Analiza standarda i strukturne performanse kombinovane distribucijske opreme
Standardi i klasifikacija kombinovanih uređaja za distribuciju struje
Postoji relativno veliki broj različitih kombinovanih uređaja za distribuciju struje. Najčešće korišćeni su paketne podstanice, škrovnice tipa transformator, predmontirane podstanice, kombinovani transformatori, evropski stil škrovnica podstanica i američki stil škrovnica podstanica.
Relevantni standardi za kombinovane uređaje za distribuciju struje
Trenutno važeći relevantni standardi za kombinovane uređaje za distribuciju struje u Kini uglavnom uključuju: nacionalni standard GB/T 17467-1998 Visokonaponsko/niskonaponske prefabricirane podstanice, industrijski mehanički standard JB/T 10217-2000 Kombinovani transformatori i standard narudžbine električnog sektora DL/T 537-2002 Smernice za odabir visokonaponsko/niskonaponskih prefabriciranih škrovnica podstanica.
1995. godine, Međunarodna elektrotehnička komisija (IEC) objavila je standard IEC1330-1995 Visokonaponsko/niskonaponske prefabricirane podstanice. Nacionalni standard GB/T 17467-1998 Visokonaponsko/niskonaponske prefabricirane podstanice ekvivalentan je standardu IEC1330. U ovom standardu, prefabricirana podstacija definisana je kao "oprema koja je prošla testiranjem tipa i koristi se za prenos električne energije iz visokonaponskog sistema u niskonaponski sistem. Uključuje transformatore, niskonaponsku i visokonaponsku opremu za prekid, spojnice i pomoćnu opremu zatvorenu u kućište".
Industrijski mehanički standard JB/T 10217-2000 Kombinovani transformatori navodi da standardna definicija kombinovanog transformatora jeste: "transformator koji kombinuje telo transformatora, opremu za prekid, prekidače, promenljive brzine i odgovarajuću pomoćnu opremu".
Standard narudžbine električnog sektora DL/T 537-2002 Smernice za odabir visokonaponsko/niskonaponskih prefabriciranih škrovnica podstanica reviziran je iz originalnog DL/T 537-1993 Tehnički uslovi za narudžbinu 6-35kV škrovnica podstanica, čime se standard električnog sektora za škrovnice podstanice usklađen sa IEC 1330-1995. Razlike između DL/T 537-2002 i IEC 1330-1995 (tj. GB/T 17467-1998) prikazane su u Tabeli 1.
Navedeni tri domaća standarda su svi preporučeni standardi. Zbog različitih karakteristika različitih industrija, svaki standard ima svoje jedinstvene osobine. Standard narudžbine električnog sektora uzima u obzir perspektivu korisnika, baziran na međunarodnim (nacionalnim) standardima, i dodaje sadržaj predstavljen u Tabeli 1, pružajući detaljniji okvir za odabir opreme.
Klasifikacija kombinovanih uređaja za distribuciju struje
Unatoč navedenim standardima, imenovanje kombinovanih uređaja za distribuciju struje u praktičnim primenama nije vrlo uniformno, a klasifikacija takođe varira. Postoje uglavnom dve kategorije: jedna definiše samo predmontirane podstanice kao evropske škrovnice podstanice; druga kolektivno naziva sve kombinovane uređaje za distribuciju struje predmontiranom podstanicom, a zatim deli predmontirane podstanice na "evropske škrovnice podstanice" i "američke škrovnice podstanice". Neki dobavljači, kako bi ispunili potrebe različitih korisnika, čak imaju proizvod sa dva imena.
Struktura i analiza performansi
Evropski stil prefabricirane podstanice
U 70-ima, Kina je uvezla 6-10kV integrisanu opremu za distribuciju struje iz evropskih zemalja poput Francuske i Nemačke. Ova inovativna oprema integrirala je tri glavne komponente podstanice (visokonaponsku opremu za prekid, transformator i niskonaponski distribucijski ormarić) u jednu kućištu, utvrđujući koncept prefabricirane podstanice.
Decembra 1993. godine, bivši Ministarstvo električne energije objavilo je industrijski standard DL/T 537-1993 "Tehnički specifikacije za 6-35kV prefabricirane podstanice". Član 3.1 ovog standarda eksplicitno definiše: "Kompaktna kompletna sklopna jedinica za distribuciju struje sastavljena od visokonaponske opreme za distribuciju, transformatora, niskonaponske opreme za distribuciju i uređaja za merenje električne energije zatvorena u jednu ili više kućišta treba da se nazove prefabricirana podstacija, skraćeno škrovnica podstancija." Potekao od evropskih dizajna, ovaj konfiguracija postao je poznat kao evropski stil prefabricirane podstanice.
Nakon objave nacionalnog standarda GB/T 17467-1998 "Visokonaponsko/niskonaponske prefabricirane podstanice" 1998. godine, zvanična terminologija prelazila je na "prefabricirana podstacija". Međutim, i korisnici i proizvođači nastavljaju da se ove instalacije nazivaju škrovnica podstancija ili evropske podstanice uobičajenoj praksi.
Strukturne karakteristike:
Evropska substacija obično uključuje tri funkcionalna prostora:
Visokonaponski prostor
Niskonaponski prostor
Prostor transformatora
Koriste se dve osnovne konfiguracije:
Linearni raspored: Standardna konfiguracija
Trostrani raspored: Usvojen za složene zahteve niskonaponskih krugova
Prednosti u performansama u odnosu na konvencionalne podstanice:
Optimizacija blizine opterećenja:
Smanjuje poluprečnik snabdijevanja strujom za 40-60%
Smanjuje troškove ulaganja u kablove za 25-35%
Smanjuje gubitke na linijama za 15-20%
Efikasnost prostora:
Zauzima oko 10% površine tradicionalne podstanice
Smanjuje građevinske troškove za 60-70%
Pojednostavljeni montaža:
Vrijeme izgradnje na terenu smanjeno za 50-60%
Tehnička ograničenja i rešenja:
Dizajn encapsulacije stavlja ključna izazova upravljanja toplinom:
Ograničeno emitovanje toplote povišava unutrašnju temperaturu (tipično ΔT povećanje: 8-12°C)
Potencijalni toplinski uticaji na stabilnost komponenata (procenjeno smanjenje performansi: 3-5% po 10°C porasta)
Industrijske strategije mitigacije uključuju:
Napredni sistemi ventilacije:
Labyrinth-strukturirane zidove kućišta
Osni ventilatori za ispuštanje zraka (obično kapacitet 200-400 CFM)
Mere za poboljšanje toplinskog prenosa:
Optimizacija radijatora (površina povećana za 20-30%)
Toplotno otporna izolaciona materijala (klasa H ili više)
Ova rešenja, iako efektivna, uvode:
Strukturnu kompleksnost (proširenje ciklusa proizvodnje: 15-20%)
Dodatno potrošnju energije (pomoćni sistemi: 5-8% ukupnog opterećenja)
Akustička emisija (tipično povećanje razine buke: 3-5 dBA)
Nedavni tehnološki napredak:
Vodeći proizvođači postigli su kroznačajne napredne razvoje u upravljanju toplinom:
Novi konfiguracije emitovanja toplote za transformatore (poboljšana efikasnost: 12-15%)
Optimizacija aerodinamike kućišta (smanjenje temperature: 6-8°C)
Certifikovani dizajni visoke kapaciteta (≥800kVA) bez prisilne ventilacije
Usklađenost sa GB 1094.11 termalnim ograničenjima suhih transformatora (maksimalni porast temperature vijaka: 100K)
Ove inovacije održavaju usklađenost sa nacionalnim standardima dok ostvaruju:
Uštedu energije (smanjenje potrošnje ventilatora: 100%)
Smanjenje razine buke (4-7 dBA)
Poboljšanu pouzdanost rada (poboljšanje MTBF: 20-25%)
Američki stil škrovnica podstanica (kombinovani transformatori)
U 90-ima, amercijski stil kompartmentalizovanih tri-faznih distribucijskih transformatora ušao je na kineski tržište. Prema Američkom nacionalnom standardu (ANSI) C57.12.26-1992 Standard za pad-mount kompartmentalizovane samohladne tri-fazne distribucijske transformatore sa visokonaponskim plug-in konektorima, visokonaponski kablovi su povezani sa transformatorom kroz kabelske konektore u visokonaponskom kompartmentu, a niskonaponski kablovi su povezani sa niskonaponskim terminalima sa boltovima u niskonaponskom kompartmentu. Ulje tank visokonaponskog kompartmentalizovanog distribucijskog transformatora je opremljen visokonaponskim prekidačima i četvoropozicionim prekidačima opterećenja. Transformator može raditi kao terminal ili u mreži petlje, štiti i kontrolise stanje snabdijevanja strujom na visokonaponskoj strani transformatora.
Proizvođači transformatora u Kini su dodali niskonaponske prekidače i merene uređaje u niskonaponske kompartmente američkih proizvoda, pretvarajući ih u kombinovane uređaje za distribuciju struje. Ovi uređaji su široko korišćeni u stambenim zajednicama. Da bi se razlikovali od evropskih škrovnica podstanica, oni su nazvani američkim stilom škrovnica podstanica, takođe poznati kao kombinovani transformatori. Industrijski mehanički standard JB/T 10217-2000 Kombinovani transformatori iznosi standardnu definiciju kombinovanih transformatora (kao što je navedeno iznad). U 3.7, definiše "visokonaponske i niskonaponske kompartmente" kao "prostore gde su visokonaponski i niskonaponski kabelni terminali i operativni i kontrolni delovi električnih komponenti zatvoreni u očvršćenje, zavisno od zidova uljetanka". To je jedna od strukturnih razlika u odnosu na evropske škrovnice podstanice.
Ovaj standard klasifikuje kombinovane transformatore (američki stil škrovnica podstanica) u dva tipa prema strukturi uljetanka: zajednički uljetanak i odvojeni uljetanak. U zajedničkom uljetanku, visokonaponske električne komponente dele uljetanak sa telom transformatora, označeno slovom ZG. U odvojenom uljetanku, visokonaponske električne komponente, kao što su prekidači opterećenja, smještene su u odvojen uljetanak, dok su druge visokonaponske električne komponente i telo transformatora instalirane u drugi uljetanak. Uljeve dvaju uljetanaka nisu povezane, označeno slovom ZF.
Zajednički uljetanak kombinovanih transformatora
Pored prednosti evropskih škrovnica podstanica, zajednički uljetanak kombinovanih transformatora ima sljedeće prednosti:
Manji površina: Zauzima otprilike 3/5 površine evropske škrovnice podstanice.
Bolje emitovanje toplote: Transformator je direktno izložen, što je korisno za emitovanje toplote. Struktura je relativno jednostavna, a prodajna cena je relativno niska (otprilike 3/5 cene evropske škrovnice podstanice).
Prijatno transportiranje i instalacija: Manji zapremina, što čini transport i instalaciju prijatnijim.
Pod kineskim kontekstom, američke škrovnice podstanice direktno uvezene iz inozemstva imaju sljedeće nedostatke:
Degradacija ulja transformatora: Kada visokonaponski prekidač opterećenja radi, luk generisan može dovesti do dekompozicije ulja transformatora, što utiče na ukupnu vremensku trajnost američke škrovnice podstanice.
Rad bez faze: Kada visokonaponski prekidač puca, može dovesti do rada transformatora bez faze.
Ograničene funkcionalnosti visokonaponskog kruga: Visokonaponski krug ima relativno jednostavne funkcije, što ne ispunjava potrebne zahtjeve trenutnih regulativa električne operacije. Na primjer, visokonaponski prekidač opterećenja nema očiglednu tačku prekida.
Da bi se ovi problemi rešili, domaći proizvođači napravili su nekoliko poboljšanja. Kao što je navedeno iznad, niskonaponski prekidači (obično inteligentni zračni prekidači) su dodati u niskonaponske kompartmente američkih škrovnica podstanica kako bi se postigla višestruka zaštita od grešaka, kao što su preopterećenje, niskonapon, kratkospojevi i zaključavanje. Ovo eliminira fenomen puštanja visokonaponskih prekidača zbog kratkospojeva ili preopterećenja niskonaponskih feeder linija, izbegavajući rad transformatora bez faze. Drugo, visokonaponski dio je preuredjen. Na primjer, u pogledu visokonaponske zaštite, američke škrovnice podstanice koriste prekidače opterećenja da prekinu snabdijevanje strujom opterećenja i oslanjaju se na rezervne zaštitne prekidače i plug-in prekidače za punu zaštitu snabdijevanja strujom.
Odvojeni uljetanak kombinovanih transformatora
Do sada, većina američkih škrovnica podstanica proizvedenih od strane proizvođača transformatora pripadaju tipu zajedničkog uljetanka kombinovanih transformatora ZG. Da bi se eliminirale nedostatke zajedničkog uljetanka kombinovanih transformatora navedeni iznad, domaći proizvođači transformatora odvojili su visokonaponske komponente, kao što su prekidači opterećenja i rezervne zaštitne prekidače, od uljetanka transformatora. Visoko točna ulja su ubačena u male kompartmente visokonaponskih komponenti, kao što su prekidači opterećenja, a obična ulje broj 25 ubačena je u uljetanak transformatora. Ovo ne samo što rešava problem starjenja ulja transformatora uzrokovan radom prekidača opterećenja, već i problem emitovanja toplote uzrokovan korišćenjem visoko točnog ulja u celom uljetanku transformatora (zbog njegove visoke viskoznosti).
Uvođenje transformatora sa amorfnim legiranjem
Transformator je najveća i najtoplija komponenta u škrovnici podstanice. Njegove strukturne karakteristike i nivo gubitaka direktno su povezani sa opštim dizajnom škrovnice podstanice.
1996. godine, Kina je uspešno razvila i proizvela nekristalne distribucijske transformatore ispod 500 kVA, ali je proizvodnja bila mala, a masovna proizvodnja nije bila ostvarena. 1998. godine, Šangajska Xindian Električna Kompanija uvezla je dizajn i proizvodnu tehnologiju amorfne transformatora od General Electric (GE) u SAD-u za masovnu proizvodnju. Trenutno, postoji više od 20 proizvođača amorfne transformatora. Prazan gubitak amorfne legure željeza je 20% od serije S9, pokazujući veoma značajan učinak uštede energije.
ANSI standardi za distribucijske transformatore takođe igraju ulogu u širem kontekstu tehnologije i tržišta transformatora. Međutim, glavni faktor koji ograničava uvođenje transformatora sa amorfne legure u domaće škrovnice podstanice je cena, što zahteva od države da implementira odgovarajuće stimulativne politike. Zapravo, postoje mnoge stimulativne politike za korišćenje transformatora sa amorfne legure u zemlji i inozemstvu. Prema tajvanskim proizvođačima, region Tajvan je formulisao stroge standarde za proizvode transformatora sa amorfne legure. Gde god korisnici kupuju transformator sa amorfne legure, mogu dobiti subvencije na osnovu kapaciteta transformatora, s nagradom od desetine hiljada novih tajvanskih dolara po kW.
Uporedba evropskih i američkih škrovnica podstanica
Kao što je navedeno iznad, i američke i evropske škrovnice podstanice imaju prednosti u pogledu zapremine, površine zemljišta i usklađenosti sa okruženjem. Američke škrovnice podstanice, koje su često diz
