο τις προετοιμασμένες υποσταθμούς ως ευρωπαϊκού τύπου κουτιαρικές υποσταθμούς· η άλλη είναι να ονομάζει όλες τις συνδυασμένες συσκευές διανομής ρεύματος ως προετοιμασμένες υποσταθμούς, και στη συνέχεια να χωρίζει τις προετοιμασμένες υποσταθμούς σε "ευρωπαϊκού τύπου κουτιαρικές υποσταθμούς" και "αμερικανικού τύπου κουτιαρικές υποσταθμούς". Κάποιοι προμηθευτές, για να εξυπηρετήσουν τις ανάγκες διαφορετικών χρηστών, έχουν ακόμη ένα προϊόν με δύο ονόματα.

Ανάλυση Δομής και Απόδοσης

Ευρωπαϊκού τύπου Ενσωματωμένη Υποσταθμός

Τη δεκαετία του '70, η Κίνα εισήγαγε 6-10kV ολοκληρωμένο εξοπλισμό διανομής ρεύματος από ευρωπαϊκές χώρες όπως η Γαλλία και η Γερμανία. Αυτός ο καινοτόμος εξοπλισμός ενσωμάτωσε τα τρία βασικά στοιχεία μιας υποσταθμού (υψηλής τάσης στοιχεία διακόπτη, μετατροπέα και χαμηλής τάσης κατανεμητήριο) σε ένα κάστρο, δημιουργώντας την έννοια της ενσωματωμένης υποσταθμού.

Τον Δεκέμβριο του 1993, το πρώην Υπουργείο Ηλεκτρισμού έκδωσε το βιομηχανικό πρότυπο DL/T 537-1993 "Τεχνικές Συνθήκες για 6-35kV Ενσωματωμένες Υποσταθμούς". Το άρθρο 3.1 αυτού του προτύπου ορίζει εκθετικά: "Ένα συμπαγές ολοκληρωμένο σύστημα διανομής ρεύματος που περιλαμβάνει υψηλής τάσης συσκευές διανομής, μετατροπέα, χαμηλής τάσης συσκευές διανομής και συσκευές μέτρησης ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα ή περισσότερα κάστρα θα ονομάζεται ενσωματωμένη υποσταθμός, με σύντομη ονομασία κουτιαρική υποσταθμός." Προέρχονται από ευρωπαϊκές σχεδιαστικές προτάσεις, αυτή η διάταξη έγινε γνωστή ως ευρωπαϊκού τύπου ενσωματωμένη υποσταθμός.

Μετά τη δημοσίευση του εθνικού προτύπου GB/T 17467-1998 "Ενσωματωμένες Υψηλής/Χαμηλής Τάσης Υποσταθμοί" το 1998, η επίσημη ορολογία άλλαξε σε "ενσωματωμένη υποσταθμός". Ωστόσο, και οι χρήστες και οι κατασκευαστές συνεχίζουν να αναφέρονται σε αυτές τις εγκαταστάσεις ως κουτιαρικές υποσταθμοί ή ευρωπαϊκού τύπου υποσταθμοί στην καθημερινή πρακτική.

Χαρακτηριστικά Δομής:

Η ευρωπαϊκού τύπου υποσταθμός συνήθως περιλαμβάνει τρία λειτουργικά καταστήματα:

• Κατάστημα υψηλής τάσης

• Κατάστημα χαμηλής τάσης

• Κατάστημα μετατροπέα

Χρησιμοποιούνται δύο κύριες διατάξεις:

• Γραμμική διάταξη: Τυπική διάταξη

• Τριγωνική διάταξη: Χρησιμοποιείται για περιπλοκές απαιτήσεις χαμηλής τάσης

Βασικά Πλεονεκτήματα Απόδοσης σε σχέση με Συμβατικές Υποσταθμούς:

• Βελτιστοποίηση προσεγγιστικής φορτίας:

• Μειώνει τον ακτίνα εφοδιασμού κατά 40-60%

• Μειώνει το κόστος επενδύσεων σε καλώδια κατά 25-35%

• Μειώνει τις απώλειες γραμμής κατά 15-20%

• Αποδοτικότητα χώρου:

• Καταλαμβάνει περίπου 10% της έκτασης μιας συμβατικής υποσταθμού

• Μειώνει το κόστος κατασκευής κατά 60-70%

• Απλοποιημένη εγκατάσταση:

• Μειώνει το χρόνο κατασκευής στο χώρο κατά 50-60%

Τεχνικές Περιορισμοί και Λύσεις:

Η σχεδίαση εγκατάστασης παρουσιάζει κρίσιμα προβλήματα θερμοκρασιακής διαχείρισης:

• Περιορισμένη θερμοδιάδοση αυξάνει την εσωτερική θερμοκρασία (τυπική αύξηση ΔT: 8-12°C)

• Πιθανές θερμικές επιπτώσεις στη σταθερότητα των συστατικών (εκτιμώμενη μείωση απόδοσης: 3-5% ανά 10°C αύξηση)

Βιομηχανικές λύσεις περιλαμβάνουν:

• Προηγμένα συστήματα αεροσυρόμενης αέρας:

• Τοίχοι κάστρου με δομή λαβύρινθου

• Εξατμιστές αξινικού ροής (συνήθως 200-400 CFM δυναμικό)

• Μέτρα ενίσχυσης θερμοκρασίας:

• Βελτιστοποίηση ραδιατόρων (επιφάνεια αυξημένη κατά 20-30%)

• Υλικά απομόνωσης αντοχής σε θερμοκρασία (κλάση H ή υψηλότερη)

• Αυτές οι λύσεις, ενώ αποτελεσματικές, προκαλούν:

• 
  

• Δομική πολυπλοκότητα (επέκταση κύκλου παραγωγής: 15-20%)

• Πρόσθετη κατανάλωση ενέργειας (συναφή συστήματα: 5-8% του συνολικού φορτίου)

• Ακουστικές εκπομπές (τυπική αύξηση θορύβου: 3-5 dBA)

Πρόσφατες Τεχνολογικές Πρόοδοι:

Οι κορυφαίοι κατασκευαστές έχουν επιτύχει πρόοδο στη θερμοκρασιακή διαχείριση:

• Νέες διατάξεις θερμοδιάδοσης για μετατροπείς (βελτιωμένη απόδοση: 12-15%)

• Βελτιωμένη αεροδυναμική κάστρου (μείωση θερμοκρασίας: 6-8°C)

• Πιστοποιημένες υψηλής δυναμικότητας σχεδιάσεις (≥800kVA) χωρίς αναγκαστική αεροσυρόμενη αέρας

• Συμμόρφωση με το GB 1094.11 θερμικά όρια ξηρού τύπου μετατροπέα (μέγιστη