Analys av standarder och strukturell prestanda för kombinerad distributionsutrustning
Standarder och klassificering av kombinerade elfördelningsenheter
Det finns en relativt stor variation av kombinerade elfördelningsenheter. Vanligt förekommande enheter inkluderar förpackade understationer, lådformade transformatorer, förmonterade understationer, kombinerade transformatorer, europeiska lådformade understationer och amerikanska lådformade understationer.
Relevanta standarder för kombinerade elfördelningsenheter
De för närvarande gällande relevanta standarderna för kombinerade elfördelningsenheter i Kina inkluderar huvudsakligen: den nationella standarden GB/T 17467 - 1998 Högspännings/Lågspänningsförmonterade understationer, mekaniska industristandarden JB/T 10217 - 2000 Kombinerade transformatorer och elindustrins beställningsstandard DL/T 537 - 2002 Valguide för högspännings/lågspänningsförmonterade lådformade understationer.
År 1995 publicerade Internationella elektrotekniska kommissionen (IEC) standarden IEC1330 - 1995 Högspännings/Lågspänningsförmonterade understationer. Den nationella standarden GB/T 17467 - 1998 Högspännings/Lågspänningsförmonterade understationer är ekvivalent med IEC1330-standarden. I denna standard definieras en förmonterad understation som "utrustning som har passerat typprov och används för att överföra elektrisk energi från ett högspänningssystem till ett lågspänningssystem. Det inkluderar transformatorer, låg- och högspänningsbrytare, anslutningskablar och hjälpredskap inneslutna i en kabinett".
Mekaniska industristandarden JB/T 10217 - 2000 Kombinerade transformatorer anger att den standarddefinitionen av en kombinerad transformator är: "en transformator som kombinerar transformatorhuvudet, brytare, säkringar, spänningsändringar och motsvarande hjälpredskap".
Elindustrins beställningsstandard DL/T 537 - 2002 Valguide för högspännings/lågspänningsförmonterade lådformade understationer reviderade den ursprungliga DL/T 537 - 1993 Tekniska villkor för beställning av 6 - 35kV lådformade understationer, vilket gjorde elindustristandarden för lådformade understationer konsekvent med IEC 1330 - 1995. Skillnaderna mellan DL/T 537 - 2002 och IEC 1330 - 1995 (dvs. GB/T 17467 - 1998) visas i tabell 1.
De tre ovan nämnda inrikesstandarderna är alla rekommenderade standarder. På grund av olika branschers egenskaper har varje standard sina unika egenskaper. Elindustrins beställningsstandard betraktas ur användarperspektivet, baserad på internationella (nationella) standarder, och lägger till innehållet introducerat i tabell 1, vilket ger en mer detaljerad grund för utrustningsval.
Klassificering av kombinerade elfördelningsenheter
Trots de ovan nämnda standarderna är namngivningen av kombinerade elfördelningsenheter i praktiska tillämpningar inte särskilt enhetlig, och klassificeringen varierar också. Det finns huvudsakligen två kategorier: en är att endast definiera förmonterade understationer som europeiska lådformade understationer; den andra är att sammanfatta all kombinerad elfördelningsutrustning som förmonterade understationer, och sedan dela förmonterade understationer i "europeiska lådformade understationer" och "amerikanska lådformade understationer". Några leverantörer, för att möta olika användares behov, har till och med en produkt med två namn.
Struktur- och prestandaanalys
Europeisk stil förmonterad understation
Under 1970-talet importerade Kina 6-10kV integrerad elfördelningsutrustning från europeiska länder som Frankrike och Tyskland. Denna innovativa utrustning integrerade de tre huvudkomponenterna i en understation (högspänningsbrytare, transformator och lågspänningsfördelningskabinet) i en enda kabinett, vilket etablerade begreppet förmonterad understation.
I december 1993 lanserade det tidigare elektricitetsministeriet industristandarden DL/T 537-1993 "Tekniska specifikationer för 6-35kV förmonterade understationer". Artikel 3.1 i denna standard definierar explicit: "En kompakt fullständig elfördelningsanordning bestående av högspänningsfördelningsutrustning, strömförädlingstransformatorer, lågspänningsfördelningsutrustning och elektricitetsmätare inneslutna i en eller flera kabinetter ska kallas förmonterad understation, förkortad som lådformad understation." Ursprungligen från europeiska design, blev denna konfiguration vanligt känd som europeisk stil förmonterad understation.
Efter publiceringen av den nationella standarden GB/T 17467-1998 "Högspännings/Lågspänningsförmonterade understationer" år 1998, övergick den officiella terminologin till "förmonterad understation". Dock fortsätter både användare och tillverkare att referera till dessa installationer som lådformade understationer eller europeiska stilstationer i praktiken.
Strukturella egenskaper:
Den europeiska understationen omfattar vanligtvis tre funktionsavdelningar:
Högspänningsavdelning
Lågspänningsavdelning
Transformatoravdelning
Två huvudsakliga konfigurationer används:
Linjär layout: Standardkonfiguration
Triangulär layout: Använts för komplexa lågspänningskretsbehov
Prestandafördelar jämfört med traditionella understationer:
Optimering av belastningsnära:
Minskad elförsörjningsradie med 40-60%
Sänkt kablinvestering med 25-35%
Lägre linjeffekter med 15-20%
Rumseffektivitet:
Ockuperar ungefär 10% av traditionella understationsytan
Minskade byggkostnader med 60-70%
Förenklad installation:
Fältbyggtid minskad med 50-60%
Tekniska begränsningar och lösningar:
Inkapslingsdesignen presenterar kritiska värmeledningsproblem:
Begränsad värmeavledning höjer inre temperatur (typisk ΔT ökning: 8-12°C)
Potentiella termiska effekter på komponentstabilitet (uppskattad prestandaförsvagning: 3-5% per 10°C ökning)
Industriella lösningar inkluderar:
Avancerade ventileringssystem:
Labyrintstrukturerade kabinettväggar
Axialflödesavgassningsfläktar (typiskt 200-400 CFM kapacitet)
Termiska förbättringsåtgärder:
Kylplattsoptimering (yttrycksarea ökad med 20-30%)
Värmebeständiga isoleringsmaterial (klass H eller högre)
Dessa lösningar, trots att de är effektiva, introducerar:
Konstruktionsskomplexitet (tillverkningscykel förlängd med 15-20%)
Ytterligare energiförbrukning (hjälpsystem: 5-8% av total last)
Akustiska emissioner (typisk bullernivåökning: 3-5 dBA)
Nya tekniska framsteg:
Ledande tillverkare har uppnått genombrott i värmeledningshantering:
Nya värmeavledningskonfigurationer för transformatorer (förbättrad effektivitet: 12-15%)
Optimerad kabinettaerodynamik (temperaturminskning: 6-8°C)
Certifierade högkapacitetsdesigner (≥800kVA) utan tvingad ventilation
Överensstämmelse med GB 1094.11 torrtransformatorer termiska gränser (maximal vindningstemperaturökning: 100K)
Dessa innovationer upprätthåller överensstämmelse med nationella standarder samtidigt som de uppnår:
Energibesparing (fläktenergi minskad med 100%)
Bullernivåminskning (4-7 dBA)
Förbättrad driftsäkerhet (MTBF-förbättring: 20-25%)
Amerikansk stil lådformade understationer (kombinerade transformatorer)
Under 1990-talet trädde amerikanska avdelade trefasfördelningstransformatorer in på den kinesiska marknaden. Enligt den amerikanska nationella standarden (ANSI) C57.12.26 - 1992 Standard för platsmonterade avdelade självkylda trefasfördelningstransformatorer med högspänningskontaktkopplingar, ansluts högspänningskablar till transformatorn genom kablkopplingar i högspänningsavdelningen, och lågspänningskablar ansluts till lågspänningskontakter med muttrar i lågspänningsavdelningen. Oljetanken i platsmonterade avdelade fördelningstransformatorer är utrustad med högspänningsfusor och fyrapositionsbelastningsbrytare. Transformatorn kan operera som en terminal eller i ett nätverksloop, skyddande och kontrollerande elförsörjningsstatusen på högspänningssidan av transformatorn.
Transformatorstillverkare i Kina har lagt till lågspänningsbrytare och elektricitetsmätare i lågspänningsavdelningarna av amerikanska produkter, vilket gör dem till kombinerade elfördelningsenheter. Dessa enheter används vidt och brett i bostadsområden. För att skilja dem från europeiska lådformade understationer kallas de amerikanska lådformade understationer, även kända som kombinerade transformatorer. Mekaniska industristandarden JB/T 10217 - 2000 Kombinerade transformatorer utvecklar den standarddefinitionen av kombinerade transformatorer (som nämnts ovan). I 3.7 definieras "hög- och lågspänningsavdelningar" som "utrymmen där hög- och lågspänningskabelslut och drift- och kontrollenheter för elektriska komponenter är inneslutna av stålplåtar, beroende på oljetankens väggar". Detta är en av de strukturella skillnaderna från europeiska lådformade understationer.
Denna standard delar in kombinerade transformatorer (amerikanska lådformade understationer) i två typer enligt oljetanksstrukturen: gemensam tanktyp och separat tanktyp. I den gemensamma tanktypen delar högspänningskomponenter en transformatoroljetank med transformatorhuvudet, betecknat med bokstaven ZG. I den separata tanktypen placeras högspänningskomponenter som belastningsbrytare i en separat oljetank, medan andra högspänningskomponenter och transformatorhuvudet installeras i en annan oljetank. Oljecirklarna i de två oljetankarna är inte anslutna, betecknat med bokstaven ZF.
Gemensam tank kombinerade transformatorer
Utom de fördelar som europeiska lådformade understationer har, har gemensam tank kombinerade transformatorer följande fördelar:
Mindre fotavtryck: Ockuperar ungefär 3/5 av arean för en europeisk lådformad understation.
Bättre värmeavledning: Transformatorn är direkt exponerad, vilket är gynnsamt för värmeavledning. Strukturen är relativt enkel, och försäljningspriset är relativt lågt (ungefär 3/5 av priset för en europeisk lådformad understation).
Bequem transport och installation: Mindre i volym, vilket gör transport och installation mer bekväm.
Under den kinesiska kontexten har amerikanska lådformade understationer som direkt importerats från utlandet följande brister:
Degradation av transformatorolja: När högspänningsbelastningsbrytaren opererar, kan den genererade bågen sannolikt orsaka nedbrytning av transformatoroljan, vilket påverkar den totala serviceleken för amerikanska lådformade understationer.
Fasförlustoperation: När en högspänningsfuse smälter kan det orsaka att transformatorn opererar under fasförlustvillkor.
Begränsad funktion hos högspänningskretsen: Högspänningskretsen har relativt enkla funktioner, vilket inte fullt ut uppfyller kraven i gällande eldriftsregler. Till exempel saknar högspänningsbelastningsbrytaren en uppenbar kopplingspunkt.
För att lösa dessa problem har inhemska tillverkare gjort flera förbättringar. Som nämnts ovan har lågspänningsbrytare (vanligtvis intelligenta luftbrytare) lagts till i lågspänningsavdelningarna av amerikanska lådformade understationer för att uppnå multipel felskydd såsom överbelastning, undervoltage, kortslutning och jordkoppling. Detta eliminerar fenomenet med högspänningsfusor som smälter på grund av kortslutning eller överbelastning i lågspänningsfördelningslinjer, vilket undviker fasförlustoperation av transformatorn. För det andra har högspänningsdelen omdesignats. Till exempel, i fråga om högspänningskydd, använder amerikanska lådformade understationer belastningsbrytare för att avbryta belastningsströmförsörjningen och litar på reserverade skydds fusor och inkopplingsfusor för fullständigt skydd.
Separata tank kombinerade transformatorer
Hittills tillhör de flesta amerikanska lådformade understationer som produceras av transformatorfabrikörer ZG-typens gemensamma tank kombinerade transformatorer. För att eliminera bristerna med gemensamma tank kombinerade transformatorer som nämndes ovan, har inhemska transformatorfabrikörer separerat högspänningskomponenter som belastningsbrytare och reserverade skydds fusor från transformatoroljetanken. Hög flamtemperatur olja injiceras i små compartiment för högspänningskomponenter som belastningsbrytare, medan vanlig nummer 25 olja injiceras i transformatoroljetanken. Detta löser inte bara problemet med åldrande av transformatorolja orsakat av drift av belastningsbrytaren, utan hanterar också värmeavledningsproblemet som uppstår när man använder hög flamtemperatur olja i hela transformatoroljetanken (på grund av dess höga viskositet).
Införandet av amorf metalltransformatorer
Transformatorn är den största och mest värmeproducerande komponenten i en lådformad understation. Dess strukturella egenskaper och nivån av förluster är direkt relaterade till den totala designen av lådformade understationer.
1996 lyckades Kina frambringa och producera icke-kristallina fördelningstransformatorer under 500 kVA, men produktionen var liten, och storskalig produktion nåddes inte. 1998 introducerade Shanghai Xindian Electric Company design- och tillverknings-tekniken för amorf metalltransformatorer från General Electric (GE) i USA för storskalig produktion. För närvarande finns det mer än 20 amorf metalltransformatorstillverkare. Tomförlusten för amorf metalljärnkeror är 20% av S9-seriens, vilket visar en mycket signifikant energisparande effekt.
ANSI-fördelningstransformatorstandarderna spelar också en roll i den bredare kontexten av transformatorteknik och marknaden. Men den huvudsakliga faktorn som begränsar införandet av amorf metalltransformatorer i inhemska lådformade understationer är priset, vilket kräver att landet implementerar motsvarande incitamentspolitik. I själva verket finns det många incitamentspolitik för användning av amorf metalltransformatorer hemma och utomlands. Enligt taiwanesiska tillverkare har Taiwan-regionen formulerat strikta standarder för icke-kristallina metalltransformatorprodukter. Varhelst användare köper amorf metalltransformatorer, kan de få subventioner baserade på transformatorkapaciteten, med en belöning på tiotusentals nya taiwan-dollar per kW.
Jämförelse mellan europeiska och amerikanska lådformade understationer
Som nämnts ovan delar både amerikanska och europeiska lådformade understationer fördelar i termer av volym, yta och miljösamverkan. Amerikanska lådformade understationer, som ofta är designade med referens till ANSI-fördelningstransformator-relaterade normer, har till och med vissa fördelar jämfört med europeiska i aspekter som yta, pris och värmeavledning. Till exempel, i fallet med DXB(W)-1.10 typ lådformad understation, är hög- och lågspänningskolvar, spänningsändringar, oljebevarare och oljeavloppsventiler för transformatorerna installerade på ena sidoväggen, varje inneslutet i separata hög- och lågspänningsutrustningsavdelningar. Transformatorn bildar därmed en del av lådformade understationens kabinett, medan de återstående tre sidoväggarna är utrustade med vågformade kylare exponerade för luften. Detta förbättrar värmeavledningsvillkoren och minskar vissa förluster.
Men eftersom värmeavledningsdelarna i amerikanska lådformade understationer är exponerade för luften under lång tid, uppstår nya problem som materialkorrosion på grund av naturlig miljö, vilket påverkar den totala serviceleken för utrustningen. Dessutom kan temperaturen på kylarna i amerikanska lådformade understationer i sommar nå över 80-90°C, vilket innebär en risk för förbränning för personer som av misstag kommer för nära.
Europeiska lådformade understationer som använder amorf metalltransformatorer är nystartade produkter av inhemska tillverkare. De representerar en teknisk utveckling efter amorf metallkombinerade transformatorer (inklusive gemensamma tank- och separata tanktyper). Med förbättringar i andra värmeavledningsdesigner uppnår de naturlig kyling samtidigt som de uppfyller nationella temperaturhöjningskrav, eliminera energiförbrukning och buller från ventilationsfläktar. Därför har amorf metall-europeiska lådformade understationer utmärkta tekniska egenskaper.
Slutsats
